分布式發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測研究畢業(yè)設(shè)計

1、本科畢業(yè)設(shè)計（論文）分布式發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測研究學(xué)院（系）： 電氣工程學(xué)院 專 業(yè)：電氣工程及其自動化 學(xué)生 姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo) 教師： 答辯 日期： 2010年6月26日 學(xué)院：電氣工程學(xué)院 系級教學(xué)單位：電氣工程及其自動化系 學(xué)號學(xué)生姓名專 業(yè)班 級題目題目名稱分布式發(fā)電系統(tǒng)的孤島檢測研究題目性質(zhì)1.理工類：工程設(shè)計 （ ）；工程技術(shù)實驗研究型（ ）；理論研究型（ ）；計算機軟件型（ ）；綜合型（ ）2.管理類（ ）；3.外語類（ ）；4.藝術(shù)類（ ）題目類型1.畢業(yè)設(shè)計（ ） 2.論文（ ）題目來源科研課題（ ） 生產(chǎn)實際（ ）自選題目（ ） 主要內(nèi)容1查閱資料，掌握分布式發(fā)電系統(tǒng)及孤

2、島的概念，2使用光伏并網(wǎng)系統(tǒng)孤島檢測方法檢測孤島，3用matlab軟件對孤島檢測方法進行仿真研究?；疽?. 對分布式發(fā)電系統(tǒng)進行孤島檢測，2. 設(shè)計檢測方案，并進行仿真研究，3. A0圖紙一張，論文一本。參考資料1電力電子技術(shù) （第四版）；2張超等.一種新穎的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)孤島檢測方法.電力電子技術(shù)，2007，41（11），97-993. 殷桂梁等.分布式發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測方法研究。電子測量技術(shù)，2007，30（1）：16 周 次第 1 4 周第5 8周第912 周第1316 周第1718 周應(yīng)完成的內(nèi)容查閱文獻，翻譯外文資料研究孤島檢測方法，使用新穎的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)孤島檢測方法檢測孤島設(shè)計孤島

3、檢測方案系統(tǒng)仿真研究整理數(shù)據(jù)集撰寫論文指導(dǎo)教師： 職稱： 系級教學(xué)單位審批： 年 月 日X / 76文檔可自由編輯打印摘要 世界范圍的能源危機和環(huán)境污染導(dǎo)致新能源的應(yīng)用成為熱點，而太陽能、風(fēng)能、核能等分布式發(fā)電系統(tǒng)憑借其清潔、可再生、分布廣泛等優(yōu)勢獲得了普遍關(guān)注。其中光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)作為一種環(huán)境友好型、能緩減現(xiàn)有電力系統(tǒng)用電高峰壓力、能有效提高生活標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)電方式，正迅速得到應(yīng)用。本文針對并網(wǎng)光伏并網(wǎng)發(fā)電及其它分布式發(fā)電系統(tǒng)特有的孤島檢測問題做了初步分析和研究。首先，闡述了孤島現(xiàn)象的成因和危害，介紹了國際和國內(nèi)通用的孤島檢測標(biāo)準(zhǔn)，介紹了常見的被動式和主動式孤島檢測方法，通過比較各自的優(yōu)缺點指出其

4、適用范圍。然后，針對常規(guī)孤島檢測方法存在檢測盲區(qū)的缺陷，文中采用主動電流擾動的檢測方法，該方法克服了采用單一的被動檢測方法在近乎阻性負(fù)載下失效的問題，不存在檢測盲區(qū)，可以實現(xiàn)快速有效的孤島檢測功能。仿真驗證了該方法的正確性。關(guān)鍵詞： 光伏系統(tǒng)； 并網(wǎng)； 孤島檢測； 主動電流擾動 AbstractThe non-renewable energy crisis and environment pollution all around the world result in immense desire for renewable energy today, thus solar energy is

5、 wildly accepted for its particular advantages. Grid-connected photovoltaic (PV) system, as one way in solar energy utilization, is being developed rapidly because it is environment friendly, efficient to lighten the peak pressure of power system and valid to improve the living standards. Islanding

6、phenomenon, which is inherent in grid-connected PVsystem and other distribute generators,is investigated deeply and some effective detecting methods are proposed.First, the mechanism of islanding with its hazard is described in details. The standards accepted both international and at home are intro

7、duced. Classifying the popular anti-islanding techniques into two major categories: the passive and the active methods,advantage and restriction are presented respectively.Then, for the conventional blind detection of islanding detection methods exist deficiencies in the current paper, using active

8、disturbance detection method to overcome the passive detection method using a single resistive load in the near-failure problem, there is no blind spot detection can be achieved islanding detection quickly and effectively. Simulation results show validity of the method. keywords Photovoltaic systems

9、 ； grid-connected； islanding detection；Active current disturbance 目 錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 課背題景11.2 分布式發(fā)電系統(tǒng)21.2.1 分布式發(fā)電的概念21.2.2 基于可再生能源的分布式發(fā)電系統(tǒng)31.2.3 分布式發(fā)電的應(yīng)用及前景41.3 孤島檢測及其研究意義51.3.1孤島效應(yīng)的危險性61.3.2孤島效應(yīng)的檢測71.4 本章小結(jié)8第2章 單相并網(wǎng)逆變器92.1 并網(wǎng)控制思想92.2 單相逆變器主電路設(shè)計92.3正弦波PWM逆變器102.4 各環(huán)節(jié)的模型數(shù)學(xué)122.4.1 逆變器的建模122.4.

10、2 逆變輸出濾波器設(shè)計142.4.3 控制系統(tǒng)框圖162.4.4 PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計172.5本章小結(jié)17第3章 孤島檢測方法及評估分析183.1 孤島檢測183.1.1孤島效應(yīng)檢測標(biāo)準(zhǔn)183.1.2 現(xiàn)有孤島檢測技術(shù)及其評估分析193.2 主動式孤島檢測方法203.3本章小結(jié)21第4章主動擾動法孤島檢測及仿真224.1主動電流干擾法原理224.2.主動式檢測法224.2.1主動電流干擾法原理224.2.2主動電流干擾法在MATLAB中的實現(xiàn)234.3仿真波形及分析254.4 本章小結(jié)27結(jié)論28參考文獻30致謝32附錄133附錄238附錄343附錄450附錄556第1章 緒論1.1 課背題景自

11、20世紀(jì)初以來，電力行業(yè)普遍把“大機組、大電廠和大電網(wǎng)"作為現(xiàn)代電力工業(yè)的發(fā)展方向。經(jīng)過百年發(fā)展，這種電力系統(tǒng)已具有相當(dāng)規(guī)模，為世界經(jīng)濟的繁榮和人民生活水平的提高做出了巨大的貢獻。然而隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，人類對電能的需求量越來越大，并且對供電的電能質(zhì)量和安全可靠性提出了越來越高的要求，當(dāng)前的這種電力系統(tǒng)的不足也逐漸顯現(xiàn)出來1。當(dāng)前電力系統(tǒng)的主要弊端有：不能靈活跟蹤負(fù)荷的變化，隨著負(fù)荷峰谷差的不斷增大，電網(wǎng)的負(fù)荷率正逐年下降，發(fā)電及輸電設(shè)施的利用率都有下降的趨勢2；對于偏遠(yuǎn)地區(qū)的負(fù)荷不能進行理想的供電，一種情況是距離現(xiàn)有電力系統(tǒng)太遠(yuǎn)，輸配電系統(tǒng)的投資較大，而另一種情況是由于自然

12、條件太惡劣，現(xiàn)有電力系統(tǒng)到用戶的輸電線路根本無法架設(shè)或建成后會經(jīng)常出現(xiàn)故障；大型互聯(lián)電力系統(tǒng)中局部事故極易擴散，導(dǎo)致大面積的停電。因此可以說，現(xiàn)有的電力系統(tǒng)是既“笨拙"而又“脆弱”的，迫切需要找到一種更為靈活、穩(wěn)定的發(fā)電方式。由于目前世界范圍內(nèi)的能源危機和環(huán)境問題，高效和環(huán)保也是新型發(fā)電方式的重要特點。正是在這種背景下引發(fā)了社會各界對分布式發(fā)電(Distributed Generation，DG)的關(guān)注4。大電網(wǎng)與分布式發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合即分布式發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)運行被世界許多能源、電力專家公認(rèn)為是能夠節(jié)省投資、降低能耗、提高系統(tǒng)可靠性和靈活性的供電方式，是21世紀(jì)電力行業(yè)發(fā)展的重要方向。然

13、而，分布式發(fā)電在給人們帶來各種利益的同時，也將面臨巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。分布式發(fā)電系統(tǒng)與大電網(wǎng)的并網(wǎng)運行，將使分布式發(fā)電系統(tǒng)本身以及電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運行方式都發(fā)生重大變化5。因此，如何保證新的復(fù)雜電力系統(tǒng)安全可靠運行將成為分布式發(fā)電技術(shù)研究的重要內(nèi)容，孤島檢測及相關(guān)技術(shù)的研究就是其中非常重要的一個組成部分3。本章簡單介紹了分布式發(fā)電的定義、分類以及國內(nèi)外分布式發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景，針對分布式發(fā)電對電力系統(tǒng)帶來的影響，提出了孤島檢測的研究意義并介紹了其國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。1.2 分布式發(fā)電系統(tǒng)1.2.1 分布式發(fā)電的概念至今為止，世界各國對分布式發(fā)電都沒有統(tǒng)一的定義。1978年美國公共事業(yè)管理政策法

14、對“分布式發(fā)電”做出了明確定義，即：分布式發(fā)電是相對于傳統(tǒng)的集中式供電方式而言的，是指將發(fā)電裝置以小規(guī)模(幾千瓦至50兆瓦的小型模式)、分散的方式布置在用戶附近，可獨立地輸出電、熱和(或)冷能的系統(tǒng)。這個概念從公布后正式在美國推廣，后面逐漸被其它先進國家接受。國際大型電力系統(tǒng)委員會(CIGRE)將分布式發(fā)電定義為“非經(jīng)規(guī)劃的或中央調(diào)度型的電力生產(chǎn)方式，通常與配電網(wǎng)連接，發(fā)電規(guī)模一般在50100MW之間5”。在近幾十年的研究中，分布式發(fā)電系統(tǒng)有兩種被大多數(shù)學(xué)者所認(rèn)可的定義方式。一種指出：分布式發(fā)電系統(tǒng)只包括小型的、有利于環(huán)境的發(fā)電裝置，例如太陽能發(fā)電系統(tǒng)、燃料電池、微型水電機或小型風(fēng)力發(fā)電機等，

15、這些裝置的設(shè)計和安裝通常是為了滿足偏遠(yuǎn)地區(qū)用戶的需要；而另一種指出：分布式發(fā)電系統(tǒng)也指所有靠近用戶端的電力設(shè)施，而不論其規(guī)模和能源形式。后一種定義可包括大型的聯(lián)合發(fā)電裝置，這些裝置可以向電網(wǎng)輸送幾百兆瓦的電力。分布式發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)下圖所示。圖1-1 分布式發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由于發(fā)電裝置靠近用戶，從而提高了服務(wù)的可靠性和供電的電能質(zhì)量，另外，技術(shù)的發(fā)展、公共環(huán)境政策的實施和電力市場的擴大等諸多因素的共同作用，使得分布式發(fā)電成為新世紀(jì)電力行業(yè)發(fā)展的重要方向。1.2.2 基于可再生能源的分布式發(fā)電系統(tǒng)(1)太陽能光伏發(fā)電裝置：它是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)直接將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電裝置，可分為獨立運行和

16、并網(wǎng)運行兩類。光伏發(fā)電具有不消耗燃料、不受地域限制、規(guī)模靈活、無污染、安全可靠以及維護簡單等優(yōu)點，但是該分布發(fā)電裝置的成本非常高，所以現(xiàn)階段利用太陽能發(fā)電還需要進行技術(shù)改進，以降低成本從而能夠廣泛應(yīng)用。(2)風(fēng)力發(fā)電裝置：它是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，也可分為獨立運行與并網(wǎng)運行兩類，前者為微型或小型風(fēng)力發(fā)電機組，容量為100瓦lO千瓦，而后者的容量通常超過150千瓦。近年來，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)進步很快，單機容量在2兆瓦以下的技術(shù)已經(jīng)很成熟。(3)混合式分布式發(fā)電系統(tǒng)通常是指由兩種或多種分布式發(fā)電裝置及蓄能裝置組合起來形成的復(fù)合式發(fā)電系統(tǒng)。目前已有多種形式的復(fù)合式發(fā)電系統(tǒng)，其中研究最廣泛的是熱、電、

17、冷三聯(lián)產(chǎn)的多目標(biāo)分布式供能系統(tǒng)，通常簡稱為分布式供能系統(tǒng)。它在生產(chǎn)電力的同時，也能提供熱能或同時滿足供熱、制冷等方面的需求。與傳統(tǒng)供電系統(tǒng)相比，分布式供能系統(tǒng)的主要優(yōu)點在于：可以大幅度提高能源利用率、降低環(huán)境污染和改善系統(tǒng)的經(jīng)濟性6。分布式發(fā)電系統(tǒng)主要有兩種運行模式，即獨立運行模式(孤島運行模式)以及與電力系統(tǒng)并聯(lián)運行模式(并網(wǎng)運行模式)。所謂孤島運行模式是指負(fù)荷由分布式發(fā)電系統(tǒng)單獨供電的運行模式。而并網(wǎng)運行模式是指分布式發(fā)電系統(tǒng)接入電力系統(tǒng)的配電網(wǎng)，與原有系統(tǒng)一起向負(fù)荷供電的運行模式。在這兩種運行模式中，前者主要用于電網(wǎng)沒有到達的地方，后者主要用于電網(wǎng)中負(fù)荷增長快速的區(qū)域和重要的負(fù)荷區(qū)域。分

18、布式發(fā)電系統(tǒng)與傳統(tǒng)的集中供電式電力系統(tǒng)的配合應(yīng)用，即分布式并網(wǎng)發(fā)電有以下優(yōu)點：(1)分布式發(fā)電系統(tǒng)中各電站相互獨立，由于用戶可以自行控制，不會發(fā)生大規(guī)模停電事故，所以安全可靠性比較高；(2)分布式發(fā)電可以彌補大電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的不足，在意外災(zāi)害發(fā)生時繼續(xù)供電，已成為集中供電方式不可缺少的重要補充；(3)分布式發(fā)電系統(tǒng)可對區(qū)域電力的質(zhì)量和性能進行實時監(jiān)控，非常適合向農(nóng)村、牧區(qū)、山區(qū)以及發(fā)展中城市或商業(yè)區(qū)的居民供電，大大減小了環(huán)保壓力；(4)分布式發(fā)電的輸配電損耗很低，甚至沒有，無需建配電站，可降低或避免附加的輸配電成本，同時土建和安裝成本低；(5)分布式發(fā)電系統(tǒng)可以滿足特殊場合的需求，如用于重要集

19、會或慶典的(處于熱備用狀態(tài)的)移動分散式發(fā)電車；(6)分布式發(fā)電系統(tǒng)調(diào)峰性能好，操作簡單，由于參與運行的系統(tǒng)少，啟動和停用快速，便于實現(xiàn)全自動。分布式發(fā)電系統(tǒng)的主要作用是提高供電可靠性，可在電網(wǎng)崩潰和意外災(zāi)害情況下保證重要用戶的安全工作。與大型計算機與個人微機的關(guān)系類似，分布式發(fā)電系統(tǒng)將是未來“微電網(wǎng)”(Microgrid)的重要組成部分，在未來電力市場中是一種極有競爭力的發(fā)電方式。1.2.3 分布式發(fā)電的應(yīng)用及前景隨著經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，我國集中式供電網(wǎng)的規(guī)模迅速膨脹，這種發(fā)展所帶來的安全性問題不容忽視。由于各地經(jīng)濟發(fā)展很不平衡，對廣大經(jīng)濟欠發(fā)達的農(nóng)村地區(qū)特別是農(nóng)牧地區(qū)和偏遠(yuǎn)山區(qū)來說，要形成

20、一定規(guī)模的、強大的集中式供電網(wǎng)需要巨額的投資和很長的時間周期，能源供應(yīng)的不足嚴(yán)重制約了該地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展。而分布式發(fā)電則剛好可以彌補這些集中式發(fā)電的局限性，例如我國西北部廣大農(nóng)村地區(qū)的風(fēng)力資源十分豐富，像內(nèi)蒙古己經(jīng)形成了年發(fā)電量1億千瓦時的電量，在能保證本地區(qū)充足用電的同時，還可向北京地區(qū)送電，這種無污染的綠色能源可以減輕當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境污染。在基于可再生能源的分布式發(fā)電系統(tǒng)中，除風(fēng)力發(fā)電外，還有太陽能發(fā)電、中小型水電等，都是解決我國偏遠(yuǎn)地區(qū)缺電的良好辦法，應(yīng)引起足夠的重視。在我國城鎮(zhèn)，分布式發(fā)電作為集中供電不可缺少的重要補充，將成為未來能源領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。目前，國內(nèi)分布式發(fā)電在電力系統(tǒng)中所占的份

21、額還比較小，但是隨著電力負(fù)荷的快速增長，電力市場化的推行，以及分布式發(fā)電技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展，分布式發(fā)電在未來十年內(nèi)將會有實質(zhì)性的發(fā)展，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)為城市配電網(wǎng)的工業(yè)、商業(yè)、企事業(yè)以及居民等用戶提供電力，主要發(fā)電形式為小型燃?xì)廨啓C、燃料電池以及太陽能發(fā)電等；(2)為農(nóng)業(yè)、山區(qū)、牧區(qū)以及偏遠(yuǎn)用戶提供電力，主要發(fā)電形式為小型燃?xì)廨啓C、風(fēng)力發(fā)電、化學(xué)能發(fā)電以及太陽能發(fā)電等；(3)用于能源的綜合利用，在城市主要表現(xiàn)在為居民小區(qū)、商用樓宇等提供制冷、供熱以及供電等綜合的能源解決方案；在農(nóng)村主要表現(xiàn)在為住戶實現(xiàn)廢物處理利用、供氣以及供電等生態(tài)能源循環(huán)體系的建立和完善；(4)利用分布式

22、發(fā)電啟動快、分布廣，便于電力調(diào)度等特點，為電力系統(tǒng)的緊急控制提供后備容量以及事故后的支撐點和啟動點，通過分布式電源與大電網(wǎng)的相互補充、協(xié)調(diào)，能夠有效地提高系統(tǒng)的魯棒性7。1.3 孤島檢測及其研究意義隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)和其他分布式發(fā)電系統(tǒng)（如風(fēng)力發(fā)電、燃料電池、微透平發(fā)電等）并網(wǎng)運行規(guī)模的增大、功率等級的提升，分布式發(fā)電作為一種新型的供電模式將會帶來一系列新的研究課題，“孤島”檢測就是其中之一。所謂孤島現(xiàn)象是指，在分布式發(fā)電系統(tǒng)（Distribution Generation, DG）中，當(dāng)電網(wǎng)突然停止供電時，分布式電站由于未及時檢測出電網(wǎng)狀態(tài)的變化而將自身切離電網(wǎng)，和周圍負(fù)載形成一個電網(wǎng)無法掌控

23、的供電區(qū)域，如圖1-2所示。圖1-2 孤島現(xiàn)象發(fā)生示意圖在圖1-2所示的電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，孤島現(xiàn)象可能產(chǎn)生的三種方式包括：1大電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)停止運行導(dǎo)致整個電網(wǎng)停電，例如開關(guān)K3斷開，但是光伏并網(wǎng)系統(tǒng)仍通過投閘開關(guān)連接在電網(wǎng)上，其輸出容量遠(yuǎn)小于供電電網(wǎng)系統(tǒng)容量，在短時間內(nèi)形成的孤島系統(tǒng)就會崩潰。2大電網(wǎng)或配電網(wǎng)某處線路斷開或開關(guān)跳閘，例如開關(guān)K2斷開造成光伏并網(wǎng)系統(tǒng)與所連接負(fù)載(包括配電網(wǎng)上的部分負(fù)載)形成獨立供電系統(tǒng)，并可能進入穩(wěn)定運行狀態(tài)。3光伏并網(wǎng)系統(tǒng)投閘開關(guān)K1自主或意外斷開，但是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與本地網(wǎng)絡(luò)仍舊形成孤島運行。1.3.1孤島效應(yīng)的危險性孤島效應(yīng)作為分布式發(fā)電系統(tǒng)的一個技術(shù)問題，必

24、須對其危險性有足夠的重視，并采用適當(dāng)?shù)姆桨竵砑右苑乐够蚶?。下面針對孤島效應(yīng)可能帶來的不利影響來進行危險性分析：(1)孤島系統(tǒng)中電壓和頻率的不穩(wěn)定：并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)發(fā)生孤島效應(yīng)的可能性和危險性通常比同步發(fā)電機系統(tǒng)的可能性和危險性要小。因為并網(wǎng)逆變器的控制中具有過欠電壓和高低頻率的保護功能，一旦孤島系統(tǒng)中的電壓和頻率超出正常工作范圍，將立即停止運行，所以并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)中不會產(chǎn)生較大的電壓或頻率偏移。(2)孤島效應(yīng)引起的重合閘問題：并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)發(fā)生孤島效應(yīng)所造成的危險性與自動重合閘相應(yīng)的使用規(guī)定有關(guān)，這與使用自動重合閘裝置的國家的規(guī)定有關(guān)。一些歐洲國家如荷蘭主要在中高壓高架輸電線中使用自動重合閘

25、裝置，而通常連接在低壓配電網(wǎng)中的并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)不可能到達電壓高的輸電線，所以不必考慮自動重合閘所帶來的危險。而北美在針對發(fā)電裝置的并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(如IEEEStd.929和IEEE Std.1547)中明確提出使用自動重合閘可能帶來危險，至少有可能對并網(wǎng)逆變器本身造成損壞。(3)孤島效應(yīng)對正常供電的自動或手動恢復(fù)產(chǎn)生的干擾：孤島效應(yīng)干擾供電的自動或手動恢復(fù)所帶來的危險性部分依賴于孤島效應(yīng)穩(wěn)定地維持到電網(wǎng)重新連接時的可能性。由于孤島效應(yīng)只有在發(fā)電裝置的輸出功率與孤島系統(tǒng)中的負(fù)載需求基本相匹配時才可能維持，而發(fā)電裝置的輸出功率和孤島中的負(fù)載需求都是隨時間變化的，顯然持續(xù)時間長的孤島效應(yīng)發(fā)生的可能性要

26、比持續(xù)時間短的孤島效應(yīng)發(fā)生的可能性更小。通過對并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的孤島效應(yīng)危險性的大量研究表明：持續(xù)時間超過幾分鐘的孤島效應(yīng)幾乎是不可能的，因此相對于手動重合閘來說，避免上述危險更需要考慮的是自動供電恢復(fù)技術(shù)(如自動重合閘)。(4)孤島效應(yīng)給相關(guān)人員帶來電擊的危險：由于孤島效應(yīng)能使被認(rèn)為已經(jīng)與所有電源斷開的線路帶上電，從而給相關(guān)人員帶來的危險是最嚴(yán)重的。因為涉及到安全問題，所以對這種危險性應(yīng)有更廣泛的分析。對電網(wǎng)維修人員的危險可以通過制訂相關(guān)的安全工作條例來減少，如果工作時都遵循這些相關(guān)條例，孤島效應(yīng)不會增加電網(wǎng)維修人員遭到電擊的危險性。然而，其它工作人員(如消防隊員)可能沒有時間或能力來遵循這些

27、條例，這樣只要孤島效應(yīng)持續(xù)時間超過幾秒鐘，就有可能造成電擊的危險。1.3.2孤島效應(yīng)的檢測(1)要及時檢測出孤島效應(yīng)，必須注意以下幾點9：必須能夠檢測出各種不同形式的孤島系統(tǒng)，由于分布式發(fā)電裝置與電網(wǎng)之間可能存在多個自動開關(guān)以及熔斷器，其中任何一處斷開，都有可能形成孤島。每個孤島系統(tǒng)可能由不同的負(fù)載和分布式發(fā)電裝置組成，其運行狀況可能存在很大差異。一個可靠的反孤島方案必須能夠檢測出所有可能的孤島系統(tǒng)；必須在規(guī)定時間內(nèi)檢測到孤島效應(yīng)。這主要是為了防止分布式發(fā)電裝置不同步的重合閘。自動開關(guān)通常在O.5s1s的延遲后重新合上，反孤島方案必須在重合閘發(fā)生之前使分布式發(fā)電裝置停止運行。(2)目前已經(jīng)研究

28、出很多的孤島檢測方法，其中一些己經(jīng)應(yīng)用于實際或集成在并網(wǎng)逆變器的控制中。然而在選擇孤島檢測方法時，必須考慮分布式發(fā)電裝置的工作特性。分布式發(fā)電裝置通?？梢苑譃橐韵聨追N：同步發(fā)電機：這種類型的分布式發(fā)電裝置通常連接到主饋線上，功率可達到30兆瓦。同步發(fā)電機具有足夠的能力來維持孤島效應(yīng)，但由于其容量很大，檢測方法的選擇受到限制，所以同步發(fā)電機的反孤島保護被看作是最有挑戰(zhàn)性的任務(wù)；異步發(fā)電機：這種類型的分布式發(fā)電裝置通常也連接到主饋線上，容量也相當(dāng)大，一般為l0至20兆瓦。由于異步發(fā)電機需要電網(wǎng)提供無功功率，它不能支持孤島運行，所以不需要反孤島保護。值得注意的是，如果孤島系統(tǒng)自身可以提供足夠的無功功

29、率，異步發(fā)電機能夠自激勵，從而工作于孤島運行模式。然而異步發(fā)電機自激勵時頻率接近50Hz的情況很少出現(xiàn)，因此可以用頻率繼電器來檢測自激勵狀況，以進行反孤島保護；并網(wǎng)逆變器：由丁其輸出功率較小一般范圍在幾百瓦至1兆瓦)，通常連接到低壓備用饋線上。并網(wǎng)逆變器可以與局部負(fù)載形成孤島，然而，基于微處理器的并網(wǎng)逆變器可以在其控制策略中集成檢測和控制孤島效應(yīng)的功能，因此，研究出的多種孤島檢測方法大都是針對并網(wǎng)逆變器的。1.4 本章小結(jié)主要介紹了分布式發(fā)電系統(tǒng)的概念，應(yīng)用及前景，接著闡述了在分布式發(fā)電中存在的一個重要問題“孤島檢測”，對孤島檢測進行了初步介紹這其中包括孤島的概念及發(fā)生孤島現(xiàn)象的危險性。第2章

30、 單相并網(wǎng)逆變器2.1 并網(wǎng)控制思想直流源輸出直流電輸入到逆變橋，逆變橋輸出經(jīng)過LC濾波器連接到電網(wǎng)上。電感用于濾除由于開關(guān)動作引起的高次諧波電流，使并網(wǎng)輸出電流電網(wǎng)電壓同頻同相的正弦波。系統(tǒng)控制算法由TI公司的TMS320LF2407A DSP實現(xiàn)。并網(wǎng)時，當(dāng)DSP檢測到電網(wǎng)電壓正向過零點時，啟動DSP內(nèi)部并網(wǎng)控制算法程序，實現(xiàn)電網(wǎng)頻率的鎖相跟蹤，并經(jīng)過運算，產(chǎn)生逆變器并網(wǎng)運行所需要的SPWM 邏輯控制信號，經(jīng)隔離驅(qū)動電路實現(xiàn)對逆變器開關(guān)的控制，使逆變器實現(xiàn)單位功率因數(shù)并網(wǎng)運行。2.2 單相逆變器主電路設(shè)計 單相逆變器并網(wǎng)主電路控制框圖如下： 直流源 逆變器 濾波器 電網(wǎng) 單相逆變器并網(wǎng)主電

31、路如下：圖 2-1單相逆變器原理圖直流源電壓=450V，逆變器選用全橋逆變器，濾波器采用LC濾波器。直流源電壓取定為450V，既保證了滿足并網(wǎng)的要求，又能實現(xiàn)高效率的運行。各個參數(shù)如下：直流電壓=450V；輸出功率；電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)頻率；則輸出電流有效值 ；輸出電流峰值；負(fù)載電阻 ；開關(guān)頻率=20KHZ。2.3正弦波PWM逆變器正弦波逆變器的優(yōu)點是輸出波形基本為正弦波，在負(fù)載中只有很少的諧波損耗，對通信設(shè)備干擾小，整機效率高。缺點是設(shè)備復(fù)雜、價格高。隨著電力電子技術(shù)的進步，脈寬調(diào)制技術(shù)的普及，大容量PWM型正弦波逆變器逐漸成為逆變器的主流產(chǎn)品。以典型的單相全橋式逆變器為例，四個對角的開關(guān)功率臂以

32、每個對角線的一個開關(guān)管為一組，依次導(dǎo)通和關(guān)斷，在負(fù)載一端就產(chǎn)生交替的正負(fù)電壓，形成交流輸出。當(dāng)此交替導(dǎo)通的頻率與負(fù)載所需的交流頻率相同時，其輸出的電壓就為方波電壓。當(dāng)開關(guān)管以比逆變交流輸出電壓高許多的頻率開關(guān)，且每次開關(guān)的脈寬按照正弦波的幅值調(diào)制時，就變成了正弦波脈寬調(diào)制輸出的逆變器，加濾波器后其輸出的電壓波形就是正弦波輸出逆變器10。PWM型逆變器廣泛使用功率場效應(yīng)管 (PowerMOSFET)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)，可關(guān)斷型晶閘管(GTO)等作為開關(guān)管，而控制部分使用專用型PWM開關(guān)集成電路以及帶有PWM輸出的DSP和單片機芯片。構(gòu)成一臺實用型逆變器需要主功率電路、控制電路和輔助

33、電路(如保護、測量和監(jiān)控等)。其逆變過程為:光伏陣列或蓄電池輸出的直流電進入逆變器直流母線，經(jīng)開關(guān)電路(如橋式電路)將直流電變成正反方向輸出的、脈寬為正弦調(diào)制的交流脈沖波，此脈寬調(diào)制的交流電壓經(jīng)濾波電路變成正弦交流電壓輸出，如需要升壓則外接升壓變壓器，再經(jīng)輸電線路將交流電力送往負(fù)載。將調(diào)制輸出信號頻率稱作逆變器的調(diào)制頻率或開關(guān)頻率，它一般是逆變器輸出交流基波頻率的十幾倍、幾十倍到上百倍。典型的逆變器交流輸出頻率為50Hz，逆變器開關(guān)頻率可以是幾百到幾十千赫。PWM調(diào)制的開關(guān)頻率愈高，則逆變器輸出波形諧波愈小，但開關(guān)過程帶來的功率損耗則愈大，要權(quán)衡選取開關(guān)臂PWM調(diào)制的開關(guān)頻率。逆變器輸出所接的

34、濾波器通常為低通濾波器，由電感器和電容器構(gòu)成r型低通濾波形式。濾波器的設(shè)計要考慮濾波能力也要考慮可能帶米的電磁諧振。逆變器按輸出類型，又分為電壓型逆變器和電流型逆變器。電壓型逆變器電壓型逆變器一般需要在直流側(cè)接有平波電容，根據(jù)器件的開關(guān)動作，輸出一連串的方波電壓，方波的幅值籍位在直流電壓上，逆變器是個電壓源。該逆變器以對角線T1和T4、對角線T2和T3。構(gòu)成兩組聯(lián)動開關(guān)，兩組開關(guān)交替開通，其結(jié)果是在負(fù)載端輸分別為出正負(fù)的方波電壓。具體器件的開關(guān)順序選擇，根據(jù)控制日的的不同也存在多種控制方式，如方波逆變控制、正弦波PWM逆變控制等。電流型逆變器電流型逆變器將直流電路上的電容器換成了直流電感，其輸

35、出是以直流電流為峰值的正負(fù)方波電流，逆變器是電流源。電壓型與電流型逆變器的比較電壓型和電流型逆變器在電路結(jié)構(gòu)、直流側(cè)電源、輸出波形等方面都有著對偶關(guān)系。(1)電壓型逆變器在直流電源側(cè)并聯(lián)濾波電容器，逆變橋臂的開關(guān)管上有反并聯(lián)續(xù)流二極管，逆變器的輸出阻抗很小，輸出為電壓源，在一般情況下，輸出電壓波形是不等寬的脈沖列；而電流型逆變器在直流電源側(cè)，串聯(lián)電抗器，電源阻抗大，輸出為電流源，橋臂結(jié)構(gòu)采用可控開關(guān)器件和一極管串聯(lián)方式，輸出電流波形是不等寬的脈沖列。(2)電壓型逆變器的換相在上下橋臂間進行，而電流型逆變器的換相要在不同的相間進行。從開關(guān)暫態(tài)特性上看，電壓型逆變器負(fù)載短路時的過電流危害嚴(yán)重，應(yīng)予

36、重點保護，暫態(tài)過電壓保護相對容易；電流型由于電源阻抗很大，所以負(fù)載短路時的過電流危害不嚴(yán)重，而過電壓危害較為嚴(yán)重，其保護也相對困難。單相全橋并網(wǎng)逆變器的工作特點本系統(tǒng)采用的是典型的電壓源電流控制的單相光伏全橋并網(wǎng)逆變電路。為了減小輸出諧波，逆變器采用SPWM調(diào)制，即主電路逆變橋的對管是互補高頻開通和關(guān)斷的。逆變器輸出和電網(wǎng)之間的電感用于濾除高次諧波電流，平衡逆變器和電網(wǎng)基波(50Hz)之間的電壓差，是整個系統(tǒng)控制策略的關(guān)鍵所在。經(jīng)過交流側(cè)濾波后，通過控制逆變器的輸出電流頻率和相位跟蹤電網(wǎng)電壓的頻率和相位，幅值保持正弦波輸出，即可達到并網(wǎng)運行的目的。交流側(cè)電感用以濾除高頻諧波電流，保證并網(wǎng)電流品

37、質(zhì)。選用LC濾波器的原因：并網(wǎng)逆變器的輸出濾波器一般包括L、LC和LCR 三種類型，其中單電感L濾波器結(jié)構(gòu)簡單，并網(wǎng)電流控制容易，但其高頻濾波特性差，不適合開關(guān)頻率較低的應(yīng)用場合，LCR 濾波器高頻衰減特性好，但濾波元件參數(shù)設(shè)計及并網(wǎng)電流控制策略較為復(fù)雜，諧振峰的存在對參數(shù)設(shè)計及優(yōu)化帶來困難。LC 濾波器控制簡單，與單電感L型濾波器相比，電容的存在能有效地衰減并網(wǎng)電流的高頻成分，而且適合于實現(xiàn)并網(wǎng)與獨立兩種運行模式的切換。2.4 各環(huán)節(jié)的模型數(shù)學(xué)2.4.1 逆變器的建模在逆變器的電路控制模型中，參考正弦波Vmsin（t）和三角波比較得到的脈沖去控制各功率開關(guān)器件。由于開關(guān)狀態(tài)是不連續(xù)的，分析時

38、我們采用狀態(tài)空間法。狀態(tài)空間法是基于輸出頻率遠(yuǎn)小于開關(guān)頻率的情況下，在一個開關(guān)周期內(nèi)，用變量的平均值代替其瞬時值，從而得到連續(xù)狀態(tài)空間平均模型。由圖2-1，可以推出輸出電壓Vo(s)與逆變器輸出電壓Vi(s)的傳遞函數(shù)G（s）（2-1）當(dāng)忽略濾波電感的等效電阻r時，式（21）可以簡化為（2-2）雙極性SPWM調(diào)制時，vi可以表示為 （2-3）式中，S為開關(guān)函數(shù)。當(dāng)S1（或V1、V4）導(dǎo)通時，S=1；當(dāng)S2（或V2、V3）導(dǎo)通時，S=0。顯然，由于開關(guān)函數(shù)S的存在，式（23）中vi不連續(xù)。對式（23）求開關(guān)平均周期，得到 （2-4）這里表示的開關(guān)周期平均值。而S的開關(guān)周期平均值 （2-5）式中為

39、占空比。由圖可得到 （2-6）式中，為參考正弦波信號；為三角載波峰值。把式和式代入式有 （2-7）所以有 （2-8）因此，從調(diào)制器輸入至逆變橋輸出的傳遞函數(shù)為（2-9） 從式可以看出，在SPWM中，載波頻率（開關(guān)頻率）遠(yuǎn)高于逆變器的輸出基波頻率時，逆變橋部分可以看成是一個比例環(huán)節(jié)，比例系數(shù)即為。2.4.2 逆變輸出濾波器設(shè)計 SPWM逆變器中，逆變器的輸出LC濾波器主要用來濾除開關(guān)頻率及其臨近頻帶的諧波?？疾煲粋€濾波器性能的優(yōu)劣首先是看它對諧波的抑制能力，具體可以從THD值來體現(xiàn)，另外需要盡量減小濾波器對逆變器的附加電流應(yīng)力電流應(yīng)力增大，除了使器件損耗及線路損耗加大外，另一方面也使功率元件的容

40、量增大11。THD值小的要求與濾波器引起的附加電流應(yīng)力小的要求往往是矛盾的。下面將從分析二階LC濾波器的特性著手探討濾波器的設(shè)計方法。忽略電感電阻及線路阻抗，濾波器的輸出電壓相對于逆變橋輸出電壓的傳遞函數(shù)為： （2-10）式中， 為自然振蕩角頻率， 為阻尼比。這是一個典型的二階振蕩系統(tǒng)。濾波器濾波電感的設(shè)計根據(jù)工程經(jīng)驗，一般取電感電壓為輸出電壓的5%-10%，即其中，為所求電感，輸出電流，輸出電流，即電感值 本文取電感值。濾波器濾波電容的設(shè)計截止角頻率為 ，為公稱阻抗，如果設(shè)截止頻率為20kHZ衰減4倍即為5000HZ。本文取濾波電容C為5。2.4.3 控制系統(tǒng)框圖圖2-2 控制系統(tǒng)框圖其中

41、為PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)， 為逆變器的傳遞函數(shù)，其中約為開關(guān)周期T的12倍，取。 為LC濾波器的傳遞函數(shù)（由于電容C的作用很小，這里忽略）將系統(tǒng)校正成典型型系統(tǒng)，開環(huán)傳遞函數(shù)（2-11）則閉環(huán)傳遞函數(shù) （2-12）2.4.4 PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計設(shè)計PI調(diào)節(jié)器，主要求出參數(shù)和來12，方法如下所示：（2-13）對比式(2-12)與式(2-13)可以得到： 取， （2-14）其中，取 電感，寄生電阻。令調(diào)節(jié)器中的比例微分環(huán)節(jié)對消掉控制對象中較大時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，經(jīng)過整理，可以得到，2.5本章小結(jié)主要介紹了逆變器的工作原理及電壓頻率的選取，各幾個環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型濾波器以及各模塊的參數(shù)計算，還有PI調(diào)節(jié)器的

42、參數(shù)。第3章 孤島檢測方法及評估分析第2章已介紹孤島的概念、產(chǎn)生的原因和危害，本章將詳細(xì)介紹孤島產(chǎn)生的原理及其相應(yīng)的檢測標(biāo)準(zhǔn)、常見的孤島檢測方法以及基于盲區(qū)(NonDetection Zone, NDZ)分析的主動孤島檢測方法的評估13。3.1 孤島檢測3.1.1孤島效應(yīng)檢測標(biāo)準(zhǔn)國際通行的光伏系統(tǒng)入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE Std. 2000-929以及UL1741和分布式電站入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 1547，都對并網(wǎng)逆變器孤島檢測功能做出了要求。其中，IEEE Std.2000-929 規(guī)定當(dāng)公共點的頻率在59.360.5Hz 之外時，并網(wǎng)逆變器應(yīng)在6個周期內(nèi)停止供電；在公共點電壓異常下逆變器停止供電時間標(biāo)

43、準(zhǔn)如表1-114。表2-1 電壓異常下的響應(yīng)（IEEE Std. 2000-929）公共點電壓最大分閘時間 V<50%6 cycles50%V<88%120 cycles 88V<110%正常工作110<V<137%120 cycles137%V2 cycles我國的光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求（GB/T 19939-2005）規(guī)定光伏系統(tǒng)并網(wǎng)后的頻率允許偏差值允許為±0.5Hz，當(dāng)超過該范圍時過/欠頻保護應(yīng)在0.2s 內(nèi)動作，使光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)斷開。相應(yīng)的系統(tǒng)對檢測到異常電壓時所做出的反應(yīng)時間如表1-2 所示。同時還規(guī)定，在電網(wǎng)的電壓和頻率恢復(fù)到正常范圍后的20

44、s5min，光伏系統(tǒng)不應(yīng)向電網(wǎng)送電，這一點區(qū)別于北美標(biāo)準(zhǔn)的至少延遲5min 和德國標(biāo)準(zhǔn)的延遲20s。表2-2 電壓異常下的響應(yīng)（GB/T 19939-2005）公共點電壓最大分閘時間 V<50%0.1s50%V<85%2.0s85V<110%繼續(xù)運行110V<135%2.0s135%V0.05s對于孤島檢測的測試電路，北美和歐洲普遍選用RLC諧振負(fù)載。用RL負(fù)載來模擬沒有進行功率因數(shù)校正的電網(wǎng)時，當(dāng)從0變到2.5時，相應(yīng)的功率因數(shù)由1變到0.37。IEEE Std.2000-929 取為2.5，以模擬功率因數(shù)補償后實際負(fù)載中可能出現(xiàn)的最大值。日本采用電容補償?shù)膯蜗喔袘?yīng)電

45、機帶大慣性負(fù)載，但研究發(fā)現(xiàn)電機負(fù)載在某種程度上可與RLC負(fù)載等效，且實際操作中由于電機參數(shù)個體差異大而使電機負(fù)載實驗的可重復(fù)性差。為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，IEC(International Electro-technical Commission)在2003.11 制定的草案上規(guī)定用RLC并聯(lián)諧振電路，但降低了要求，只取0.65。由于該草案還未成為正式標(biāo)準(zhǔn)，本文仍采用為2.5 的諧振負(fù)載，按要求需在2s 內(nèi)檢測出孤島并作保護。3.1.2 現(xiàn)有孤島檢測技術(shù)及其評估分析分布式發(fā)電本身系統(tǒng)具有容量小、造價高的特點，因此不主張與電網(wǎng)控制系統(tǒng)通訊，其孤島檢測和保護技術(shù)主要立足于逆變器的自我檢(Local detec

46、tion)而非遠(yuǎn)程通訊技術(shù)(Remote detection)。目前孤島檢測研究致力于將孤島檢測功能集成在逆變器內(nèi)部，以對電能質(zhì)量影響小、穩(wěn)定性高、檢測時間短、盲區(qū)小或無盲區(qū)為目標(biāo)15。3.1.3 被動式孤島檢測方法被動式孤島檢測方法主要根據(jù)公共耦合點(PCC)電參量的變化來判斷是否發(fā)生孤島。1. 過/欠壓-過/欠頻檢測(Over/Under Voltage & Over/Under Frequency)：根據(jù)PCC電壓、頻率是否超出正常范圍來判斷電網(wǎng)狀態(tài)，有檢測盲區(qū)，現(xiàn)在任何一款逆變器都包含這兩種方式。2. 電壓相位跳變檢測(Phase Jump Detection)：光伏系統(tǒng)并網(wǎng)運

47、行時，系統(tǒng)輸出功率因素控制為1，電壓電流相差為0。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)異常時，電壓電流相角由負(fù)載決定。該方法有檢測盲區(qū)，且檢測閾值難以設(shè)定（配電網(wǎng)或負(fù)載過渡過程如電機啟動會引起電壓相位跳變）。3. 電壓諧波檢測(Harmonic Detect)：檢測電網(wǎng)異常時逆變器輸出電流經(jīng)非線性的配電線路和本地負(fù)載而產(chǎn)生的電壓諧波，該方法有檢測盲區(qū)，閾值難以設(shè)定，受負(fù)載干擾大。3.2 主動式孤島檢測方法單純依靠被動孤島檢測存在檢測盲區(qū)大、誤動的缺陷，因此主動孤島檢測方法應(yīng)運而生。主動檢測法的思想是：對逆變器輸出的電壓電流等電量實施擾動，監(jiān)測電路的響應(yīng)情況，從而判斷逆變器是否與電網(wǎng)相連16。1. 監(jiān)測逆變器輸出電路的阻

48、抗變化歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN 50330-1規(guī)定阻抗變化即可認(rèn)為孤島產(chǎn)生，需在5s 內(nèi)切斷電網(wǎng)。a) 功率擾動(Power variation)對逆變器的輸出電流值進行擾動，檢測公共點電壓跟隨變化的情況，從而判斷電網(wǎng)是否存在。由于dv/di 即為逆變器輸出電路的等效阻抗，因此實際檢測的是dv/di。單相光伏并網(wǎng)時，所并聯(lián)的電網(wǎng)內(nèi)阻抗極小，dv/di0。孤島發(fā)生時，等效阻抗由本地阻抗決定，于是輸出電壓能跟隨輸出電流的擾動而變化，從而檢測出線路阻抗的變化情況。單機并網(wǎng)時，該方法具有很小的NDZ。多機并網(wǎng)時，由于擾動不同步存在稀釋效應(yīng)，將影響檢測的有效性；在光伏系統(tǒng)高功率密度并網(wǎng)運行時，電網(wǎng)阻抗不能認(rèn)為無窮小

49、，因此輸出功率變化不能太大，否則會造成電壓閃變、誤觸發(fā)和電網(wǎng)不穩(wěn)的問題。因此，功率擾動法孤島檢測只適用于單機小規(guī)模并網(wǎng)系統(tǒng)。b) 信號注入(Signal injection)逆變器輸出電網(wǎng)不會自然產(chǎn)生的特異信號，通過信號處理技術(shù)得到相同頻率的公共點電壓，以此計算線路阻抗。這種方法需要復(fù)雜的信號處理技術(shù)，適合采用的信號帶寬有限。由于注入的信號多為次諧波，當(dāng)信號過大時將降低變壓器等設(shè)備的性能。多系統(tǒng)并聯(lián)時同樣存在稀釋效應(yīng)。c) 電抗插入(Reactance Insertion)周期性地在公共點和電網(wǎng)之間插入一低電抗的大型電容器，引起逆變器輸出電流的相位跳變，從而測出線路等效阻抗。這種方法成本高，反

50、應(yīng)速度慢，且不符合將反孤島集成在逆變器內(nèi)部的發(fā)展趨勢。2. 輸出電壓正反饋(Sandia Voltage Shift, SVS)對逆變器的輸出電流有效值或有功調(diào)節(jié)環(huán)施加正反饋，使電網(wǎng)斷開后，公共點電壓能很快地偏離正常范圍，從而檢測出孤島狀態(tài)。該方法不影響電能質(zhì)量，但會造成功率損失，且由于擾動周期比較長，孤島檢測時間較慢。3. 無功補償檢測(Reactive Power Compensation)對同時輸出有功和無功的逆變器，隨時檢測并網(wǎng)運行時的負(fù)載無功需求，對負(fù)載作部分無功補償或波動無功補償以打破無功平衡，使電網(wǎng)斷開后，公共點頻率能很快地偏離正常范圍。此方法基于功率控制，控制策略比較復(fù)雜。4.

51、 主動頻率/相位偏移(Frequency and phase shift techniques)逆變器對輸出電流的頻率或相位做正反饋擾動，使在電網(wǎng)斷開后，將公共點頻率快速推離正常范圍。該方法具有對電能質(zhì)量影響小，易于實現(xiàn)等優(yōu)點，多機并網(wǎng)系統(tǒng)中同樣有效。該技術(shù)的檢測盲區(qū)主要集中在負(fù)載品質(zhì)因數(shù) (Quality factor)較高時，高 的諧振電路將阻止逆變器的輸出頻率偏離諧振頻率，越大，其阻尼作用越強。3.3本章小結(jié)本章將詳細(xì)介紹孤島產(chǎn)生的原理及其相應(yīng)的檢測標(biāo)準(zhǔn)、常見的孤島檢測方法及各方法的優(yōu)缺點。第4章主動電流法孤島檢測及仿真4.1主動電流干擾法原理逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)如圖4-1所示，如果一個逆變器

52、具有過電壓欠電壓、過頻，欠頻保護措施，那么它具有了基本的孤島檢測功能。一旦PCC點的電壓和頻率超出規(guī)定的正常工作范圍，此時認(rèn)為電網(wǎng)故障，應(yīng)當(dāng)停止逆變器運行防止孤島發(fā)生17。圖4-1 逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)圖當(dāng)斷路器閉合的時候，逆變器輸出的功率為P+jQ,負(fù)載獲得的功率是，電網(wǎng)提供的功率為，。如果，當(dāng)電網(wǎng)斷開時，公共節(jié)點PCC的電壓幅值和相位發(fā)生變化，孤島可以被檢測出來；但是當(dāng)逆變器與負(fù)載功率匹配的情況下，P0，Q0，由于斷網(wǎng)后公共節(jié)點PCC的電壓幅值和相位不發(fā)生變化，檢測孤島失敗，即存在檢測盲區(qū)。4.2.主動式檢測法4.2.1主動電流干擾法原理主動電流干擾法檢測孤島原理如圖4-2所示圖4-2 主動電流

53、擾動法檢測孤島系統(tǒng)圖并網(wǎng)逆變器通常工作在電流控制模式，在不添加電流擾動的情況下，控制逆變器輸出電流跟隨給定信號v。(一般為電網(wǎng)信號或者與電網(wǎng)同頻同相的正弦)，此時 (1) 在添加干擾信號時，電流的參考信號為正弦信號V和干擾信號的差，則 (2)并網(wǎng)情況下，公共節(jié)點PCC的電壓vPcc為電網(wǎng)電壓，如果逆變器輸出與負(fù)載消耗的功率相匹配，那么在不添加擾動情況下電網(wǎng)斷電時，PCC點的電壓不發(fā)生變化，會導(dǎo)致孤島發(fā)生。而在添加電流擾動的情況下，電網(wǎng)斷電時，PCC點的電壓取決于逆變器輸出電流和本地負(fù)載18。 (3) 在原來的基礎(chǔ)上添加了的電壓降，超出欠電壓保護的閾值范圍，即使在功率相匹配的情況下孤島也可以被檢

54、測出來。應(yīng)用Matlab建立仿真模型如圖3所示。每04s進行一次電流干擾，每次干擾維持2個周期使逆變器輸出電流降低一半。4.2.2主動電流干擾法在MATLAB中的實現(xiàn)主動電流干擾在MATLAB中采用下圖4-3的方法實現(xiàn)19其具體實施方案是在電網(wǎng)頻率50Hz的條件下，每0.2s產(chǎn)生一個電流擾動，每個電流擾動持續(xù)兩個電流周期，逆變器輸出電流幅值為原來幅值的45%。她的實現(xiàn)方法比較簡單。由加法器輸出的矩形波與標(biāo)準(zhǔn)的正弦波通過乘法器產(chǎn)生一個每0.2s有兩個電流周期的擾動。這樣的波形與常數(shù)6向乘便得到我們所需要的PWM載波。通過控制載波產(chǎn)生擾動，進而控制逆變器輸出產(chǎn)生電流擾動，從而實現(xiàn)主動電流干擾法檢測孤島圖4-