光伏發(fā)電,、風(fēng)力發(fā)電等分布式發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)間可以實(shí)現(xiàn)功率互補(bǔ)，具有環(huán)保性,、經(jīng)濟(jì)性和靈活性等特點(diǎn),，因此越來越多地應(yīng)用于電力系統(tǒng)。多個(gè)實(shí)驗(yàn)室的研究表明,，孤島效應(yīng)是分布式發(fā)電并網(wǎng)中存在的重要問題之一,，對(duì)于孤島檢測技術(shù)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。所謂孤島效應(yīng)是指當(dāng)電力公司因供電故障或其他因素而停止供電后,，并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和周圍的負(fù)載形成自給供電孤島,。這種自給的孤島現(xiàn)象可能會(huì)損害用電設(shè)備，危害電網(wǎng)維護(hù)人員的人身安全,。因此在分布式發(fā)電系統(tǒng)中,，及時(shí)、準(zhǔn)確地檢測到孤島發(fā)生對(duì)于避免重大安全事故發(fā)生具有重要意義[1],。

1 復(fù)合式孤島檢測方法
    孤島檢測算法可以分為電網(wǎng)端和逆變器端兩種，通過逆變器并網(wǎng)運(yùn)行是分布式發(fā)電系統(tǒng)最常見的方式,。圖1給出的分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)圖,，節(jié)點(diǎn)a為并網(wǎng)逆變器和電網(wǎng)的公共連接點(diǎn)。逆變器側(cè)孤島檢測算法一般可分為兩類：主動(dòng)式檢測方法和被動(dòng)式檢測方法,。主動(dòng)式孤島檢測方法通過對(duì)某一參數(shù)添加擾動(dòng),，改變并網(wǎng)逆變器的某些輸出量，孤島發(fā)生時(shí)這種擾動(dòng)就會(huì)引起輸出量的改變,，從而能夠在電網(wǎng)斷電時(shí)檢測到孤島效應(yīng)的發(fā)生,。主動(dòng)式檢測方法控制算法較復(fù)雜，輸出諧波較大,。其中主動(dòng)頻率偏移法AFD(Active Frequency Drift)只需對(duì)逆變器輸出電流參考波形加入畸變,，應(yīng)用較多。被動(dòng)式檢測方法僅僅監(jiān)控電網(wǎng)斷電時(shí)逆變器輸出端電壓、頻率,、相位或諧波變化進(jìn)行孤島檢測,，該方法容易實(shí)現(xiàn)，但檢測盲區(qū)較大,，應(yīng)用于負(fù)載頻率變化不大且與逆變器的功率輸出不匹配的場合[2-5],。其中過/欠壓和過/欠頻保護(hù)基于孤島檢測基本原理，是所有主,、被動(dòng)孤島檢測方法的基礎(chǔ),。
    為了減小孤島檢測對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，本文在研究主,、被動(dòng)孤島檢測方法的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上,，提出了一種新的復(fù)合式孤島檢測方法。新孤島檢測算法一方面實(shí)時(shí)檢測公共點(diǎn)電壓頻率,、相位的變化,，利用過/欠壓和過/欠頻方法進(jìn)行孤島檢測；另一方面通過改變擾動(dòng)電流波形對(duì)已有AFD方法存在的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn),，在過/欠壓和過/欠頻方法失效時(shí)采用改進(jìn)后的AFD方法來檢測孤島,。將過/欠壓和過/欠頻被動(dòng)式孤島檢測方法和改進(jìn)主動(dòng)式AFD方法相結(jié)合，形成了本文提出的復(fù)合式孤島檢測方法,。經(jīng)驗(yàn)證,，該方法避免了主動(dòng)式孤島檢測方法對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量存在影響，以及被動(dòng)式方法檢測盲區(qū)較大的缺點(diǎn),，大大提高了孤島檢測的效果,。


    在傳統(tǒng)的AFD孤島檢測算法中，欲使Q/P的值達(dá)到5.017%,，THD的值將會(huì)達(dá)到5%,，電流波形失真率增大了近30%。而THD的最大值為5%,，可以求出此時(shí)K的值為0.108,，利用式(14)求出Q/P的值為7.4%。在傳統(tǒng)AFD孤島檢測算法中,，若Cf=0.046得到Q/P的值為4.8%,。兩種檢測算法的THD和Q/P的對(duì)比曲線如圖2所示。
    圖中“○”和“+”分別表示本文提出的改進(jìn)AFD方法以及傳統(tǒng)AFD方法的THD和Q/P的對(duì)比值,?？梢钥闯觯倪M(jìn)的AFD法在任意Q/P值下所引起的輸出電壓總諧波失真值都比較小,。改進(jìn)后的AFD算法中Q值增大了近50%,，在不影響孤島檢測效果的基礎(chǔ)上提高了電網(wǎng)的輸出電能質(zhì)量,。
1.2 復(fù)合式孤島檢測法
    在改進(jìn)AFD方法中，電流的擾動(dòng)周期取值一般不宜過小,，并且只有在擾動(dòng)周期到來時(shí)才能夠檢測出孤島,，致使孤島檢測速度較慢。因此本文嘗試將改進(jìn)AFD方法與被動(dòng)式孤島檢測方法結(jié)合,，即復(fù)合式孤島檢測算法,。復(fù)合式孤島檢測方法可以分以下兩種情況。(1)一般情況下,，即逆變器輸出功率與負(fù)載功率不平衡和負(fù)載呈非阻性的情況下利用過/欠壓和過/欠頻法,，通過控制電路實(shí)時(shí)檢測公共點(diǎn)電壓的頻率和相位是否超過閾值來判定孤島狀態(tài)，進(jìn)行孤島保護(hù),。(2)針對(duì)逆變器輸出功率與負(fù)載功率平衡以及負(fù)載呈阻性的情況,，此時(shí)過/欠壓和過/欠頻等被動(dòng)式孤島檢測算法失效。采用本文提出的改進(jìn)的AFD方法來檢測孤島,，即通過對(duì)逆變器輸出電流施加擾動(dòng)電流而改變電流的頻率和相位,，使輸出電流頻率比公共連接點(diǎn)處電壓頻率略高或者略低。
    我國發(fā)布的孤島檢測標(biāo)準(zhǔn)要求至少采用主動(dòng)與被動(dòng)孤島檢測方法各一種進(jìn)行孤島保護(hù),，且電網(wǎng)失壓時(shí)防孤島效應(yīng)保護(hù)必須在2 s內(nèi)動(dòng)作,。表1為IEEE Std.2000—929規(guī)定的孤島運(yùn)行后并網(wǎng)逆變器與電網(wǎng)斷開的最大時(shí)間限制，其中Vnom為額定電壓,，仿真中取交流值220 V,；fnom為正常工作的電網(wǎng)電壓頻率范圍，仿真中取60 Hz,。孤島發(fā)生時(shí),，隨著擾動(dòng)量的累積使系統(tǒng)輸出電壓頻率等超出保護(hù)閾值，從而達(dá)到孤島保護(hù)的目的[6],。

2 仿真分析
    為了驗(yàn)證本文所提出的復(fù)合式孤島檢測算法的可行性,，在Matlab/Simulink中使用Power System Blockset建立系統(tǒng)主電路進(jìn)行了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的孤島檢測的建模仿真實(shí)驗(yàn)。
    仿真參數(shù)為：選取參考正弦波頻率為50 Hz,，分布式電源采用光伏系統(tǒng),，可以用直流電源表示，大小為25 kV,，電網(wǎng)電壓設(shè)置為220 V/50 Hz，設(shè)置普遍采用的電阻R,、電感L和電容C作為光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的負(fù)載,，仿真時(shí)間為1 s，t=0.4 s時(shí)電網(wǎng)斷開發(fā)生孤島效應(yīng),，此時(shí)的電網(wǎng)電壓輸出波形如圖3所示,。每隔0.2 s對(duì)參考電流施加擾動(dòng)信號(hào),，擾動(dòng)周期持續(xù)兩個(gè)電網(wǎng)周期，逆變器輸出功率與負(fù)載功率平衡以及負(fù)載呈阻性的情況下,，被動(dòng)式孤島檢測方法很難檢測到孤島效應(yīng)的發(fā)生,，采用復(fù)合型孤島檢測方法進(jìn)行孤島檢測所獲得的仿真波形如圖4所示。

    由圖4可以看出,，采用復(fù)合型孤島檢測方法,，在t=0.6 s時(shí)，孤島被檢測出來,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于2 s,。另一方面，從上文所述關(guān)于輸出電壓總諧波失真值的分析可以得到,，新的孤島檢測方法對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響是比較小的,。
    本文提出了一種被動(dòng)式孤島檢測方法與改進(jìn)的主動(dòng)頻率偏移法結(jié)合的復(fù)合式孤島檢測方法，該方法兼顧了兩者優(yōu)點(diǎn),，克服了采用單一的被動(dòng)式孤島檢測方法在近乎阻性負(fù)載下失效和單一主動(dòng)式孤島檢測方法影響輸出電能質(zhì)量的問題,。為了驗(yàn)證該方法的有效性，采用Matlab/Simulink仿真軟件進(jìn)行了進(jìn)行仿真分析,。仿真結(jié)果證明了該方法的正確性,、快速性和有效性，檢測時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于2 s,，符合我國對(duì)于孤島檢測時(shí)間的規(guī)定,。不影響電網(wǎng)的頻率,不向電網(wǎng)注入諧波，不存在檢測盲區(qū),，具有快速有效的孤島檢測功能,。
參考文獻(xiàn)
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