基于AFD主動(dòng)有源頻率偏移法的分布式發(fā)電孤島檢測方法研究

楊鍇

摘 要：能源危機(jī)日益加重，分布式發(fā)電系統(tǒng)（例如風(fēng)力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電等）廣泛應(yīng)用，孤島效應(yīng)對系統(tǒng)造成很大的危害，因而倍受重視。本文主要研究的是分布式發(fā)電中基于光伏并網(wǎng)逆變器的孤島效應(yīng)檢測方法，本文選擇了有源頻率偏移法來重點(diǎn)研究，最后通過Matlab Simulink軟件仿真，通過仿真曲線來說明該方法保護(hù)孤島運(yùn)行下分布式發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)用性和有效性。

關(guān)鍵詞：分布式發(fā)電；光伏并網(wǎng)；有源頻率偏移法

中圖分類號：TM65 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

分布式發(fā)電具有分散、隨機(jī)變動(dòng)等特點(diǎn)，大量的分布式電源的接入，將對配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生極大的影響。孤島效應(yīng)是一種電氣現(xiàn)象，發(fā)生在一部分的電網(wǎng)和主電網(wǎng)斷開，而這部分電網(wǎng)完全由光伏系統(tǒng)來供電。在國際光伏并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化的課題上這仍是一個(gè)爭論點(diǎn)，因?yàn)楣聧u會(huì)損害公眾和電力公司維修人員的安全和供電的質(zhì)量，在自動(dòng)或手動(dòng)重新閉合供電開關(guān)向孤島電網(wǎng)重新供電時(shí)有可能損壞設(shè)備。

1 有源頻率偏移法

有源頻率偏移檢測法（Active Frequency Drift，AFD）是目前一種常見的主動(dòng)擾動(dòng)檢測方法。這種方法的原理是通過并網(wǎng)光伏系統(tǒng)向電網(wǎng)注入略微有點(diǎn)變形的電流，以形成一個(gè)連續(xù)改變頻率的趨勢。當(dāng)連接有電網(wǎng)時(shí)，頻率是不可能改變的。而與電網(wǎng)分離后，逆變器輸出電壓va的頻率強(qiáng)迫向上或向下偏移，以此檢測孤島的發(fā)生。常用執(zhí)行向上頻移的方法是向電網(wǎng)注入略微變形的電流，即在正弦波中插入死區(qū)。實(shí)際應(yīng)用中，主動(dòng)式頻移方法都是通過插入固定的死區(qū)tz來實(shí)現(xiàn)，也可通過強(qiáng)迫電流頻率總比前一周期的電壓頻率快δf（也稱為恒頻率偏移）來實(shí)現(xiàn)。注意tz和δf的選取要滿足電流總諧波失真THDi<5%的要求。

2 軟件實(shí)驗(yàn)仿真

本次仿真采用的軟件是Matlab Simulink。

電網(wǎng)電壓有效值為220V，頻率為50Hz；開關(guān)管采用IGBT，并網(wǎng)逆變器輸出功率2kW，如果負(fù)載呈容性，AFD法因DNZ的存在可能會(huì)失效，為了使模型簡單化，讓負(fù)載呈純阻性，電容和電感的參數(shù)要達(dá)到并聯(lián)諧振，諧振頻率為ω=100rad/s，根據(jù)公式（1）并聯(lián)RLC負(fù)載分別為R=24Ω，L=0.03H，C=338μF，達(dá)到負(fù)載諧振頻率為50Hz。

圖1中AC電源看成是電網(wǎng)，電壓有效值值為220V，DC電源看成是光伏電池。電壓值為310V，斷路器本來是閉合的，通過階躍信號在0.1s時(shí)斷開，示波器1輸出的是監(jiān)測點(diǎn)的電流和電壓波形，示波器2輸出的是擾動(dòng)電流與電壓的單位正弦波形。Kp參數(shù)為80，Ki參數(shù)為200，經(jīng)過仿真，Kp只要是一個(gè)不是太大的正值就行了，50～150都可以，Ki完全可以設(shè)為0，即圖中PID控制器可以直接換成放大器。單相鎖相器（PLL）輸出電壓的頻率和相位，S-Function是擾動(dòng)電流頻率偏移和檢測孤島的函數(shù)。

圖2是示波器1的仿真結(jié)果。

仿真時(shí)間一共0.3s，斷路器在0.1s時(shí)斷開，可以看到波形在0.1s前是正常工作的，在0.1s后開始畸變，然后在0.14s時(shí)逆變器不工作，輸出電流為0，電壓也慢慢降低到0。

示波器2的仿真結(jié)果，電流頻率偏移，導(dǎo)致電流頻率比電壓頻率稍高，在并網(wǎng)的情況下，因?yàn)殡娋W(wǎng)的存在，電流的頻率偏移不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)電壓頻率變化，但斷路器斷開以后，電流頻率偏移導(dǎo)致電壓頻率變化，反孤島函數(shù)就可以檢測出孤島效應(yīng)，繼而讓逆變器不工作，保護(hù)系統(tǒng)，如圖3所示。

結(jié)語

本文對孤島的產(chǎn)生、檢測及保護(hù)進(jìn)行了Matlab Simulink建模及其仿真，給出仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了提出的孤島模型的正確性和采用AFD孤島檢測法的快速性和有效性。

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