分布式光伏系統(tǒng)的孤島檢測(cè)方法的設(shè)計(jì)

江富春 董恩智 王研 閏超 賈春賀

摘要 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)點(diǎn)處的電壓諧波由系統(tǒng)擾動(dòng)、本地負(fù)荷和光伏發(fā)電系統(tǒng)共同確定，本文通過(guò)小波算法和FFT算法同時(shí)對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)電壓信號(hào)進(jìn)行特征量提取并進(jìn)行動(dòng)態(tài)門(mén)檻的判斷，結(jié)合兩種方法提高孤島檢測(cè)準(zhǔn)確性。

【關(guān)鍵詞】分布式光伏 孤島檢測(cè)

1 引言

利用光伏發(fā)電等形式開(kāi)發(fā)利用光能，分布式光伏發(fā)電本著就近原則，將光能轉(zhuǎn)換的電能輸送給附近中小功率的用戶(hù)。本文對(duì)分布式光伏發(fā)電進(jìn)行了概述，列舉了其存在的問(wèn)題，并設(shè)計(jì)了一種新型的分布式光伏系統(tǒng)的孤島檢測(cè)方法，以供相關(guān)課題的研究的借鑒。

2 分布式光伏發(fā)電概述

光伏發(fā)電是利用太陽(yáng)能電池板這種半導(dǎo)體電子器件有效地吸收太陽(yáng)光輻射能，并通過(guò)逆變器使之轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)電方式。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，就是利用以光生電效應(yīng)原理制成的太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成電能。

3 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)存在的問(wèn)題

當(dāng)電網(wǎng)遇到不可控因素發(fā)生故障時(shí)，分布式發(fā)電系統(tǒng)不能根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的指示進(jìn)行斷電，而是與某一區(qū)域的用戶(hù)設(shè)備形成一個(gè)局域電網(wǎng)，進(jìn)行電能傳輸，這種非正常情況下形成獨(dú)立供電系統(tǒng)的現(xiàn)象稱(chēng)為孤島效應(yīng)。分布式光伏發(fā)電有很多獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，同時(shí)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中仍會(huì)存在很多的問(wèn)題，例如逆變器參考電流值的確定，最大功率點(diǎn)的控制以及孤島效應(yīng)問(wèn)題。

4 孤島檢測(cè)方法設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)原理

通過(guò)小波算法對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)電壓信號(hào)進(jìn)行多層小波變換，通過(guò)小波系數(shù)判別系統(tǒng)諧波突變的發(fā)生，動(dòng)態(tài)跟蹤突變判定門(mén)檻，計(jì)算諧波突變持續(xù)的時(shí)間;同時(shí)對(duì)小波系數(shù)進(jìn)行時(shí)域重構(gòu)，分離出高次諧波波形，再通過(guò)快速傅里葉變換計(jì)算主要諧波信號(hào)，計(jì)算諧波含量，動(dòng)態(tài)跟蹤含量判定門(mén)檻，判別諧波含量是否發(fā)生突變，兩個(gè)判定共同判定孤島的發(fā)生。

4.2 方法說(shuō)明

首先利用小波分析來(lái)準(zhǔn)確判定諧波發(fā)生的時(shí)刻和持續(xù)時(shí)間（如圖1所示）：

（1）電網(wǎng)波形為工頻f0為50Hz的周期正弦波，實(shí)際中由于非線性負(fù)載或開(kāi)關(guān)器件存在著工頻整數(shù)倍頻率的電壓或電流諧波干擾。在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中，奇次諧波所含比例較重，在低頻段內(nèi)，尤其是三次諧波和五次諧波，它們的變化也較為明顯，所以我們主要將基波、三次、五次諧波的特征量進(jìn)行提取和判斷。

（2）首先使用小波分析多分辨率分析方法，采用Daubechies4小波作為小波基函數(shù)。

（3）諧波頻帶的劃分，使每個(gè)子頻帶盡量含單一的諧波分量，盡量不受其他諧波的影響，同時(shí)受DSP處理器的采樣頻率限制，采樣頻率為f_s=6.4kHz。

（4）采取五層分解，可以將所期望的諧波信號(hào)有效的分布在各子頻帶中，使算出的小波系數(shù)更具代表性。

（5）對(duì)原始采樣信號(hào)使用Mallat快速算法得到六個(gè)小波系數(shù)，分別為：

di（n）， i=l，2，…6;

其中d.（n）為小波系數(shù)，n為離散采樣時(shí)間引索，d1（n）對(duì)應(yīng)的子頻帶為[0，f_s/64]，即0-100Hz，基頻頻率f0正好位于該子頻帶的中央;

（6）設(shè)定一個(gè)判定門(mén)檻，當(dāng)求出（Dma。-Dmean）/Dmean大于門(mén)檻時(shí)，認(rèn)為出現(xiàn)了高次諧波突變點(diǎn)，可以如此計(jì)算出高次諧波突變的起止時(shí)刻，計(jì)算出高次諧波突變持續(xù)的時(shí)間t0，反之則認(rèn)為系統(tǒng)穩(wěn)定。

（7）突變判定門(mén)檻的動(dòng)態(tài)設(shè)定，功能投入初始化時(shí)將突變判定閥值設(shè)置為0，判斷突變判定閥值是否為0，如果為0，則將基波的分量系數(shù)設(shè)置為突變判定閥值，判定結(jié)果不會(huì)超出門(mén)檻。功能開(kāi)始投入后，實(shí)時(shí)求出一個(gè)周期數(shù)據(jù)窗口內(nèi)獲得的各分量系數(shù)絕對(duì)值的平均值Dmean以及絕對(duì)值的最大值Dmas，計(jì)算（Dmax-Dmean）/Dmean，并將計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)。

（8）如果高次諧波突變持續(xù)的時(shí)間t0大于設(shè)定的判定時(shí)間門(mén)檻T0，則認(rèn)為滿(mǎn)足突變時(shí)間條件;如果還未大于T0時(shí)，高次諧波突變點(diǎn)消失，則t0賦值為0，重新等待下一次計(jì)算。

（9）如果未發(fā)生高次諧波突變，則認(rèn)為系統(tǒng)穩(wěn)定，未發(fā)生孤島現(xiàn)象。如果發(fā)生高次諧波突變，并且持續(xù)了時(shí)間t0。則認(rèn)為有可能發(fā)生了孤島現(xiàn)象。

（10）系統(tǒng)同時(shí)將d1（n）、d2（n）和d3 （n）經(jīng)過(guò)通帶梳狀濾波器之后進(jìn)行Mallat重構(gòu)，得到重構(gòu)后的各次諧波的時(shí)域波形y（n）。

（11）再將時(shí)域波形y（n）進(jìn)行快速傅里葉變換得到y(tǒng)（w），再將基波，三次諧波、五次諧波的有效值E1、E2、E3提取出來(lái)。E1*100%，E3/El*l00%所占比例大于門(mén)檻時(shí)，認(rèn)為高次諧波含有量有了改變，反之則認(rèn)為系統(tǒng)穩(wěn)定。

（13）關(guān)于幅值判定需要的門(mén)檻，需要?jiǎng)討B(tài)跟蹤系統(tǒng)的運(yùn)行情況。

功能投入初始化時(shí)將幅值門(mén)檻Refl和Ref2設(shè)置為1;計(jì)算基波、三次諧波、五次諧波的有效值E1、E2、E3，分別計(jì)算E：/E1*100%、E3/ E1*100%，并將兩個(gè)計(jì)算結(jié)果按組別各自存儲(chǔ);

（14）關(guān)于孤島情況的判定。如果同時(shí)滿(mǎn)足突變時(shí)間條件和諧波含量條件，則認(rèn)為有孤島發(fā)生，發(fā)出跳閘指令。

4.3 方法的優(yōu)點(diǎn)

本發(fā)明通過(guò)對(duì)電網(wǎng)的電壓信號(hào)進(jìn)行濾波和小波變換，能夠準(zhǔn)確分析、判別諧波如三次諧波和五次諧波的突變發(fā)生時(shí)間，并根據(jù)小波重構(gòu)后的時(shí)域波形計(jì)算高次諧波含量即幅值，在結(jié)合動(dòng)態(tài)跟蹤判決門(mén)檻如突變判定閥值、幅值門(mén)檻的設(shè)定，使得孤島現(xiàn)象的判別更加準(zhǔn)確而不盲目，在最大限度減少檢測(cè)盲區(qū)的存在，保證分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

5 總結(jié)

本文對(duì)分布式光伏發(fā)電進(jìn)行了概述，論述了其可能存在的問(wèn)題，并設(shè)計(jì)了一種分布式光伏發(fā)電的孤島檢測(cè)方法，以供后續(xù)相關(guān)課題研究借鑒。

參考文獻(xiàn)

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