孤岛检测课件.ppt

. . . 光伏系统中孤岛检测的算法研究 张耀 孤岛效应 一个性能完善的光伏并网发电系统，需要各种保护措施保证用户的人身安全，同时防止设备因意外而造成的损坏。由于光伏发电系统和电网并联工作，因此光伏发电系统需能及时检测出电网故障并切断其与电网的连接。如果不能及时发现电网故障，就会出现光伏发电系统仍向局部电网供电的情形，从而使本地负载仍处于供电状态，造成设备损坏和人员伤亡。这种现象被称为孤岛效应。 目前孤岛检测主要分为被动式检测和主动式检测两种。被动式检测是利用电网断电瞬间，逆变器输出功率与局部负载功率不平衡造成的逆变器输出端电压值和频率变化作为孤岛效应检测的依据。其具有检测方法简单，对系统运行无干扰等优点。但是如果在电网停电的瞬间，逆变器输出功率与局部负载功率达到平衡，该方法将失去作用。 主动式检测是在系统工作中，对逆变器输出电流、频率或相位施加一定的扰动信号，并对其进行检测。如果电网正常，因电网的巨大平衡作用，逆变器输出不受扰动信号的影响;一旦电网出现故障，这些扰动量就会在逆变器输出端逐步累计，直至超出规定范围，从而反映出电网故障。与被动式检测方法相比，主动式检测方法具有精度高，检测盲区小的优点。但当局部电网存在多个分布式能源系统时，主动式检测效果下降，严重时甚至无效。 如图所示，电网正常工作情况下，相当于开关Sl、S2均闭合，电网和光伏发电系统同时向图中逆变器负载和电网负载供电;电网突然停止工作时，相当于开关S1闭合,S2打开，此时光伏发电系统继续向逆变器负载和局部电网负载供电，那么将会导致 孤岛的产生。 被动式孤单检测 被动式检测主要有电压频率检测、相位检测、频率检测三种方法，在实际中均有一定的应用。但是由于被动式孤岛检测方法对逆变器输出功率与负载功率是否匹配有较高的要求，因此存在较大的检测盲区。所以在此不做详细的描述。 主动式孤岛检测 根据所加扰动方式的不同，主动式孤岛检测法主要分为移频法、移相法及功率扰动法。移频法主要有主动移频法(Active Frequency Drift，AFD)与带正反馈的主动移频法 (Active Frequency Drift with Positive Feedback．AFDPF)，通过对逆变器的输出频率进行扰动来提高孤岛检测效果。移相法主要有滑动相移法(Slip Mode Frequency Shift，SMS)与自动移相法(Automatic Phase Shift，APS)等，通过对逆变器的输出相位进行扰动来提高孤岛检测效果。下面就分别介绍几种主要的主动式孤岛检测方法。 主动移频法 主动频率偏移(Active Frequency Drift．AFD)孤岛检测方法的思想是通过锁相环(PLL)确定公共点电压的频率和相位．调整光伏逆变器输出电流的给定频率。使电流频率比公共点电压频率略高或略低。若电流半波已完成而电压过零点未到。则强制电流给定为零。直到电压过零点触发到来。电流才开始下一个半波。 如图3.2所示。这样在电网正常时，公共点电压受电网电压钳制而保持不变，一旦电网失压。公共点电压将由本地负载相位特征曲线决定．公共点电压的频率会受电流频率的影响而逐渐偏离原值。最终有可能超过正常范围而被（过频／欠频)保护检测到。从而判断出孤岛。 电网失压后．如果不关闭逆变器．公共点电压的频率会发生波动，直到新的平衡产生。稳态频率应使负载相角满足如下关系 式中 为电流过零点超前（或滞后）电压过零点的时间间隔。 为AFD的截断系数。且 ， T为电压周期。 一旦上述公式被满足，系统将达到稳态，如果在调整中频率超限，则孤岛被检出，如果没有，则孤岛产生。 由于主动频率偏移法该方法简单且容易实现，但是扰动参数设置过小，则容易出现漏检；参数设置较大，虽可提高检测效果却降低了电能质量，并且在RLC负载情况下，会因谐振频率的干扰造成孤岛效应的漏判，所以在此基础上又产生了带正反馈的主动移频法 为了使系统更快的检测出电网故障，研究人员提出了正反馈有源频率漂移法AFDPF。在该方法中 满足下式： 式中 是上个周期的扰动信号， 是本周期的扰动信号， 是根据逆变器输出电压频率的变化情况施加的反馈信号，正反馈有源频率漂移法的工作过程如下: ①电网正常时，由于逆变器输出电压的频率不变， 保持不变; ②当电网出现故障时，逆变器输出电压的频率因扰动信号 的作用与电网电压的频率产生误差; ③由于 的反馈作用，逆变器下一个周期输出电压的频率与电网电压的频率误差更大; ④步骤③不断重复，逆变器输出电压的频率迅速上升，最后超出并网标准标准的要求。 与传统的AFD方法相比，该方法提高了孤岛效应发生时的检测速度。 由分析可知，