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爭論點(diǎn),因?yàn)楣聧u會損害公眾和電力公司維修人員的安全和供電的質(zhì)量,在自動或手動重新閉合供電開關(guān)向孤島電網(wǎng)重新供電時有可能損壞設(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擾動檢測方法。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,以形成一個連續(xù)改變頻率的趨勢。當(dāng)連接有電網(wǎng)時,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。
仿真時間一共0.3s,斷路器在0.1s時斷開,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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