微電網(wǎng)孤島檢測(cè)理論及方法研究

張繼紅+++吉喆

摘 要：微電網(wǎng)孤島檢測(cè)的方法，一般情況下可分為三類(lèi)：主動(dòng)檢測(cè)方法、被動(dòng)檢測(cè)方法和開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)方法。其中主動(dòng)式頻率偏移孤島效應(yīng)檢測(cè)法作為一種相對(duì)較為成熟的技術(shù)，兼有檢測(cè)效率高、靈敏度高、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。但是此技術(shù)也具有相應(yīng)的弊端，系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)較高時(shí)，主動(dòng)頻率偏移檢測(cè)法會(huì)產(chǎn)生一些延遲，這將不利于孤島檢測(cè)，導(dǎo)致檢測(cè)失敗。針對(duì)傳統(tǒng)主動(dòng)頻率偏移法的缺點(diǎn)，對(duì)擾動(dòng)波形實(shí)行進(jìn)一步的優(yōu)化，研發(fā)了一種新型的檢測(cè)方法。與傳統(tǒng)的檢測(cè)法方法相比，采取新方法進(jìn)行孤島檢測(cè)時(shí)，產(chǎn)生的總諧波失真量減小了，而且檢測(cè)速度提高，改善了檢測(cè)盲區(qū)。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；孤島檢測(cè)；主動(dòng)頻率偏移法

1 概述

在全球氣候變暖和環(huán)境污染嚴(yán)重的問(wèn)題之下，世界各國(guó)將研究的重點(diǎn)投向風(fēng)能、太陽(yáng)能等等這些新能源的領(lǐng)域，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、綠色可持續(xù)發(fā)展的道路。微電網(wǎng)技術(shù)地提出能夠很好地順應(yīng)我國(guó)的基本國(guó)情，是近幾年發(fā)展起來(lái)的比較新型的電網(wǎng)模式[1]。

本文主要針對(duì)微電網(wǎng)孤島檢測(cè)理論及方法進(jìn)行研究，面對(duì)著地球資源的日趨浪費(fèi)、枯竭，順應(yīng)了國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展道路，提出了分布式發(fā)電技術(shù)中的新型孤島檢測(cè)方法以順應(yīng)國(guó)家發(fā)展新能源的政策。

2 微電網(wǎng)的定義及優(yōu)勢(shì)

微電網(wǎng)它也叫為微網(wǎng)，它通常由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、負(fù)荷、能量轉(zhuǎn)換裝置等組成的一種規(guī)模不大的新型供配電系統(tǒng)。它可以不借助外力實(shí)現(xiàn)自我控制、自我保護(hù)、自我管理的一種自治系統(tǒng)，微電網(wǎng)不僅能夠和大電網(wǎng)配合使用，也能夠自己獨(dú)自工作[2]。

同集中式大電網(wǎng)相比較，微電網(wǎng)系統(tǒng)主要利用是“自發(fā)自用、余量上網(wǎng)、電網(wǎng)調(diào)劑”的有運(yùn)行機(jī)制。它與負(fù)荷側(cè)接近，這就在很大程度上減少了遠(yuǎn)程輸送的費(fèi)用并且降低了在傳輸過(guò)程中的線(xiàn)路損耗，不僅如此還節(jié)約了電力的投資及運(yùn)行成本[3]。

3 微電網(wǎng)的孤島效應(yīng)

近幾年，孤島成為了電力系統(tǒng)研究界的新寵兒，即使提出微電網(wǎng)技術(shù)，但是孤島依然是問(wèn)題的核心。伴隨著分布式發(fā)電和微電網(wǎng)在技術(shù)方面越來(lái)越成熟，孤島運(yùn)行越來(lái)越成為研究學(xué)者感興趣的課題。

由分布式電源和微電網(wǎng)組成的系統(tǒng)當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)故障或者是系統(tǒng)檢修而跳閘時(shí)，每個(gè)獨(dú)立的分布式電源沒(méi)能很快的感應(yīng)到停電，從主系統(tǒng)中脫離出來(lái)形成一個(gè)通過(guò)分布式電源持續(xù)的給周?chē)?fù)荷供電的這樣一個(gè)孤島。孤島運(yùn)行它又被叫做孤島效應(yīng)，它是從主系統(tǒng)中脫離出來(lái)的某部分配電網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)一個(gè)或幾個(gè)分布式電源單獨(dú)供電，以系統(tǒng)固定的電壓頻率持續(xù)工作。孤島它主要包含分布式電源、負(fù)荷、獨(dú)立的有源配電網(wǎng)[4]。

4 孤島檢測(cè)方法

微電網(wǎng)孤島檢測(cè)的方法，一般情況下可分為三類(lèi)：主動(dòng)檢測(cè)方法、被動(dòng)檢測(cè)方法和開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)方法[5]。其中應(yīng)用最廣泛的方法是主動(dòng)檢測(cè)法中的頻率偏移檢測(cè)法（AFD）。由于傳統(tǒng)的AFD法存在著檢測(cè)盲區(qū)，所以為了降低檢測(cè)盲區(qū)的存在以及擾動(dòng)對(duì)電能質(zhì)量的危害，也為了降低由負(fù)載性質(zhì)導(dǎo)致的孤島檢測(cè)失敗，提出了帶判斷負(fù)載性質(zhì)的正反饋頻率偏移檢測(cè)法。

圖1所描述的是判斷負(fù)載并施加正反饋改進(jìn)AFD微電網(wǎng)孤島檢測(cè)方法流程圖，從上圖可以看出，首先給系統(tǒng)施加一定的擾動(dòng)，當(dāng)投入擾動(dòng)，觀(guān)察注入的電網(wǎng)電流以及正常的電網(wǎng)電壓頻率的多少，通過(guò)大小的比較進(jìn)而決定以下的流程走向。

帶判斷負(fù)載性質(zhì)的正反饋頻率偏移法有效的把孤島檢測(cè)的被動(dòng)法和主動(dòng)法有效的結(jié)合。此種方法主要是利用控制并網(wǎng)逆變器從而達(dá)到控制系統(tǒng)的輸出擾動(dòng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的孤島檢測(cè)。換句話(huà)即是在改進(jìn)的頻率偏移法的一種新算法。他的主要工作原理即是：首先利用數(shù)據(jù)采集模塊然后對(duì)公共連接點(diǎn)的電壓進(jìn)行采集，此后通過(guò)鎖相環(huán)的作用來(lái)得到電壓的具體相位和頻率。在此種孤島檢測(cè)的方法中首先建模，然后對(duì)新算法改寫(xiě)，這在其中有：過(guò)/欠電壓、過(guò)/欠頻率和帶判斷負(fù)載性質(zhì)的正反饋主動(dòng)頻率偏移法；PWM驅(qū)動(dòng)模塊的作用主要能夠產(chǎn)生PWM波動(dòng)，用來(lái)通過(guò)改變電力電子器件來(lái)實(shí)現(xiàn)電流的改變。在此系統(tǒng)中，將會(huì)投入突變量的擾動(dòng)，此突變量擾動(dòng)的目的即為通過(guò)基波分量用來(lái)產(chǎn)生出一定的偏移相角，并且沒(méi)有大的擾動(dòng)來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行干擾。當(dāng)系統(tǒng)工作在并網(wǎng)運(yùn)行中時(shí)，公共連接點(diǎn)因?yàn)樵诖箅娋W(wǎng)的作用下，即使存在著多種的電流擾動(dòng)也不可能使公共連接點(diǎn)的電壓發(fā)生改變，因此逆變器與大電網(wǎng)的頻率保持同步，輸出的電流和電網(wǎng)的電壓也會(huì)存在相同的相位。若是系統(tǒng)突然出現(xiàn)故障時(shí)，此時(shí)負(fù)載的阻抗與并網(wǎng)逆變器的輸出電流將會(huì)對(duì)逆變器的輸出電壓、頻率造成影響。利用此種檢測(cè)方法，它通常會(huì)對(duì)鄰近的兩個(gè)周期進(jìn)行比較，同時(shí)觀(guān)察注入的電網(wǎng)電流以及正常的電網(wǎng)電壓頻率的多少，從而對(duì)系統(tǒng)所帶的負(fù)載的性質(zhì)進(jìn)行判斷。最后利用上述確定的負(fù)載性質(zhì)對(duì)擾動(dòng)信號(hào)實(shí)施正反饋的作用。此種檢測(cè)方法能夠很好地減少了由負(fù)載性質(zhì)對(duì)系統(tǒng)造成的影響，同時(shí)這在一定程度上提高了電能的質(zhì)量，符合用電的安全可靠性，實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)對(duì)用電的需求，關(guān)鍵的一點(diǎn)還減少了孤島檢測(cè)所需要的時(shí)間。

參考文獻(xiàn)

[1]熊陽(yáng).關(guān)于優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)的探討[J].科技風(fēng)，2012，07：147.

[2]牛沖宣.微電網(wǎng)的孤島檢測(cè)與孤島劃分[D].天津大學(xué)，2008

[3]閆立偉.微電網(wǎng)中光伏發(fā)電動(dòng)態(tài)特性研究[D].重慶大學(xué)，2010.

[4]韓文源.基于逆變器的分布式發(fā)電孤島檢測(cè)方法研究[D].華北電力大學(xué)，2012.

[5]張穎媛.微網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化與能量管理研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2011.