基于AFDPF檢測(cè)法的三相并網(wǎng)逆變器孤島檢測(cè)研究

安徽理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院 唐 磊 蔣紫峻 張鵬鳴 張玉全

0 引言

非計(jì)劃的孤島運(yùn)行會(huì)脫離電網(wǎng)公司的監(jiān)控，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊電流損壞電網(wǎng)端及用戶設(shè)備。因此光伏發(fā)電系統(tǒng)必須具備防孤島功能。當(dāng)前主流的孤島檢測(cè)方法可分為被動(dòng)檢測(cè)與主動(dòng)檢測(cè)，前者是通過(guò)檢測(cè)孤島發(fā)生前后的電氣參數(shù)的變化來(lái)判斷孤島。而后者則是對(duì)逆變器輸出電流進(jìn)行擾動(dòng)，觀察電網(wǎng)響應(yīng)來(lái)判斷是否發(fā)生孤島，本文研究的就是這種當(dāng)前受關(guān)注比較多的AFD檢測(cè)法的改進(jìn)型，AFDPF（改進(jìn)型正反饋主動(dòng)頻移孤島檢測(cè)法）。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)處于并網(wǎng)狀態(tài)下時(shí)，一旦電網(wǎng)發(fā)生斷電情況，DG將會(huì)獨(dú)自承擔(dān)所有負(fù)載，當(dāng)DG的輸出功率與負(fù)載所需功率接近時(shí)，系統(tǒng)自身的過(guò)/欠電壓或頻率保護(hù)裝置將無(wú)法檢測(cè)到，這時(shí)便形成了孤島效應(yīng)①。本文所做仿真環(huán)境就是在本地負(fù)荷與逆變器輸出功率相匹配的情況下的情況，此時(shí)，負(fù)荷匹配為孤島檢測(cè)增加了難度。

圖1 AFD檢測(cè)法原理圖

1 AFDPF檢測(cè)法基本原理

說(shuō)到AFDPF檢測(cè)法，不得不先說(shuō)AFD檢測(cè)法。AFD法的原理是通過(guò)并網(wǎng)逆變器向電網(wǎng)注入波形不變、頻率略微變化的電流，決定該失真電流電網(wǎng)故障時(shí)引起公共點(diǎn)電壓發(fā)生頻率偏移量大小的是截?cái)嘞禂?shù)Cf②。電網(wǎng)斷開(kāi)后，公共耦合點(diǎn)（PCC）電壓的頻率被迫發(fā)生偏移，直至超過(guò)設(shè)定的閥值時(shí)檢測(cè)出孤島。以向上頻移為例，控制逆變器輸出電流為畸變的斬波波形，如圖1所示。③

AFDPF法相較于傳統(tǒng)AFD法，加入了正反饋因素，即截?cái)嘞禂?shù)不再是單一的數(shù)值，而是會(huì)隨著實(shí)際的頻率信號(hào)反饋?zhàn)龀鱿鄳?yīng)的調(diào)整，這樣不僅可以有效減少THD（總諧波失真），并且還能取得更好的孤島檢測(cè)效果。

2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)

該仿真基于電流閉環(huán)并網(wǎng)逆變器仿真模型上搭建，利用三相斷路器的斷開(kāi)來(lái)模擬電網(wǎng)故障，并附上本地負(fù)載（50kw）模擬本地負(fù)荷。逆變器設(shè)置有功輸出功率為50kw，此時(shí)當(dāng)由于本地負(fù)荷的大小與逆變器輸出功率相同，來(lái)模擬最難檢測(cè)孤島狀態(tài)的情況。系統(tǒng)采用簡(jiǎn)單電感濾波，SVPWM調(diào)制，以直流源代替光伏部分。設(shè)置斷路器開(kāi)斷時(shí)間為0.1s，設(shè)置初始截?cái)嘞禂?shù)，參考電壓為600v。其中的AFDPF算法部分，輸入量為鎖相環(huán)得到的頻率與相位，檢測(cè)時(shí)間約為0.06s。

正反饋用下式表示：

3 Matlab仿真

圖2 三相光伏并網(wǎng)逆變器孤島檢測(cè)模型圖

圖3 孤島檢測(cè)三相電壓電流波形圖

4 結(jié)論

通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，改進(jìn)型正反饋頻率偏移法可以快速有效的檢測(cè)出孤島狀態(tài)，并做出處理保護(hù)電路安全。參照傳統(tǒng)AFD算法可以得出AFDPF的優(yōu)化算法可以通過(guò)對(duì)截?cái)嘞禂?shù)的選取優(yōu)化傳統(tǒng)AFD算法中單一參數(shù)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)，對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制，以達(dá)到提高孤島檢測(cè)的成功率和降低THD的功效。

引文

①周詩(shī)嘉,陸格文,黎濤,羅隆福.自適應(yīng)主動(dòng)頻率偏移孤島檢測(cè)新方法[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào),2012:1003-8930.

②唐忠延,粟梅,劉堯,韓華.帶負(fù)載阻抗叫反饋的主動(dòng)頻移孤島檢測(cè)技術(shù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2018:1000-1026.

③張濤.主動(dòng)頻移法的光伏并網(wǎng)逆變器孤島檢測(cè)研究[D].新疆大學(xué),2017.