基于有功变化的主动频移孤岛检测方法仿真分析及盲区产生机理报告浅析.docx

基于有功变化的主动频移孤岛检测方法仿真分析及盲区产生机理报告  2 基于有功功率变化的主动频移孤岛检测方法 绪论中介绍了各类孤岛检测技术，定性的分析了各自的优缺点。本章将深入分析传统孤岛检测方法失效的原因，给出具体的盲区分析以评价不同的孤岛检测算法。并在盲区分析的基础上，提出基于有功功率盲区估计的改进式孤岛检测算法，改进算法能够克服被动式检测法盲区大，主动式检测法扰动大的缺点。 2.1 传统孤岛检测使效的原因 对于任何并网的分布式发电系统来说，功率都是以有功和无功的形式在本地负载和大电网之间流通，如光伏发电系统的功率流向图2-1所示。逆变器检测公共耦合点PCC处的电参量并利用锁相环保证输出与公共点 出电压同频同相。无论采用何种控制策略，在 PCC 处，逆变器的输出电流与电压之间的功率因数 PF（Power Factor）都应该接近1。根据 IEEE 标准，通常电网公司允许注入的分布式电源的运行PF最小不能低于0.85。 图 2-1 并网光伏发电系统的功率流向示意图 大电网常常作为一个强壮的支撑系统来给光伏系统提供额外的有功和无功功率，来维持PCC 处的电压运行在指定范围内以保证本地负载工作在额定功率状态。所以一旦电网失去电压，则光伏系统和本地负载之间的有功和无功功率消耗和供给就会出现失衡，导致公共点处的电压急剧下降或U-I无法锁相，这些明显的电参量变化即可以用来判断孤岛发生。理想条件下，本地负载与光伏系统在有功和无功功率流上接近全匹配（式 3-1 和式 3-2），实现了自我平衡，则并不需要电网给负载提供任何有功或无功。 Pgrid=?P=PLoad-Ppv=0 (3-1) Qgrid=?Q=Qload-Qpv=0 (3-2) 在这种状态下，即使电网断开，PCC处也不会产生任何电参量的变化，这样单纯的检测电参量变化则无法判定孤岛的发生。 2.2传统孤岛检测盲区分析 2.2.1被动检测法 OVP/UVP 和 OFP/UFP 的盲区估计 当有功功率匹配度较高时，孤岛发生后公共点处的电压幅值不会出现明显的波动。所以如果匹配度高到一定程度，波动的幅值没有超过OVP/UVP 法的既定阈值， 则系统运行在盲区状态。下面对盲区的大小进行估计。在采用恒电流控制策略的方式中，逆变器输出电流 Iinv 是固定值，电网失去电压时，PCC处的有功功率表示如下（注：公式中的电压电流均为 RMS 有效值，是标量故采用大写）： P=Vpcc2R=Iinv?Vpcc?cosθ (3-3) 公共点电压 Vpcc 由式3-4变换有表达式如下： Vpcc=Iinv?R?cosθ (3-4) 将式 3-4代入PCC处有功功率平衡关系式，可得： PloadPPV=Vg2/RPPV=Vg2/RVg?Iinvcosθ=VgR?Iinv?cosθ=VgVPCC (3-5) Vg为电网额定电压有效值， 考虑到 VminVpccVmax 为公共点电压的正常运行范围，故将公式3-5代入不等式得到： VgVmaxVgVPCC=Vg2/RPpvVgVmin (3-6) 将不等式进一步变换为电阻不等式，可得到式3-7，即为过/欠电压检测以电阻表示的盲区，即当本地负载的等效电阻值在此范围内则被动电压检测法会失效。 Vg?VminPpvRVg?VmaxPpv (3-7) 下面分析 OFP/UFP 法的盲区。图 3-2 为 RLC 并联负载的电压电流矢量图，其导纳表示为： Y=1R+jωC+1jωL=1R+j(ωC-1ωL) (3-8) 在某一角频率下，ωC=1/ωL，则电纳为0，负载对外显示为纯阻性，此时的频率fo 被称为该电感电容值下的谐振频率，公式为式3-9。 f0=ω2π=12πLC (3-9) 若本地 RLC负载的谐振频率等于电流的频率，等效电容提供的无功与等效电感消耗的无功量相互抵消，则本地负载消耗的总无功功率为 0。在此情况下，电网断开后的电压频率、相位和电压电流PF也不会出现变化，即被动过/欠频率法无法检测出孤岛。或者当孤岛发生时，本地负载的等效电压电容谐振频率正好在电压正 常工作频率范围内，满足式 3-10，则电网断开后的频率变化范围没有超出过/欠频率法的设定阈值，为检测盲区。 fmin≤12πLC≤fmax (3-10) 由此，结合式3-7和式3-10和孤岛检测相关标准