第七章 分布式发电-孤岛.ppt

4.1.2 孤岛的检测 当孤岛形成后，应能立即检测出来，要成功地探测到孤岛，基本需要为： 多模式控制：分布式发电系统可能具有比简单的向配电网供电更复杂的工作模式。当来自电网的能量无效或很贵时它们能向本地负荷输出功率；也可将配电网的能量存储起来，在其他时候再用；还可通过电压调节、无功功率补偿或有源滤波消除谐波来提高电能质量。 4）自换向逆变器 自换向逆变器采用既能实现导通控制也能实现关断控制的开关器件，如IGBT和MOSFET。 根据直流输入端直流到交流的连接方式，自换向逆变器拓扑可分为电流源逆变器(CSI)和电压源逆变器(VSI)。 电流源逆变器有一个称为可控电流源的直流母线。通常直流母线采用大的串联电感来维持母线上的电流不变。 电压源逆变器有一个称为可控电压源的直流母线。通常直流母线使用大的并联电容来维持直流母线的电压恒定。 由于逆变器的输出连接到恒定电压源特性的配电网，因此对于分布式电源逆变器接口，选择电流源拓扑结构。将电流源直接与电压源连接比两个电压源直接连接较易控制潮流。 目前电压源逆变器接口通常比电流源接口更普遍，这是因为如IGBT和MOSFET这些开关器件更容易满足电压源逆变器的需要，也因为分布式电源更像电压源而不像电流源。 5）逆变器控制结构 逆变器控制器测量端电压Uo和输出电流Io，再加上可从内部计算或从外部电源得到的输出功率设定信号，控制逆变器的输出电流、有功和无功功率。 电流控制：在电流控制的逆变器中，受控变量是输出电流。反馈环为输出电流Io，逆变器输出Uac根据测量的输出电流和参考电流控制值之间的误差来调整。 将输出端电压Uo作为电流波形参考，对孤岛检测很有利，因为它产生正反馈，使孤岛状态不稳定。 功率角控制：在逆变器的功率角控制中，逆变器通过电感Lo的功率为控制量。 Lo一般很小，功率角δ即使在输出额定功率时也很小，因此cosδ接近于1。 电流控制和相角控制的逆变器都没有独立的内部频率和输出电压控制，它们跟随输出端测量得到的频率和电压变化，并且控制输出电流或功率。 如果孤岛出现且逆变器的输出功率和本地负荷之间功率不平衡时，输出频率和/或电压将快速变化。 如果逆变器和负荷之间存在有功功率不平衡，必须改变逆变器输出电压来获得新的平衡。如果有功功率相等，但是无功功率不平衡，必须改变频率得到新的平衡。 由于逆变器为达到控制目的测量输出电压和频率，因此很容易采用无源的方法检测孤岛，如检查逆变器的电压或频率是否偏移额定电压或频率来检测孤岛是否发生。 非检测区的大小取决于电压和频率的窗口的大小和逆变器控制器的设计。 电流控制拓扑结构的逆变器非检测区很小，逆变器运行在单位功率因数下，其输出电流跟随输出电压的变化，这两个因素都是不稳定的，因此即使负荷的匹配相当好，孤岛发生时将使电压或频率产生大的偏移。 由于功率角控制的逆变器可通过改变功率角实现双向转换(逆变和整流)，并且控制方法中可包含无功功率控制，因此它们在并网运行、单机运行或本地负荷需要无功补偿等应用中具有很大的吸引力。 对于并网运行和单机运行模式，功率角控制逆变器的控制环能够在电流控制和电压控制之间转换。 在单机运行模式，通过一个由逆变器控制的开关，配电网在公共耦合点和本地负荷断开，逆变器采用内部产生的参考电压和频率，以电压控制模式工作，向本地负荷供电。 当逆变器运行在并网模式时，逆变器或者起一个带有通常的反孤岛保护的逆变器的作用，向电网输送电能，或者起一个高功率因数有源整流器的作用，从电网接收电能向它的存储系统充电。 4.4.2逆变器内部的孤岛检测技术 1)无源孤岛检测方法 逆变器内部的无源孤岛检测方法和同步发电机的本地无源检测方法相似，当孤岛形成时，该类方法监视逆变器输出端的电压参数，如电压幅值和频率等参数的变化。 (1)电压偏高/低和频率偏高/低孤岛检测 在并网逆变器中通常需要限制逆变器的输出电压和频率，为用户设备在逆变器电压和频率漂移时提供保护。 上述限制也可同时提供孤岛检测功能，因为当孤岛发生时如果逆变器的输出功率和本地负荷功率消耗不平衡，电压和频率将会产生偏移。 如果本地负荷和逆变器的输出功率相差不大，电压和频率的偏移不足以超过设定的逆变器的电压和频率的极限，则检测不出孤岛。 依据逆变器输出功率(P, Q)和本地负荷(P+ΔP, Q+ΔQ)之间的有功功率不平衡(ΔP)和无功功率(ΔQ)不平衡，非检测区的大小将随逆变器的控制策略不同而变化。 若逆变器的控制使其输出功率恒定不变且为单位功率因数，则可推出下面的关系： 如果负荷采用并联RLC电路模拟，则品质因数为 在北美，并网逆变器的允许的电压偏移为88％和110％，频率上下限为57~59.3Hz和60.5Hz，若设fmin=59.3Hz，品质因数Qf为2.5，则电压和频率偏高/偏低