搜索
您的当前位置:首页正文

改进的正反馈主动频移孤岛检测方法的仿真分析

来源:尚佳旅游分享网
|0  0 m秘髓《 a 螽■■ 一第27卷第11期 电网与清洁能源 VoI_27 No.11 2011年11月 Power System and Clean Energy NOV.2011 文章编号:1674—3814(2011)11-0041—05 中图分类号:TM712 文献标志码:A 改进的正反馈主动频移孤岛检测方法的仿真分析 刘观起,游晓科 (华北电力大学,河北保定071003) Emulation of Improved Positive Feedback Active Frequency Drift with Positive Feedback Islanding Detection Method LIU Guan--qi,YOU Xiao-ke (North China Electric P0wer University,Baoding 071003,Hebei Province,China) ABSTRACT:In the light of the control process of the grid— 系统与电网的连接。 connected inverter in PV system,this paper proposes a kind of 本文针对传统正反馈频率漂移孤岛检测方法 islanding detection method which is based on improved active 在不同负载性质下检测效果存在较大差异的缺点, rfequency dritf with positive ̄edback.The theory of the method 分析了一种改进的检测方法,介绍了其工作原理, and influences of the load characteristics on it are elaborated. 以及负载性质对检测方法的影响,最后通过仿真验 The simulation results on Simulink show that this improved method can detect the islanding operation effectively with faster 证了所采用的方法的有效性。 detecting speed,smaller non—detection.and less harmonics pollution to the grid. 1 AFD工作原理 KEY W0RDS:grid-connected photovohaie;islanding detection; positive ̄edback;active ̄equency drift 主动频率偏移法是一种比较常用的主动式孤 摘要:结合光伏并网系统逆变器的并网控制过程。分析了一 岛检测方法[21。通过采样公共节点处的频率并作偏 种改进的正反馈频率漂移孤岛检测方法,详细阐述了该方法 移,作为逆变器的输出电流频率,造成对负载端电 的原理和负载性质对其的影响,通过仿真分析表明所采用的 压频率的扰动。主动频率偏移法示意图如图1所示。 孤岛检测方法的有效性,改进后的方法加快了检测速度,减 少了检测盲区和对电力系统的谐波污染。 关键词:光伏并网;孤岛检测;正反馈;主动频移 能源紧缺,环境恶化是日趋严重的全球性问 题。人类为追求可持续发展,正积极发展可再生能 源技术。太阳能作为可再生能源之一,这些年来引 起了世界各国政府和能源专家的日益重视。在国 tfs 圈1 主动频率偏移法示意图 内,电能紧缺已经是一个非常严峻的问题,光伏并 Fig.1 The diagram of AFD detection method 网发电有望在未来缓解这一紧张的局面。当越来越 调整输出电流的频率,使其比电压频率略高,若 多的光伏发电系统并接到电网上时,就带来了电网 电流半波已完成而电压未过零,则强制电流给定为 保护的新现象——孤岛效应。孤岛效应【lJ是指当电 零,直到电压过零点到来,电流才开始下一个半波。 力公司因故障或停电维修而停止供电时,用户端的 当市电断电后,公共点电压的频率受电流频率的影 并网逆变器仍处于工作状态,使得并网逆变器和周 响而偏离原值,超过正常范围即可检测出孤岛。该方 围的负载形成一个电力公司无法控制的自供电网 法具有对电能质量影响小,易于实现等优点。 络。孤岛效应会导致用电设备损坏和人身伤亡事 图1中, 刚 为公共耦合点电压,并网运行时即 故,因此必须及时检测出孤岛效应的发生,并切断 为电网电压;Tv是对应的周期; 为逆变器输出电流; — 囊 Sma雌G} 42 刘观起,等:改进的正反馈主动频移孤岛检测方法的仿真分析 脱网瞬间的频率偏移,其值直接影响逆变器输出电 流的谐波大小,一般t ̄cfo=O.02,k=O.1。 为电流截断时间;定. ̄cf=2t/Tv为截断系数,通过傅 里叶分析可得,逆变器输出电流基波超前输出电流 的相位为wt]2,定义其为主动移频角‰,即 帅 /2=吉(2订)c2.f_一2'IT—c厂 (1) 3 改进的正反馈AFD原理 由于传统的AFDPF孤岛效应检测方法中扰动 定义 为负载电流超前电压的角度,即 均按一个方向对,j茳行扰动。当电网发生故障 …tan C一 忙rctan 丢一钏(2) 信号 ,脱网后若 始终大于或小于 ,则频率将保 持一个方向偏移,稳定运行点不存在,以此便能检 测出孤岛。 且负载性质不同时, 变化方向有可能与扰动信号 方向相反,这会导致 误差积累较慢,从而延长孤 岛检测时间。特殊情况下,负载对厂的平衡作用会抵 消频率扰动的作用,这种情况下会出现孤岛效应的 漏判。 考虑到电路噪声和检测误差的存在,断网瞬间 但是,对于并联的RLC负载,无论负载阻抗角大 于或者小于零,在阻抗角和频率偏移的相互影响 下,其作用相互抵消,且此时频率和电压均未能超 过预设的阈值,那么,系统将无法检测到孤岛现象 的产牛 检测频率总有相对于电网频率的偏移,因此可对初 始截断系数作修正,即 = 2传统的正反馈AFD检测原理 为适应并网运行时对电能质量影响小,脱网时 式中, 一kAf=sign(/ )‘cfo+k ) (5) ≥0时,sign )=1 <0时,sign )= 1。对于感性负载和容性负载的孤岛检测效率都可 提高H。 能快速检测出孤岛,且检测盲区小或在特定负载下 无盲区的要求,AFD法引人频率正反馈,此即为带正 反馈的主动频率偏移法(Active Frequeney with Positive Feedhack,AFDPF)l3J,其表达式如下 = 4改进的AFDPF检测方法仿真 4.1仿真模型 ) (3) 根据上述理论分析,采用Madab/Simulink建立 了2 kW单相光伏并网发电系统的并网逆变系统功 式中, 为初始截断系数;Ji}为频率正反馈系数 为 电网频率。 将式(3)代入式(1)得 率输出级仿真模型1541。仿真模型由单相并网系统输 OA 詈 =詈【咖 二 厶 )】 (4) 出级的主电路部分、并网控制部分、孤岛检测部分 组成 图2、3、4分别为这3部分仿真模块。孤岛检测中 AFDPF模块由s—function函数来实现,并网电流和电 网电压同频同相。 c 代表了电网存在时的固有频率扰动,作用是触发 AC 嘲2≯憩跨氆麓 i鹱 2 l勰i ; iii b ̄|ck《{i秘 i j《j 一 Smac{Grid 第27卷第11期 电网与清洁能源 43 图3并网控制模块 Fig.3 Grid control block diagram 图4孤岛检测模块 Fig.4 Islanding detection block diagram 4 2仿真结果分析 表1 孤岛检测仿真结果 取仿真参数为:直流电压400 V;取电网电压有 l、ab.1 Detected Results f Islanding Detection 效值220 V(峰值为310 V1;频率50.0 Hz;逆变器输出 参考电流值为l2.5 A;频率保护的动作阀值设置为 50.0±0-5 Hz;整定负载有功为2 kW;滤波电感L_5 mH; R=0.01 Q;整定负载品质因数Qf=2.5;RLC负载参数 为:R=24.04 n; =7.65x10 H;C:1.325x10 F;谐振 频率 50 Hz。电网在0.12 s断开。 为了便于观察,图中将电压峰值缩小为实际值 RLC并联负载,因此,当PV系统停止工作时,RLC自 的1,8,电流幅值扩大为原来的2倍,根据c 取值的不 身会发生衰减振荡,最后逐渐衰减至0。从仿真结果 同,分别进行3次仿真: 可以看出, ̄cfo=O.02・sign( )时,断网后频率偏移  ̄cf:O.02+0.1・( )时,光伏发电系统正常工作 方向完全由负载性质决定,在断网瞬间下拉频率, 时并网电流THD:2.82%,在t=0.258 s时发生过频保护 在AFDPF方法作用下最终导致欠频保护,如图7所 动作; ̄cf=-o.02+0.1・(, )时,并网电流THD=2.33%, 示,其速度比图5、6所示快。这充分说明了当孤岛现 在 0.261 s处欠频保护动作;当c O.02・sign( )+ 象发生时, 负载的性质有关。若c 为负,表明负载 0.1.( )时,并网电流THD=1.40%,在 =0.24 s处欠 为容性负载,孤岛效应发生时 下降,反之 0将上 频保护。归纳的孤岛检测仿真结果如表l所示。表中, 升。结合仿真结果可得,谐振负载略呈容性。 Nf-fg>-0时,sign(f-fs)=1;f-fg<0时,sign(f-fg)=-1。 综上所述,采用改进的正反馈频率偏移检测方 仿真结果如图5、6、7所示,仿真中设置O.12 srg 法,即当取cf=O.02・sjgn( )柏.1-( )时,断网后7个 网断电,孤岛发生。一段时间后,PCC点负载电压频率 周期就能检测到孤岛的发生,即系统最多用7±2周 超出了预设阀值,系统检测到孤岛并动作,并网输 期(1 s±0.04 S)即可检测到孤岛的发生,远小于IEEE 出电流为0,PV系统停止工作。此时,由于负载为 1547—2003对孤岛发生后最大跳闸时间(12o个周期) 刘观起,等:改进的正反馈主动频移孤岛检测方法的仿真分析 Vo1.27 N0.11 > 《 t/s (a)PCC点负载电压和并网电流  。r_J t/s (b)PCC点电压频率 2 褂 蕈・ 羹。 O 谐波次数 (c)并网电流THD 国5 ̄f=0.02+0.1“ 厂_ 时孤岛检测 } ig。5 Islanding detection when the value ot f,equals 0.02+0。l‘(f-:l 》 的规定,且并网电流THD=2.32%,也符合IEEE1547 —2003X ̄交流输出谐波的要求(THD≤5.O%),说明改 进后的正反馈频率漂移法对不同性质的负载均有 较好的检测效果,即具有较快检测速度的同时能保 证并网电流谐波较小。 5 结语 本文介绍了光伏并网发电系统中一种改进的 正反馈频率偏移孤岛检测方法,分析了负载性质对 孤岛检测方法的影响。与传统AFDPF相比,该方法 通过对截断系数进行实时修正,克服了负载性质对 单一方向扰动信号的平衡作用,可以兼顾孤岛检出 的快速性和较好的并网电流波形。用Matlab/ Simulink对该方法进行了仿真,仿真结果验证了改 进的孤岛检测方法的有效性。 40 3O >20 ;10 ≥0 \_一IO ・20 _3O 。42 ,/s (a)PCC点负载电压和许网电流 …  ’l/S (b)PCC点电压频率 特波次数 (c1并嗍}乜流THD 阁6 一0 1t2+t}.1 .,’ )时孤岛检测 Fig 6 Islanding detection when the alue{ equals 一0.02+0.1.- 川 参考文献 IEEE Std 929—2000 IEEE Recommended Practice for Utility Interface of Photovoltaic(PV)Systems[S].IEEE Std, 200O:929-2000. LOPESLAC,HUII Sun.PerformanceAssessmentofActive Frequency Drifting Islanding Detection Methods【J】.IEEE Transantions on Energy Conversion,2006,21(1):171-180. ROPP M E,BEGOVIC M,ROHATGI A.Analysis and Performance Assessment of The Active Frequency Drift Method of Islanding Prevention[J].IEEE Transactions on Energy Conversion.IEEE Trans Power Delivery,l 999,1 4 f3):810—816. 薛明雨.光伏并网发电系统之孤岛检测技术研究fD1.武 汉:华中科技大学,2008. XUE Ming-yu.Research on Islanding Detetcion of Grid- Nz \一 }I瓣辖燃逝 第27卷第11期 ∞如如m 0 珈 电网与清洁能源 仿真研究lJ】.电源技术应用,2009,12(3):12-15. CHU Xiao—li,YU Xiao—dong.Simulation Research of the Single— Phase PV Grid——Connected System and Its Islan—- ‘ ^^ 0 > ^  ., j 删 j _ V ¨ I ding[J].Power Supply Technologies and Application,2009, {: 4 12(31:12—15(in Chinese). V f 『 00 O 05 0 10 卅:, v。。9 0 1 5 0 20 t/s 苏建微,等.光伏发电系统及其孤岛效应 【6】 郑诗程,丁明,0 30 0 35 0 40 0 25 的仿真与实验研究[J】.系统仿真学报,2005,17(12):3085— 3088. (a)PCC, ̄负载电压和并嘲电流 ZHENG Shi—cheng,DING Ming,SU Jian—hui,et a1.Si— mulation and Experiment Research of Phovoltaic Generation System and Its Islanding[J】.Acta Simulata Systematica Sini— ca,2005,17(121:3085—3088(in Chinese). 任奇,李永晨,唐敏,等.单极式光伏并网发电系统的仿 ’. 』] f/S 真与实验研究【JJ_电力电子技术,2008,42(1):27—29. REN Qi,LI Yong—chen,TANG Min,et a1.Simulation and Experiment of Unipolar PV Grid-connected Generation fb)PCC点电压频率 System[J].Power Electronics,2008,42(1):27—29(in Chinese). 石新春,赵艳军,等.太阳能光伏并网系统中的孤 [88】 陈雷,岛效应仿真研究【JI.灯与照明,2009,33(1):59—62. CHEN Lei,SHI Xin-chun,ZHAO Yan-jun,et a1.The Island E ct Simulation Research in the Solar Grid—Connected PV System[JJ.Light and Lighting,2009,33(1):59-62(in Chinese). 谐波次数 (c 并网电流THD 图7( 《;.02 sign(,= }+l1.1” , )时孤岛检测 .收稿日期:2011-07—09。 作者简介: Fig 7 :Islanding detection when the value of c{ equals 0.02・Sign( +IJ.1 (1, } 刘观起(1956一),男,副教授,研究方向为电力系统分析、运行 与控制; 游晓科(1985一),男,硕士研究生,研究方向为电力系统分析、 运行与控制。 Connected Photovoltaic System[D].Wuhan:Huazhong University of Science and Technology,2008(in Chinese). 余晓东.单相光伏并网系统及其反孤岛策略的 【5】 褚小莉,(编辑冯露) 《电网与清洁能源》喜获全国能源刊物协会“201 0年度能源期刊优秀奖” 2011年6月,《电网与清洁能源》杂志获得“2010年度能源期刊优秀奖”。本次评比由全国能源刊物协会组 织,国家发展和改革委员会能源研究所研究员张建民主持。全国能源刊物协会是我国能源领域刊物学术交 流、提高期刊办刊水平的社会团体组织,每年从全国能源期刊中挑选优秀期刊进行评比表彰。 《电网与清洁能源》自更名以来,在西北电网公司的大力支持下,规划评审中心依托十余名院士和全国 电网与能源技术专家,广泛开展学术研究,以750 kV关键技术、青藏联网、清洁能源并网为重点,传播和推广 行业新技术和新成果,通过技术论坛、联合互校、网络审稿、不端检索等多种形式,持续提高期刊质量。同时, 对编辑高标准、严要求,持续开展编辑业务培训,编辑水平不断提高,杂志在能源行业内的影响力日益扩大。 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Top