基于改進(jìn)的低諧波孤島檢測技術(shù)研究

1、    基于改進(jìn)的低諧波孤島檢測技術(shù)研究    宋治楷+胥飛+王恒摘 要：低諧波孤島的發(fā)生不僅會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)設(shè)備損壞，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)威脅電力系統(tǒng)維修人員生命安全等一系列問題。因此，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)必須具備孤島檢測功能，以保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。傳統(tǒng)的afd（active frequency drift）檢測方法在不同的負(fù)載下的檢測效果不同，對純阻性負(fù)載檢測效果比較好。雖然科研工作者提出了基于反饋調(diào)節(jié)、周期性擾動(dòng)的afd法，可以減小thd，但同時(shí)減慢了檢測速度。鑒于此，提出了一種改進(jìn)型的低諧波孤島檢測方案，比傳統(tǒng)的 afd檢測方法的諧波少、盲區(qū)小，檢測速度更快

2、，并搭建了matlab/simulink仿真模型。仿真結(jié)果表明，該方法比傳統(tǒng)的afd檢測方法更具有優(yōu)勢。關(guān)鍵詞：低諧波孤島；諧波；afd檢測；電流波形：tm615 ：a doi：10.15913/ki.kjycx.2016.22.010隨著光伏并網(wǎng)發(fā)電的發(fā)展，越來越多的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并接到電網(wǎng)上時(shí)，出現(xiàn)了電網(wǎng)保護(hù)的新現(xiàn)象孤島效應(yīng)，其帶來的危害不容忽視。常用的反孤島現(xiàn)象的檢測方法有被動(dòng)式孤島檢測和主動(dòng)式孤島檢測。對于被動(dòng)式檢測方法，具有原理簡單、容易實(shí)現(xiàn)、對電能質(zhì)量無影響的優(yōu)點(diǎn)，但檢測盲區(qū)大；主動(dòng)式孤島檢測雖然檢測盲區(qū)較小，但均會(huì)對并網(wǎng)系統(tǒng)輸出電能質(zhì)量造成影響，且實(shí)現(xiàn)方法比較復(fù)雜。為了降低總諧波失

3、真（total harmonic distortion，thd），國內(nèi)外研究者提出了改進(jìn)型afd（active frequency drift）法，這些方法雖然在一定程度上減少了諧波，但卻以犧牲檢測速度為代價(jià)。本文提出的方案不僅比傳統(tǒng)afd檢測產(chǎn)生的諧波少，且降低了對電能質(zhì)量的影響，檢測速度快，進(jìn)一步縮小了檢測盲區(qū)。1 afd法的檢測原理對于并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)有以下計(jì)算公式：傳統(tǒng)的afd檢測法通過注入諧波電流來改變輸出電流的頻率，使電流頻率產(chǎn)生偏移。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，由于公用電網(wǎng)的鉗制作用，電流頻率的偏移不會(huì)使系統(tǒng)電壓產(chǎn)生偏移；孤島出現(xiàn)時(shí)，公用電網(wǎng)停電，不再對分布式發(fā)電系統(tǒng)起鉗制作用，電流頻率的

4、偏移促使電壓頻率產(chǎn)生偏移，當(dāng)頻率超出閾值范圍時(shí)，則觸發(fā)孤島保護(hù)。afd法的電流波形如圖1所示，圖1中的iref為初始參考電流波形，irej為注入諧波電流波形。圖1的下半部分展示了注入諧波電流iref后的電流iafd與初始參考電流iref的波形對比。在tz時(shí)間內(nèi)，電流強(qiáng)制為0，時(shí)間tz決定了擾動(dòng)深度的大小。為afd電流的周期，t為參考電流的周期。傳統(tǒng)的afd孤島檢測法較為簡單，容易控制，比被動(dòng)檢測法的盲區(qū)小，可靠性更高。相比基于通訊的反孤島策略，造價(jià)更低，對于純阻性負(fù)載檢測效果好，但afd法造成的諧波較多。如果減小擾動(dòng)深度，諧波也會(huì)隨之減少，但檢測速度會(huì)變慢，且增加了檢測盲區(qū)。2 低諧波法的檢測

5、原理低諧波法通過注入諧波電流來改變輸出電流的頻率，使電流頻率產(chǎn)生固定的偏移。與afd法不同的是，這種方法下電流波形的畸變更小一些，如圖2所示。在新的擾動(dòng)方式下，參考電流波形為：*基金項(xiàng)目上海市專業(yè)學(xué)位研究生實(shí)踐基地建設(shè)子項(xiàng)目（編號(hào)：g2-12ysjjk01-012）圖2的上半部分中，iref為初始參考電流波形，irej為注入的諧波電流的電流波形；下半部分為注入諧波電流iref后的電流i0與初始參考電流iref的波形對比。其中，為低諧波法參考電流與初始參考電流的相位差，=cf=arcsink，k為擾動(dòng)深度，為新主動(dòng)法電流的周期，t為初始參考電流的周期。由于改進(jìn)法的移頻機(jī)理沒有變，至零點(diǎn)改為2個(gè)，

6、該方法的諧波可近似為：因此，當(dāng)兩種方法注入電網(wǎng)的無功均為7.5%時(shí)，低諧波法注入電網(wǎng)的thd為2.4%，而afd法注入電網(wǎng)的thd為7.5%，低諧波法比afd法的諧波減少很多；當(dāng)兩種方法的諧波均為2.4%時(shí)，低諧波法注入電網(wǎng)的無功為7.5%，afd注入電網(wǎng)的無功為2.4%.因此，低諧波法的檢測盲區(qū)比afd法小。3 參數(shù)設(shè)置和仿真結(jié)果本文對220 v單相、小容量供電系統(tǒng)用matlab/simulink搭建了仿真模型。根據(jù)我國電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，容量較小時(shí)，頻率的偏差為±0.5 hz，并在2 s內(nèi)將孤島檢測出來，注入電網(wǎng)電流的總諧波畸變率不超過5%.本文利用matlab/simulink仿真，

7、測得系統(tǒng)的有功為4.585 kw，無功為47 va。在仿真時(shí)，將電路的品質(zhì)因數(shù)調(diào)成2，諧振頻率為50.2 hz，仿真時(shí)間均設(shè)為3 s，公用電網(wǎng)在0.7s斷開。為了驗(yàn)證該方法諧波低、檢測速度快的優(yōu)點(diǎn)，本文將該方法與傳統(tǒng)的afd 法進(jìn)行了對比。當(dāng)t=0.255e-3時(shí)，傳統(tǒng)的afd和低諧波法注入電網(wǎng)電流波形如圖3和圖4所示。傳統(tǒng)的afd方法中，孤島現(xiàn)象出現(xiàn)2.25 s后才能被檢測出來，檢測時(shí)間超出了規(guī)定時(shí)間2 s，導(dǎo)致檢測失敗。而低諧波法在孤島現(xiàn)象發(fā)生后的0.06 s內(nèi)便可檢測出該現(xiàn)象。由此可見，相比擾動(dòng)法，低諧波法的盲區(qū)較小。當(dāng)t=0.255e-3時(shí)，孤島現(xiàn)象的檢測結(jié)果分別如圖5和圖6所示。對p

8、cc點(diǎn)電流進(jìn)行fft（快速傅里葉）分析，當(dāng)t=0.255e-3時(shí)，兩種孤島檢測方法的thd分別如圖7和圖8所示，傳統(tǒng)afd檢測法的thd為3.39%，而低諧波法的thd為3.15%.當(dāng)t=0.255e-3時(shí)，傳統(tǒng)的afd法和低諧波法的孤島檢測檢測結(jié)果和諧波分析分別如圖9、圖10、圖11、圖12所示。由圖9、圖10可以看出，當(dāng)t=0.283e-3時(shí)，傳統(tǒng)的afd檢測法在孤島現(xiàn)象出現(xiàn)后的1.2 s內(nèi)可將其檢測出來；低諧波法在孤島現(xiàn)象出現(xiàn)后的60 ms內(nèi)可將其檢測出來。由圖11、圖12可知，afd法諧波增至3.56%，而低諧波法的thd僅為3.27%，低于傳統(tǒng)afd法。由此可見，低諧波法法與傳統(tǒng)的a

9、fd法相比，不僅檢測速度快，而且諧波較少。從仿真結(jié)果看，在相同的條件下，低諧波法要比傳統(tǒng)的afd法更具有優(yōu)勢，具有檢測時(shí)間更短、諧波更少的特點(diǎn)。由于仿真環(huán)境是理想環(huán)境，沒有干擾，也不用考慮電路之間的干擾及元器件的影響，因此，檢測時(shí)間較快。然而，在實(shí)際試驗(yàn)中的檢測速度會(huì)稍慢。4 結(jié)束語afd檢測法是一種有效的主動(dòng)孤島檢測法，該方法造成的諧波較大。如果要減小諧波，則檢測速度就會(huì)變慢，盲區(qū)也會(huì)隨之增大。雖然改進(jìn)的afd法獲得了一定的成效，但諧波仍然較大。而低諧波法與傳統(tǒng)的afd檢測法相比，采用了不同的擾動(dòng)方法，可以在有效減小諧波的同時(shí)，快速檢測出孤島現(xiàn)象，并縮小了檢測盲區(qū)。參考文獻(xiàn)1劉洋，王明渝，高文祥.微電網(wǎng)新型孤島檢測技術(shù)的研究j.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，40（12）.2高金輝，程靜，楊海波.光伏并網(wǎng)逆變器復(fù)合式孤島檢測方法j.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，40（11）.3massoud a m，ahmed k h.harmonic distortion-based island detection technique for i