單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及孤島檢測(cè)的研究(提交稿)

1、寧夏大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院寧夏大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 畢業(yè)論文畢業(yè)論文 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 姓 名 王玉琳 學(xué) 籍 號(hào) 14703320261021 設(shè)計(jì)題目 單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) 及孤島檢測(cè)的研究 指導(dǎo)教師_2016 年 1 月 9 日摘要摘要本文首先介紹了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，其中包含單相光伏并網(wǎng)逆變器的分類、并網(wǎng)逆變器的控制目標(biāo)及控制算法。為了抑制并網(wǎng)后電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，本文提出了改進(jìn)型并網(wǎng)逆變電流跟蹤方式，通過(guò)電網(wǎng)電壓的前饋控制，從而減少電網(wǎng)電壓對(duì)并網(wǎng)電流的影響。然后本文又對(duì)孤島效應(yīng)及孤島檢測(cè)進(jìn)行了研究分析，基于幾種常用的孤島檢測(cè)方法，本文采了用主動(dòng)式并網(wǎng)電流幅值擾動(dòng)法對(duì)

2、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)反孤島效應(yīng)。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞： 光伏光伏 孤島孤島 I目 錄第一章 緒論.11.1 課題研究的背景及意義 .11.2 中國(guó)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的現(xiàn)狀 .11.2.1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng).11.2.2 中國(guó)光伏并網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀.21.3 光伏并網(wǎng)發(fā)電孤島效應(yīng)問(wèn)題 .31.3.1 孤島效應(yīng).31.3.2 孤島效應(yīng)的危害.31.3.3 孤島效應(yīng)研究現(xiàn)狀.41.4 本文主要內(nèi)容 .4第二章 單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)控制策略分析.52.1 單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制 .52.1.1 單相光伏并網(wǎng)逆變器的分類.52.1.2 單相光伏并網(wǎng)逆變的控制目標(biāo).62.2 并網(wǎng)逆變電路的控制方法 .72.2.1

3、 定時(shí)比較 PWM 控制方法.72.2.2 滯環(huán)控制電流瞬時(shí)值控制方法.82.2.3 SPWM 控制方法 .82.3 本章小結(jié) .9第三章 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的孤島效應(yīng)及檢測(cè)方法.103.1 孤島檢測(cè)的原理 .103.2 孤島檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn) .113.3 孤島效應(yīng)檢測(cè)的方法 .123.3.1 內(nèi)部孤島檢測(cè)法.133.3.1.1 被動(dòng)式檢測(cè) .133.3.1.2 主動(dòng)式檢測(cè)法 .153.3.2 外部孤島檢測(cè)法.163.4 本章小結(jié) .18第四章 總結(jié).19參考文獻(xiàn) .20第 0 頁(yè)第一章第一章 緒論緒論1.11.1 課題研究的背景及意義課題研究的背景及意義隨著現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，能源越來(lái)越被人們重視。

4、因?yàn)樗侨祟惿鐣?huì)生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，是社會(huì)發(fā)展的動(dòng)力源泉，更是經(jīng)濟(jì)發(fā)展與國(guó)家穩(wěn)定安全的重要因素。自 20 世紀(jì)以來(lái)，人類使用的能源以煤、石油和天然氣等一次能源為主。據(jù)可靠調(diào)查顯示，世界范圍內(nèi)煤炭?jī)?chǔ)量約在未來(lái) 230 年左右被消耗殆盡，石油和天然氣僅能維持 3060 年。故能源問(wèn)題已成為制約人類發(fā)展的重要因素之一。據(jù)了解，在煤、石油和天然氣等一次能源使用過(guò)程中，產(chǎn)生大量的二氧化碳和含硫化合物，對(duì)人類生存環(huán)境造成重大影響，最直接的體現(xiàn)是溫室效應(yīng)和酸雨的產(chǎn)生，這嚴(yán)重的破環(huán)了生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的生態(tài)平衡。從環(huán)境保、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展角度考慮，繼續(xù)對(duì)現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，而這只有靠先進(jìn)技術(shù)水平去發(fā)掘和利用可再

5、生能源。太陽(yáng)能的利用現(xiàn)已成為本世紀(jì)前所未有的速度發(fā)展，并逐步成為人類基礎(chǔ)能源的重點(diǎn)。太陽(yáng)能具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，全球能源專家一致認(rèn)為：太陽(yáng)能將成為 21 世紀(jì)最重要的能源之一。據(jù)歐洲能源專家預(yù)測(cè)，到未來(lái) 2100 年，太陽(yáng)能在整個(gè)能源結(jié)構(gòu)中將占 68%的份額。太陽(yáng)能資源開(kāi)發(fā)利用有以下幾個(gè)有點(diǎn)：(1) 儲(chǔ)量的無(wú)限性。太陽(yáng)能是取之不盡用之不竭的可再生能源，每秒輻射的能量大約是161023kW，其中到達(dá)地球的能量高達(dá) 8103kW，相當(dāng)于燃煤 6109噸標(biāo)準(zhǔn)煤。如此計(jì)算，一年內(nèi)到達(dá)地球表面的太陽(yáng)能折算成標(biāo)準(zhǔn)煤約為 1.8921016億噸，是目前世界主要能源探明儲(chǔ)量的一萬(wàn)倍。因此太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)，將會(huì)解決人類常

6、規(guī)能源匱乏枯竭的有效途徑。(2) 存在的普遍性。太陽(yáng)能雖然會(huì)因?yàn)榫暥炔煌?、氣候差異造成輻射的不均勻，但相?duì)于其他能源來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能對(duì)于地球上絕大多數(shù)地區(qū)具有普遍性，就地可取。因此可以解決常規(guī)能源匱乏的國(guó)家和地區(qū)解決能源問(wèn)題提供了美好的前景。(3) 利用的清潔性和經(jīng)濟(jì)性。太陽(yáng)能像風(fēng)能、潮汐能等清潔能源一樣，其開(kāi)發(fā)利用幾乎不產(chǎn)生任何污染，而且儲(chǔ)量無(wú)限，因此是人類理想的替代能源。1.21.2 中國(guó)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的現(xiàn)狀中國(guó)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的現(xiàn)狀1.2.11.2.1 光伏并網(wǎng)發(fā)電光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)系統(tǒng)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 1-1，由太陽(yáng)能光伏組件、并網(wǎng)逆變器、計(jì)量裝置組成。太陽(yáng)能通第 1 頁(yè)過(guò)太陽(yáng)能

7、電池轉(zhuǎn)化為直流電力，再通過(guò)并網(wǎng)逆變器將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能饋入電網(wǎng)，可通過(guò)計(jì)量裝置測(cè)量并入電網(wǎng)的電能功率，以方便計(jì)費(fèi)。并并網(wǎng)網(wǎng)逆逆變變器器計(jì)計(jì)量量器器電電網(wǎng)網(wǎng)太太陽(yáng)陽(yáng)能能光光伏伏陣陣列列圖 1-1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖按照系統(tǒng)的應(yīng)用地點(diǎn)，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)可分為住宅用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)和集中式并網(wǎng)光伏系統(tǒng)兩類。前者是將光伏系統(tǒng)發(fā)的電直接被分配到住宅內(nèi)的用電負(fù)載上多余或不足的電力通過(guò)連接電網(wǎng)來(lái)調(diào)節(jié)；后者是將光伏系統(tǒng)的發(fā)電直接被輸送到電網(wǎng)上，由電網(wǎng)把電力統(tǒng)一分配到各個(gè)用電單位。目前住宅用光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)已在國(guó)外得到推廣，而集中式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)由于目前成本較高，應(yīng)用尚不多，但隨著太陽(yáng)電池價(jià)格的下降，可以預(yù)

8、期不久的將來(lái)會(huì)有很大的發(fā)展。1.2.21.2.2 中國(guó)中國(guó)光伏并網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀光伏并網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)起步較晚，但是發(fā)展速度很快。我國(guó)的光伏電池技術(shù)是從 60 年代發(fā)展空間用太陽(yáng)能電池開(kāi)發(fā)起步的，地面用光伏電池的生產(chǎn)是從 1970 年代初開(kāi)始，主要的低成本技術(shù)以及生產(chǎn)能力則在 80 年代中期建立起來(lái)。80 年代中期,我國(guó)光伏電池/組件總生產(chǎn)能力達(dá)到 4.5MW，光伏產(chǎn)業(yè)初步形成。經(jīng)過(guò)十年的努力，我國(guó)光伏發(fā)電技術(shù)有了很大的發(fā)展，光伏電池轉(zhuǎn)換效率不斷提高。至90 年代初中期，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)己處于穩(wěn)定發(fā)展時(shí)期，生產(chǎn)量逐年穩(wěn)步增加。 “九五”期間，國(guó)家科委開(kāi)始將太陽(yáng)能屋頂系統(tǒng)列入國(guó)家科技

9、攻關(guān)計(jì)劃，企業(yè)界率先在深圳和北京分別建成了 17kW 和 7kW 的光伏發(fā)電屋頂系統(tǒng)。1999 年，我國(guó)光伏電池的主要產(chǎn)品是單晶硅電池和非晶硅電池，多晶硅電池只限于實(shí)驗(yàn)室和中試產(chǎn)品，但在 2000 年之后，多晶硅產(chǎn)品逐步走出實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)始形成規(guī)模生產(chǎn)，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，技術(shù)差距不斷減小。為了推動(dòng)光伏技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展，2003 年 10 月，國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)、科技部制定出未來(lái)五年太陽(yáng)能資源開(kāi)發(fā)計(jì)劃，發(fā)改委“光明工程”將籌資 100 億用于推進(jìn)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用。至 2005 年底，太陽(yáng)能電池產(chǎn)量約為 110MW，太陽(yáng)能電池組件的實(shí)際生產(chǎn)量達(dá)到220MW 以上。2004 年，我國(guó)在深圳建成了亞

10、洲最大并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏電站，電站總?cè)萘窟_(dá) MW，年發(fā)電1能力約為萬(wàn) kWh。2008 年北京奧運(yùn)會(huì)，國(guó)家計(jì)劃將太陽(yáng)能光伏發(fā)電融入奧運(yùn)建筑中，各奧運(yùn)建筑100將大范圍采用太陽(yáng)能等綠色能源利用技術(shù)，綠色能源的應(yīng)用正是綠色奧運(yùn)的具體體現(xiàn)。2005 年 2 月 28日第十屆全國(guó)人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第十四次會(huì)議通過(guò)的中華人民共和國(guó)可再生能源法 。 可再第 2 頁(yè)生能源法已于 2006 年 1 月 1 日起正式實(shí)施。2006 年 4 月國(guó)務(wù)院能源領(lǐng)導(dǎo)小組會(huì)議上已批準(zhǔn)國(guó)家發(fā)改委提出的我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電的中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃、發(fā)展重點(diǎn)和目標(biāo)。國(guó)家發(fā)改委還同時(shí)發(fā)布了可再生能源發(fā)電價(jià)格和費(fèi)用分?jǐn)傟P(guān)系試行辦法 ，國(guó)家鼓勵(lì)可再

11、生能源利用。我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)在滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需要和提高邊遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)人民的生活水平及特殊工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用。綜上可知，我國(guó)的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)必將得到快速地發(fā)展。據(jù)專家預(yù)測(cè)：我國(guó) 2020 年規(guī)劃總發(fā)電量為4.5 萬(wàn)億 kWh，光伏發(fā)電占總發(fā)電量的 1%，約為 450 億 kWh。若平均光伏發(fā)電年產(chǎn)量日照時(shí)數(shù)以 1500小時(shí)計(jì)，我國(guó) 2020 年光伏總裝機(jī)容量應(yīng)為 30GW，面對(duì)如此巨大的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求和廣闊的發(fā)展前景，要實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的快速發(fā)展和光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化，必須發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的光伏并網(wǎng)技術(shù),增加技術(shù)積累和鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新。1.31.3 光伏并網(wǎng)發(fā)電孤島效應(yīng)問(wèn)題光伏并網(wǎng)發(fā)電孤島效應(yīng)問(wèn)題1

12、.3.11.3.1 孤島效應(yīng)孤島效應(yīng)孤島效應(yīng)是指并入大電網(wǎng)中的一個(gè)或者多個(gè)分布式電源通過(guò)輸電線路向某塊地區(qū)的負(fù)載提供電能，卻和大電網(wǎng)發(fā)生脫離，構(gòu)成了一個(gè)孤立運(yùn)行的區(qū)域。當(dāng)連接地區(qū)電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間的傳輸線路由于某種故障而發(fā)生跳閘時(shí)，就可能產(chǎn)生孤島效應(yīng)。如果孤島地區(qū)內(nèi)的負(fù)載所消耗的功率和孤島地區(qū)的分布式電源發(fā)出的功率相差不大時(shí)，孤島區(qū)域內(nèi)的電壓和頻率等參數(shù)變化會(huì)很小，分布式發(fā)電系統(tǒng)因?yàn)闄z測(cè)不到電網(wǎng)是否已經(jīng)斷開(kāi)而繼續(xù)向負(fù)載提供電能。如果負(fù)載所消耗的功率與電源發(fā)出的功率不匹配時(shí)，當(dāng)孤島發(fā)生后，孤島地區(qū)內(nèi)的電壓和頻率將會(huì)迅速突破過(guò)/欠電壓（頻率）保護(hù)的閾值而自動(dòng)讓分布式發(fā)電系統(tǒng)停止工作，孤島效應(yīng)也就不會(huì)

13、再次出現(xiàn)。1.3.21.3.2 孤島效應(yīng)的危害孤島效應(yīng)的危害(1)設(shè)備損害大電網(wǎng)供電中斷后需要恢復(fù)供電時(shí)，如果光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和大電網(wǎng)相位或頻率不同步將會(huì)產(chǎn)生很大的浪涌電流，損壞光伏并網(wǎng)發(fā)電和本地負(fù)載裝置，這樣就會(huì)導(dǎo)致更為嚴(yán)重的電力中斷事故。其次，由自然災(zāi)害等原因造成的輸電線路重合閘開(kāi)關(guān)跳閘，大電網(wǎng)很難正?；謴?fù)，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的存在自動(dòng)重合閘過(guò)程可能會(huì)導(dǎo)致重合閘失敗。最后，供電公司在孤島運(yùn)行時(shí)失去了對(duì)傳輸線路電壓和頻率的控制，也可能出現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓或頻率的不正常而導(dǎo)致運(yùn)行異常的狀況。(2) 人身安全當(dāng)發(fā)生孤島時(shí)，大電網(wǎng)停電后電氣維護(hù)人員進(jìn)入停電地區(qū)進(jìn)行作業(yè)，如果此時(shí)分布式發(fā)電繼續(xù)向第

14、 3 頁(yè)大電網(wǎng)供電，就可能導(dǎo)致工作人員不慎觸電，從而引發(fā)人身傷害。1.3.31.3.3 孤島效應(yīng)研究現(xiàn)狀孤島效應(yīng)研究現(xiàn)狀當(dāng)前有許多針對(duì)孤島檢測(cè)方法的研究，大部分是在美國(guó)、歐洲和日本這些太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家展開(kāi)，他們的研究成果較其他股價(jià)也相對(duì)先進(jìn)。而我國(guó)在孤島檢測(cè)研究領(lǐng)域處在起步階段，絕大多數(shù)孤島檢測(cè)方法基于被動(dòng)檢測(cè)法中對(duì)公共耦合點(diǎn)端電壓和頻率的檢測(cè)，對(duì)主動(dòng)式孤島檢測(cè)方法的研究比較少。具體說(shuō)明使用某種或幾種孤島檢測(cè)方法是在上世紀(jì) 90 年代制訂了針對(duì)一般的孤島檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)楣夥⒕W(wǎng)發(fā)電技術(shù)的要求和大電網(wǎng)的構(gòu)架和運(yùn)行方式有關(guān)，不同國(guó)家對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)要求的規(guī)定也不同，國(guó)際上對(duì)反孤島檢測(cè)方案也

15、沒(méi)有明確規(guī)定。在這當(dāng)中 IEEE 在孤島檢測(cè)的性能指標(biāo)和孤島檢測(cè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，IEEE 所制定的標(biāo)準(zhǔn)注重光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的孤島檢測(cè)的具體性能和孤島檢測(cè)過(guò)程，不僅限于孤島檢測(cè)方法。IEEE 制定的標(biāo)準(zhǔn)和 IEEE Std.2000-929 和 IEEE Std.2003-1547已經(jīng)被眾多供電公司作為北美光伏并網(wǎng)逆變器的設(shè)備安全標(biāo)準(zhǔn)和光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和大電網(wǎng)互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)。1.41.4 本文主要內(nèi)容本文主要內(nèi)容本文把單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及其孤島檢測(cè)作為研究對(duì)象，介紹了單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、逆變器控制算法，并對(duì)單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的孤島檢測(cè)問(wèn)題進(jìn)行了較為透徹的分析研究。本文主要研

16、究包括：第一章主要對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究背景、研究意義、國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中孤島效應(yīng)的及其國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀等問(wèn)題進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述。第二章介紹單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，包括光伏并網(wǎng)逆變器類型的選擇，以及并網(wǎng)逆變器的控制目的及控制算法，并提出了一種改進(jìn)型并網(wǎng)逆變電流跟蹤控制方式。第三章介紹光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中孤島檢測(cè)的一些基本問(wèn)題和主要方法。就現(xiàn)今發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測(cè)的方法，選擇出適合本文的并網(wǎng)電流幅值擾動(dòng)法來(lái)檢測(cè)孤島效應(yīng)的發(fā)生。第 4 頁(yè)第二章第二章 單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)控制策略分析控制策略分析光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池、光伏并網(wǎng)逆變器、濾波電路等環(huán)節(jié)組成

17、。太陽(yáng)能電池是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的主要部分，它將由太陽(yáng)能電池接收到的太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換為電能。光伏并網(wǎng)逆變器將太陽(yáng)能電池所發(fā)送的電能逆變成交流電并入大電網(wǎng)中，它是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心組件。并且逆變器直接影響光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能否安全、穩(wěn)定、高效、可靠地運(yùn)行，同時(shí)整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的使用壽命亦受到它的影響。本章將介紹單相光伏并網(wǎng)逆變器的選擇及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、逆變主電路的控制目標(biāo)、并網(wǎng)逆變電流的控制方法、并網(wǎng)逆變電流的控制算法。2.12.1 單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制2.1.12.1.1 單相光伏并網(wǎng)逆變器的單相光伏并網(wǎng)逆變器的分類分類并網(wǎng)逆變器的控制方式可分為電壓源電壓控制、電壓源電

18、流控制、電流源電壓控制和電流源電流控制這四種方法。電源對(duì)外可表征為電流源特性和電壓源特性兩類。當(dāng)逆變器輸入直流源呈電流源特性時(shí)，稱之為電流型逆變器；當(dāng)逆變器輸入直流源呈電壓源特性時(shí)，稱之為電壓型逆變器。當(dāng)輸入直流源呈電流源特性時(shí)，為穩(wěn)定直流電流的輸入，需在逆變器輸入側(cè)串聯(lián)大電感，而這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)變差。故在設(shè)計(jì)逆變器時(shí)，通常采用電壓源輸入。并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，光伏并網(wǎng)逆變器就輸出控制模式的不同可分為電壓型逆變器和電流型逆變器。如圖2-1 所示。逆變器光伏陣列LCCdc電網(wǎng)(a)并網(wǎng)逆變系統(tǒng)（電壓型） 逆變器光伏陣列電網(wǎng)LCLdc(b)并網(wǎng)逆變器（電流型）第 5 頁(yè)圖 2-1 并網(wǎng)逆變系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（

19、電壓型和電流型）若并網(wǎng)逆變器輸出采用電壓源控制模式，其與電網(wǎng)并聯(lián)，相當(dāng)于兩個(gè)電壓源并聯(lián)運(yùn)行。而由于電網(wǎng)可視作一個(gè)容量無(wú)窮大的交流電壓源，故此時(shí)需要采用鎖相技術(shù)使得逆變器輸出電壓與電網(wǎng)電壓同頻同相以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。但是采用電壓源輸出控制模式時(shí)，由于存在鎖相回路響應(yīng)慢、逆變輸出電壓難以精確控制等原因，故通常采用電流源輸出模式來(lái)替代。在采用電流輸出模式控制時(shí)，只需要控制輸出并網(wǎng)電流使之與電網(wǎng)電壓保持同頻同相，就可以達(dá)到逆變器并網(wǎng)運(yùn)行的目的。相對(duì)電壓源輸出控制方式而言，電流源輸出控制方式較為簡(jiǎn)單，運(yùn)用更具廣泛性。綜上所述，在設(shè)計(jì)光伏逆變器時(shí)，本文采用電壓源輸入、電流源輸出的控制方式，即電壓型逆變器

20、。采用電壓型逆變主電路，可以實(shí)現(xiàn)有源濾波和無(wú)功補(bǔ)償?shù)目刂?，并有效的進(jìn)行光伏發(fā)電、提高供電質(zhì)量及減少損耗。此方法在實(shí)際中得到廣泛應(yīng)用。2.1.22.1.2 單相光伏并網(wǎng)逆變的控制單相光伏并網(wǎng)逆變的控制目標(biāo)目標(biāo)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器是系統(tǒng)核心部件和關(guān)鍵技術(shù)。其控制目標(biāo)為：控制逆變電路輸出的電流為穩(wěn)定的高質(zhì)量的正弦波，且與電網(wǎng)電壓同頻、同相。圖 2-2 所示為 IGBT 開(kāi)關(guān)構(gòu)成的電壓源電流控制型單相并網(wǎng)逆變器的電路原理圖。+T1D1T3T2D2T4D4D3_ousidUdcCNLNU圖 2-2 電壓源電流控制逆變器主電路結(jié)構(gòu)圖中 T1T4 是 IGBT 開(kāi)關(guān)管，D1D4 是反向并聯(lián)二極管，起

21、續(xù)流作用；是直流側(cè)支撐電容，dcC也叫平波電容；是交流測(cè)電感，也稱緩沖電感，可以抑制輸出電流的過(guò)分波動(dòng)，同時(shí)起到濾波作用。NL是輸入恒定的直流電壓，是逆變器的輸出電壓，是電網(wǎng)的正弦波電壓，是從逆變dU( )Out( )Nut( )Nit器輸出到電網(wǎng)的電流故： (2-1)0NNNNUUjL I第 6 頁(yè)其中，是電網(wǎng)角頻率，,為電網(wǎng)頻率，和的矢量關(guān)系如圖 2-3 所示。N2NNfNfNU0U NNNjL ININUoU圖 2-3 逆變器矢量關(guān)系并網(wǎng)系統(tǒng)要求在逆變器輸出側(cè)實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為 1，波形為正弦波，輸出電流與電網(wǎng)電壓同頻同相。由于輸出電感的存在，輸出電流在其上產(chǎn)生一個(gè)電壓降，則逆變器的輸出電壓

22、和電網(wǎng)NLNiNj LIOu電壓之間將產(chǎn)生一個(gè)位移量，可以通過(guò) PWM 控制開(kāi)關(guān)管，使變換器的輸出電壓滿足上述的矢NuOu量關(guān)系，這樣就可以實(shí)現(xiàn)電流與電網(wǎng)電壓同頻同相。2.22.2 并網(wǎng)逆變電路的控制方并網(wǎng)逆變電路的控制方法法逆變器的輸出采用電流源控制方法，其控制目標(biāo)是輸出與電網(wǎng)電壓同頻同相的正弦電流，因此，獲取參考電流并使逆變器按照期望輸出參考值是重中之重。目前運(yùn)用較為廣泛的光伏并網(wǎng)逆變器的電流跟蹤控制方法主要有以下三種方法。2.2.12.2.1 定時(shí)比較定時(shí)比較 PWMPWM 控制方控制方法法定時(shí)比較 PWM 控制方式是設(shè)定一個(gè)比較器，定時(shí)控制它在每個(gè)周期內(nèi)對(duì)電流誤差判斷產(chǎn)生相應(yīng)PWM 控

23、制信號(hào)，改變主開(kāi)關(guān)的通斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流的控制。定時(shí)比較 PWM 控制策略的工作原理決定了 PWM 信號(hào)至少在一個(gè)時(shí)鐘周期后才發(fā)生一次改變。其原理如圖 2-4 所示。第 7 頁(yè)+-時(shí)鐘信號(hào)PWM信號(hào)比較器refiiai圖 2-4 定時(shí)比較 PWM 控制方法工作原理此策略要求主動(dòng)開(kāi)關(guān)器件開(kāi)關(guān)頻率是固定的，并且不超過(guò)時(shí)鐘頻率的一半，這樣可以避免功率器件開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高。同時(shí)該控制方法很少產(chǎn)生噪聲且開(kāi)關(guān)消耗也比較小，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能也很好。其缺點(diǎn)是給定電流與實(shí)際電流在理論上就必須存在偏差，才能產(chǎn)生 PWM 波 。2.2.22.2.2 滯環(huán)控制電流瞬時(shí)值控制方滯環(huán)控制電流瞬時(shí)值控制方法法該種控制方法通過(guò)

24、比較期望電流與實(shí)際并網(wǎng)電流，從而達(dá)到控制并網(wǎng)輸出電流的目的。主要是講兩者的誤差輸入到滯環(huán)比較器中，通過(guò)滯環(huán)比較器產(chǎn)生 PWM 信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大后可用來(lái)控制主功率電路開(kāi)關(guān)器件的通斷。其工作原理如圖 2-5 所示。+-滯環(huán)比較器PWM信號(hào)refiiai圖 2-5 滯環(huán)控制電流瞬時(shí)值控制方法工作原理該方法的特點(diǎn)是：(1) 電流響應(yīng)快，實(shí)時(shí)性高；(2) 硬件電路較為簡(jiǎn)單，便于控制；(3) 采用滯環(huán)控制，無(wú)需引入載波，故不會(huì)使輸出電壓中含有特定頻率的諧波分量。(4) 電流誤差范圍受滯環(huán)寬度制約，若滯環(huán)寬度固定，電流誤差則固定，但開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率不固定，因此使得濾波器設(shè)計(jì)增加難度，會(huì)引起諧波干擾

25、。2.2.32.2.3 SPWMSPWM 控制方控制方法法SPWM 控制方式即三角波比較的電流跟蹤控制方法。它將電流誤差經(jīng) P 或 PI 調(diào)節(jié)后與三角波進(jìn)行比第 8 頁(yè)較，輸出 SPWM 信號(hào)。其原理圖如下圖 2-6 所示。+比較器SPWM信號(hào)P(PI)+_i airefi圖 2-6 SPWM 控制方法原理圖該方法的特點(diǎn)是：(1) 軟硬件實(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜；(2) 輸出電流中含有特定頻率諧波；(3) 相應(yīng)電流相對(duì)于瞬時(shí)值比較方式較慢；(4) 功率器件的開(kāi)關(guān)頻率固定地等于三角波的頻率。本文實(shí)際采用的是基于 SPWM 控制的電流跟蹤系統(tǒng)。與滯環(huán)電流控制系統(tǒng)相比，基于 SPWM 控制的電流跟蹤系統(tǒng)具有固定

26、的開(kāi)關(guān)頻率，它是將 PWM 載波頻率固定不變，以電流偏差調(diào)節(jié)信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)的 PWM 控制方法，具有算法簡(jiǎn)單、物理意義清晰、實(shí)現(xiàn)方便的優(yōu)點(diǎn)。另外，開(kāi)關(guān)頻率固定，可以使輸出側(cè)的濾波電感容易設(shè)計(jì)，減少功率器件的開(kāi)關(guān)損耗。綜合考慮以上因素，本文采用基于 SPWM 控制的電流瞬時(shí)值控制的方法。2.32.3 本章小結(jié)本章小結(jié)本文采用電壓源輸入電流源輸出的電流型逆變電器，而逆變電路主要目的是使并網(wǎng)電壓與大電網(wǎng)電壓達(dá)到同頻同相，電流經(jīng)電感電流瞬時(shí)值與給定電流比較產(chǎn)生誤差信號(hào)，經(jīng) PI 調(diào)節(jié)器，所得信號(hào)與三角載波進(jìn)行比較后產(chǎn)生 SPWM 信號(hào)控制功率管的開(kāi)通。通過(guò)對(duì)交流電流的跟蹤控制，使其跟蹤給定電流值，根

27、據(jù)電流控制的概念，對(duì)于并網(wǎng)型逆變器來(lái)說(shuō)為了獲得與電網(wǎng)電壓同步的給定正弦電流波形，通常用電網(wǎng)電壓乘以電流有功給定，產(chǎn)生正弦參考電流波形，然后使其輸出電流跟蹤的給定電流，具有控制電路相對(duì)簡(jiǎn)單、對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的依賴性低、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。第 9 頁(yè)第三章第三章 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的孤島效應(yīng)及檢測(cè)方法光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的孤島效應(yīng)及檢測(cè)方法光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是通過(guò)逆變器直接將直流電變換成交流電輸送至電網(wǎng)。它除了具有和其它系統(tǒng)一樣的保護(hù)功能，如過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱、過(guò)頻、欠頻外,還要求具有一種特殊的保護(hù)功能，即反孤島效應(yīng)功能。3.13.1 孤島檢測(cè)的原理孤島檢測(cè)的原理光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)正常工作時(shí)，并網(wǎng)逆變器

28、不僅向本地負(fù)載供電，而且還將剩余的電力輸送至電網(wǎng)，給電網(wǎng)提供一定的有功功率和無(wú)功功率。但當(dāng)電網(wǎng)因?yàn)楣收匣蛘弑蝗藶榈厍袛鄷r(shí)，并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)該能及時(shí)斷開(kāi)與電網(wǎng)的鏈接，一旦系統(tǒng)未能及時(shí)檢測(cè)到電網(wǎng)電網(wǎng)斷電而繼續(xù)向負(fù)載供電，這樣構(gòu)成獨(dú)立的系統(tǒng)，這種現(xiàn)象稱之為孤島效應(yīng)。CRLPCCVS1S2invinvPjQloadloadPjQgridgridPjQ光伏并網(wǎng)發(fā)電等效電源大電網(wǎng)圖 3-1 孤島檢測(cè)的基本模型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測(cè)的基本模型如圖 3-1 所示，其中 RLC 并聯(lián)負(fù)載為孤島形成后的等效本地負(fù)載，電阻 R 代表有功負(fù)載，電感 L 和電容 C 分別代表感性和容性無(wú)功負(fù)載。S1 是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

29、逆變輸出等效電源側(cè)開(kāi)關(guān)，S1 斷開(kāi)時(shí)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)逆變輸出與大電網(wǎng)斷開(kāi)，S1 閉合時(shí)逆變輸出并入大電網(wǎng)。S2 為大電網(wǎng)側(cè)開(kāi)關(guān)，S2 關(guān)斷開(kāi)表示大電網(wǎng)由于故障等原因發(fā)生了跳閘，S2 開(kāi)關(guān)閉合則表示大電網(wǎng)處于正常工作狀態(tài)。SI 和 S2 關(guān)在正常情況下都會(huì)閉合，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)逆變輸出和大第 10 頁(yè)電網(wǎng)同時(shí)向本地負(fù)載供電，如圖 3-1 所示。S2 開(kāi)關(guān)在孤島發(fā)生時(shí)斷開(kāi)，而 S1 開(kāi)關(guān)保持閉合，由光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)逆變輸出向本地負(fù)載供電。式(3-1)和(3-2)用來(lái)表示孤島發(fā)生后各狀態(tài)量之間的關(guān)系： (3-1)21invPCCPVR (3-2)12invPCCQVLC式(3-3)、(3-4)和(3

30、-5)為額外定義的兩個(gè)變量負(fù)載阻抗角和負(fù)載品質(zhì)因數(shù)loadfQ (3-3)1100loadfftgRLCtgff (3-4)/fQR C L (3-5)012fLC由式(3-1)得知,本地負(fù)載端電壓在孤島發(fā)生后僅和光伏并網(wǎng)逆變器輸出的有功功率和本地負(fù)載中的電阻有關(guān)。由于電阻 R 為一個(gè)常量，所以光伏并網(wǎng)逆變器輸出的有功功率由本地負(fù)載端電壓決定，由此會(huì)出現(xiàn)三種可能的情況：第一種情況是當(dāng)光伏并網(wǎng)逆變器輸出的有功功率大于本地負(fù)載需要的有功功率，本地負(fù)載端電壓將比并網(wǎng)電壓有所增大，增大的幅度取決于光伏并網(wǎng)逆變器輸出的有功功率大小。第二種情況是當(dāng)光伏并網(wǎng)逆變器輸出的有功功率等于本地負(fù)載需要的有功功率，本

31、地負(fù)載端電壓等于并網(wǎng)電壓。第三種情況是當(dāng)光伏并網(wǎng)逆變器輸出的有功功率小于本地負(fù)載需要的有功功率，本地負(fù)載端電壓會(huì)比并網(wǎng)電壓有所減小，減小的幅度取決于光伏并網(wǎng)逆變器輸出有功功率的大小。由式(3-2)得知本地負(fù)載角頻率在孤島發(fā)生后與光伏并網(wǎng)逆變器輸出的無(wú)功功率和本地負(fù)載端電壓有關(guān)。當(dāng)本地負(fù)載端電壓維持恒定，本地負(fù)載的角頻率由光伏并網(wǎng)逆變器輸出的無(wú)功功率所決定。此外光伏并網(wǎng)逆變器一般只傳輸有功功率而不傳輸無(wú)功功率是為了提高太陽(yáng)能的有效利用率，當(dāng)本地負(fù)載中含有無(wú)功元件如電感和電容，那么光伏并網(wǎng)逆變輸出后的 LC 濾波環(huán)節(jié)只有在諧振狀態(tài)下才會(huì)達(dá)到頻率的穩(wěn)定。雖然在實(shí)際并網(wǎng)系統(tǒng)中，發(fā)生孤島效應(yīng)的概率不高，

32、但在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模越來(lái)越大的情況下，這種可能性任然存在。3.23.2 孤島檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)孤島檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)孤島效應(yīng)檢測(cè)和防止一般是通過(guò)監(jiān)控并網(wǎng)系統(tǒng)輸出端電壓的幅值和頻率實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電網(wǎng)斷開(kāi)時(shí)，第 11 頁(yè)由于并網(wǎng)系統(tǒng)的輸出功率和負(fù)載功率之間的差異會(huì)引起并網(wǎng)系統(tǒng)輸出電壓的幅值或頻率發(fā)生相當(dāng)?shù)母淖?，這樣通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)輸出的電壓就可以很方便地檢測(cè)出孤島效應(yīng)。由于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的快速發(fā)展，具體的孤島檢測(cè)和相應(yīng)的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)隨著光伏并網(wǎng)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展也需要制定，下表 3-2、3-3為孤島檢測(cè)的具體標(biāo)準(zhǔn)。表 3-2 IEEE Std.1547 孤島檢測(cè)端電壓標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)大電網(wǎng)跳閘后大電網(wǎng)電壓大電網(wǎng)跳閘后大電網(wǎng)頻率檢測(cè)

33、時(shí)間（s）10.5sV0F0.1620.50.88ssVVV0F231.101.2ssVVV0F1401.2VV0F0.165sV00.7fFHz0.166sV00.7fFHz0.16表 3-3 IEEE Std.1547 孤島檢測(cè)頻率標(biāo)準(zhǔn)光伏發(fā)電系統(tǒng)容量（kW）公共耦合點(diǎn)頻率區(qū)間（Hz）孤島響應(yīng)時(shí)間（s）49.30.163049.350.5正常運(yùn)行50.50.1647.00.163047.049.30.1630049.350.5正常運(yùn)行50.50.163.33.3 孤島效應(yīng)檢測(cè)的方法孤島效應(yīng)檢測(cè)的方法光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的孤島檢測(cè)方法大致分為兩大類，一類是在大電網(wǎng)側(cè)檢測(cè)，一類是光伏并網(wǎng)逆變器輸出

34、測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。大電網(wǎng)側(cè)孤島檢測(cè)方法稱為外部檢測(cè)，而光伏并網(wǎng)逆變器輸出側(cè)的孤島檢測(cè)方法第 12 頁(yè)為內(nèi)部檢測(cè)法。下圖 3-4 為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測(cè)常用方法分類。主動(dòng)頻率偏移法電壓相位突變法Sandia頻率偏移法滑膜頻率漂移法插入阻抗法主動(dòng)孤島檢測(cè)方法外部孤島檢測(cè)法內(nèi)部孤島檢測(cè)方法被動(dòng)孤島檢測(cè)方法基于人工智能法電壓相位突變法過(guò)/欠頻率法過(guò)/欠電壓法SDP法SCADA法電力線載波通訊法孤島檢測(cè)法圖 3-4 常用孤島檢測(cè)法3.3.13.3.1 內(nèi)部孤島檢測(cè)法內(nèi)部孤島檢測(cè)法內(nèi)部檢測(cè)法主要是根據(jù)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的公共耦合點(diǎn)（PPC）的端電壓和端電流信號(hào)，當(dāng)孤島檢測(cè)到其信號(hào)超過(guò)設(shè)定閾值，就能判斷光伏并網(wǎng)

35、發(fā)電系統(tǒng)發(fā)生孤島。這種檢測(cè)方法又可以分為兩種孤島檢測(cè)方法：一種是主動(dòng)式孤島檢測(cè)方法，該方法是向光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)注入擾動(dòng)型號(hào)，通過(guò)檢測(cè)其擾動(dòng)響應(yīng)判斷孤島的發(fā)生。另一種是被動(dòng)式孤島檢測(cè)方法，該方法是根據(jù)在公共耦合點(diǎn)測(cè)量的端電壓、電流、頻率信號(hào)來(lái)判斷系統(tǒng)是否處于孤島運(yùn)行狀態(tài)。3.3.1.13.3.1.1 被動(dòng)式檢測(cè)被動(dòng)式檢測(cè)被動(dòng)式檢測(cè)法是在并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中孤島形成前后，公共耦合點(diǎn)（PPC）端電壓、頻率以及相位的變化來(lái)判斷孤島是否發(fā)生。當(dāng)出現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的逆變輸出功率與孤島本地負(fù)載需求相差較遠(yuǎn)的情況，公共耦合點(diǎn)端電壓和頻率在孤島發(fā)生后會(huì)發(fā)生很大的變化時(shí)，則可以利用被動(dòng)式方法來(lái)判斷第 13 頁(yè)孤島

36、運(yùn)行情況。被動(dòng)式檢測(cè)法有以下幾種：(1) 過(guò)壓、欠壓及過(guò)頻、欠頻檢測(cè)法一般的光伏陣列并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)均會(huì)設(shè)置四中保護(hù)電路：過(guò)電壓保護(hù)、欠電壓保護(hù)、過(guò)頻率保護(hù)、欠頻率保護(hù)。主要是通過(guò)檢測(cè)公共耦合點(diǎn)電壓或頻率是否超出預(yù)設(shè)范圍來(lái)判斷孤島的發(fā)生。而孤島檢測(cè)的方法又取決于孤島發(fā)生前后本地負(fù)載消耗功率前后的比值。如果此比值小于或大于設(shè)定閾值，本地負(fù)載端電壓將超過(guò)正常限定范圍，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中將會(huì)與連接大電網(wǎng)的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。其中有功功率和本地負(fù)載消耗的有功功率的比值影響公共耦合點(diǎn)端電壓的變化，無(wú)功功率比值/invloadPP則影響公共耦合點(diǎn)頻率的變化。當(dāng)功率前后比值接近于 1 時(shí)，公共耦合點(diǎn)端電壓和頻率變/inv

37、loadQQ化很小，則不能檢測(cè)到孤島的發(fā)生，因此過(guò)、欠壓及過(guò)、欠頻這兩種方法存在較大的檢測(cè)盲區(qū)。(2) 電壓相位突變孤島檢測(cè)法通過(guò)檢測(cè)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中逆變器輸出電流與本地負(fù)載端電壓之間的相位變化來(lái)判斷孤島運(yùn)行稱為電壓相位突變孤島檢測(cè)。當(dāng)大電網(wǎng)斷開(kāi)后，本地負(fù)載阻抗角就會(huì)引起本地負(fù)載端電壓相位的變化，以此可以判斷孤島。但是，若本地負(fù)載阻抗角很小或者為零，則這種相位突變孤島檢測(cè)的方法不起作用。在使用相位突變孤島檢測(cè)方法時(shí)需要設(shè)定一個(gè)動(dòng)作閾值，閾值太小容易引發(fā)誤動(dòng)作，太大又可能出現(xiàn)漏檢測(cè)，因此閾值很難選擇。這種方法簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，但是存在較大的檢測(cè)盲區(qū)。(3) 電壓諧波孤島檢測(cè)法通過(guò)檢測(cè)光伏并網(wǎng)發(fā)電系

38、統(tǒng)逆變輸出端電壓的總諧波失真（THD）是否超過(guò)限額的方法稱作電壓諧波孤島檢測(cè)法。并網(wǎng)電流的參考信號(hào)是大電網(wǎng)的端電壓，當(dāng)發(fā)生孤島時(shí)，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的逆變器輸出端電壓的總諧波失真變大。電壓諧波孤島檢測(cè)法理論上在較大范圍內(nèi)可以檢測(cè)到孤島，在有多臺(tái)光伏逆變器并聯(lián)的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的情況下都不會(huì)產(chǎn)生稀釋效應(yīng)，并且即使在逆變輸出功率和本地負(fù)載所需功率匹配的情況下也能檢測(cè)孤島發(fā)生。但是這種方法很難統(tǒng)一設(shè)定諧波畸變率的標(biāo)準(zhǔn)，因此該方法還得不到廣泛的應(yīng)用。(4) 基于人工智能的孤島檢測(cè)法基于人工智能的孤島檢測(cè)方法是對(duì)采樣數(shù)據(jù)的處理來(lái)分析相關(guān)指標(biāo)從而判斷孤島。目前該方法有基于混沌理論、基于人工免疫理論等多種人

39、工智能孤島檢測(cè)方法。這種檢測(cè)方法在檢測(cè)時(shí)需啊喲占用大量處理器資源，檢測(cè)復(fù)雜，故也未得到廣發(fā)應(yīng)用。綜上所述的幾種被動(dòng)孤島檢測(cè)的方法可以看出，被動(dòng)式檢測(cè)法對(duì)大電網(wǎng)無(wú)干擾，對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的輸出電能質(zhì)量也沒(méi)有影響，且容易實(shí)。但這類方法的缺陷是閾值的設(shè)定，閾值既要高于光伏并第 14 頁(yè)網(wǎng)發(fā)電系系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的值，又要小于孤島發(fā)生的值。所以存在較大非檢測(cè)區(qū)。另外公共耦合點(diǎn)端電壓諧波、光伏并網(wǎng)發(fā)電逆變輸出功率檢測(cè)參數(shù)需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜計(jì)算得出，這些計(jì)算誤差和計(jì)算時(shí)間對(duì)檢測(cè)會(huì)產(chǎn)生一定影響。3.3.1.23.3.1.2 主動(dòng)式檢測(cè)法主動(dòng)式檢測(cè)法主動(dòng)式檢測(cè)法是通過(guò)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)逆變器的控制信號(hào)中加入一定的電壓、電

40、流或者相位的擾動(dòng)。當(dāng)大電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，由于受大電網(wǎng)的制約，檢測(cè)不到擾動(dòng)的變化，但當(dāng)大電網(wǎng)出現(xiàn)故障即發(fā)生孤島時(shí)，光伏并網(wǎng)逆變器輸出的擾動(dòng)信號(hào)將會(huì)迅速累加并超出設(shè)定范圍，最終由孤島檢測(cè)電路來(lái)判斷。(1) 并網(wǎng)電流幅值擾動(dòng)法對(duì)并網(wǎng)電流幅值的控制加入固定周期的擾動(dòng)，通過(guò)檢測(cè)在擾動(dòng)過(guò)程中電網(wǎng)電壓的幅值是否變化，從而判斷出孤島效應(yīng)的發(fā)生。當(dāng)電網(wǎng)有電情況下，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)檢測(cè)到的交流電壓就是電網(wǎng)電壓，即 (3-6)cggVV此時(shí)，交流電流的擾動(dòng)不會(huì)影響電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。因此檢測(cè)到的交流電壓在擾動(dòng)前后保持恒定。在電網(wǎng)斷電情況下，光伏井網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)檢測(cè)到的交流電壓就是負(fù)載電壓，由負(fù)載阻抗和逆變器輸出電流決定，即

41、(3-7)cgloadacVZI故，當(dāng)交流電流突變擾動(dòng)情況下，檢測(cè)到的交流電壓為 (3-8)cgloadaccgVZIV式(3-8)中，擾動(dòng)的并網(wǎng)電流。acI由此，根據(jù)檢測(cè)交流電壓跟隨擾動(dòng)電流的變化來(lái)判斷是否發(fā)生孤島效應(yīng)，如若發(fā)生孤島則光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)停止工作。并網(wǎng)電流幅值擾動(dòng)法使用起來(lái)非常方便，并且對(duì)單臺(tái)并網(wǎng)逆變器可以可靠的檢測(cè)孤島效應(yīng)的發(fā)生。但是電流的擾動(dòng)會(huì)影響輸出電能的質(zhì)量，而且多臺(tái)逆變器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，其可靠性也隨之降低。(2) 插入阻抗孤島檢測(cè)法插入阻抗法相當(dāng)于主動(dòng)改變負(fù)載特性，從而影響孤島發(fā)生時(shí)的交流電壓的變化。通常插入電容器，電路如下 3-5 所示：第 15 頁(yè)逆變器負(fù)載光伏陣列大電

42、網(wǎng)電容器變壓器圖 3-5 插入阻抗孤島檢測(cè)法電路圖如圖所示，在電網(wǎng)通電時(shí)，逆變器交流輸出電壓為電網(wǎng)電壓，阻抗的插入不影響交流電壓的檢測(cè)。電網(wǎng)斷電時(shí)，交流電壓為： (3-9)invacloadVI Z：初始負(fù)載 。loadZ阻抗插入后的交流電壓為 (3-10)invacloadVI Z：插入阻抗后負(fù)載阻抗，：插入阻抗后交流電壓。loadZinvV由上式(3-10)，通過(guò)插入阻抗后交流電壓的改變來(lái)判斷孤島效應(yīng)。其中電容器可以補(bǔ)償無(wú)功，并且在時(shí)間要求不高的情況下，反孤島非常有效。但是電容器增加了系統(tǒng)的成本，響應(yīng)速度較慢，并且安裝起來(lái)非常復(fù)雜。(3) 頻率偏移孤島檢測(cè)法頻率偏移孤島檢測(cè)法是目前最常用的

43、一種主動(dòng)式孤島檢測(cè)方法，通過(guò)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)逆變輸出電流的一個(gè)周期中加入截?cái)鄥^(qū)間，使得小部分時(shí)間的電流強(qiáng)制歸零，從而破壞原來(lái)孤島系統(tǒng)中的無(wú)功平衡，這樣本地負(fù)載頻率會(huì)朝一個(gè)方向偏移，最終導(dǎo)致逆變輸出端電壓和電流超過(guò)頻率保護(hù)范圍而發(fā)生欠/過(guò)頻率保護(hù)。此孤島檢測(cè)方法檢測(cè)速度快，容易實(shí)現(xiàn)。但是其缺點(diǎn)是：當(dāng)主動(dòng)移頻造成公共耦合點(diǎn)端電壓和光伏逆變輸出電流的相位差和本地負(fù)載阻抗角相等時(shí)將很難檢測(cè)出孤島的發(fā)生。而且在多臺(tái)光伏并網(wǎng)逆變器并聯(lián)運(yùn)行的情況下，一定要讓光伏并網(wǎng)逆變器輸出頻率偏移方向一致，否則會(huì)造成逆變器間相互影響從而導(dǎo)致孤島檢測(cè)失敗。(4) Sandina頻率偏移孤島檢測(cè)法Sandin頻率偏移孤島檢

44、測(cè)法是通過(guò)對(duì)公共耦合點(diǎn)端電壓的頻率引入正向反饋，并在正向反饋的加速作用下實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)逆變輸出頻率在大電網(wǎng)斷開(kāi)時(shí)的加速偏移。這種方法對(duì)于無(wú)功功率較大的本地負(fù)載存在一定的檢測(cè)盲區(qū)，但是其檢測(cè)盲區(qū)較小。對(duì)于弱電網(wǎng)而言則會(huì)影響光伏發(fā)電系統(tǒng)整體的暫態(tài)響應(yīng)。第 16 頁(yè)3.3.23.3.2 外部孤島檢測(cè)法外部孤島檢測(cè)法外部孤島檢測(cè)法是在大電網(wǎng)側(cè)實(shí)現(xiàn)鼓搗檢測(cè)的方法，通過(guò)大電網(wǎng)與光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中光伏逆變器之間的通信來(lái)控制。外部孤島檢測(cè)方法實(shí)用性強(qiáng)、有較高的檢測(cè)效率，但需要在大電網(wǎng)上安裝相應(yīng)的配件，這樣成本就會(huì)提高。因此，這類方法比較適用于大功率光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的孤島檢測(cè)。(1) 電力載波通訊孤島檢測(cè)法電力載

45、波通訊孤島檢測(cè)法（Power Line Carrier Communication,PLCC）是把電力傳輸線路作為孤島檢測(cè)的通訊管道，如圖 3-6 所示，通過(guò)大電網(wǎng)側(cè)的發(fā)送器 T 發(fā)送低能量信號(hào)給用戶側(cè)公共耦合點(diǎn)的接收器 R，利用這個(gè)信號(hào)來(lái)檢測(cè)電力線路傳輸?shù)倪B續(xù)性。當(dāng)電力線載波通訊丟失后，接收器 R 會(huì)命令光伏并網(wǎng)逆變器停止工作，或自行打開(kāi)開(kāi)關(guān)使光伏并網(wǎng)逆變器和本地負(fù)荷及時(shí)脫離電網(wǎng)，避免在孤島狀態(tài)下繼續(xù)運(yùn)行。逆變器負(fù)載大電網(wǎng)接收器變壓器發(fā)送器PCCS1S2圖 3-6 電力載波通訊孤島檢測(cè)法電路原理圖電力載波通訊孤島檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)是在正常負(fù)載范圍內(nèi)不存在非檢測(cè)區(qū)域，檢測(cè)可靠性搞，對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器

46、的輸出電能質(zhì)量無(wú)影響，且對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)也沒(méi)有負(fù)面影響，同時(shí)還會(huì)提高運(yùn)行特性。即在任意容量、類型的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)下都能有效檢測(cè)孤島。缺點(diǎn)是主要是成本過(guò)高，在檢測(cè)時(shí)，大電網(wǎng)中必須有電力線載波通訊發(fā)送器，這種發(fā)送器價(jià)格昂貴，對(duì)于一般工業(yè)設(shè)備投資效益不合理。(2) SDP 孤島檢測(cè)方法SDP 孤島檢測(cè)方法（Signal Produced by Disconnect)是監(jiān)測(cè)配電室電網(wǎng)中所有使用光伏并網(wǎng)逆變器與大電網(wǎng)斷開(kāi)自動(dòng)重合閘和斷路器來(lái)判斷孤島。該方法也需要大電網(wǎng)與光伏并網(wǎng)逆變控制間通信，但不再采用電力線路作為通信管道，而是在大電網(wǎng)的斷路器和重合閘裝置中安裝信號(hào)發(fā)送器，當(dāng)斷路器和重合閘

47、裝置動(dòng)作時(shí)，則會(huì)發(fā)出孤島信號(hào)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是允許大電網(wǎng)對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器進(jìn)行控制，使兩者相配合。缺點(diǎn)是涉及較為復(fù)雜、成本高，且需要通信委員會(huì)的安裝許可等。若沒(méi)有信號(hào)放大器或中間繼電器，光伏并網(wǎng)逆變器很難對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行接收。(3) SCADA 孤島檢測(cè)法第 17 頁(yè)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控控制孤島檢測(cè)方法（Supervisory Contory and Data Acquisition）是利用數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控控制系統(tǒng)將光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與大電網(wǎng)之間連接斷路器的狀態(tài)傳輸?shù)焦夥⒕W(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的逆變控制器，當(dāng)檢測(cè)到斷路器狀態(tài)異常時(shí)，將光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與大電網(wǎng)斷開(kāi)。和 SDP 孤島檢測(cè)方法的有點(diǎn)相同，如果對(duì)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控控制系統(tǒng)適當(dāng)安裝且通信，這樣不會(huì)有檢測(cè)盲區(qū)，同時(shí)也會(huì)提高光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。但是其缺點(diǎn)也和 SDP 一樣，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控控制孤島檢測(cè)方法對(duì)于多臺(tái)光伏并網(wǎng)逆變器并聯(lián)運(yùn)行下并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。除了需要很多通信裝置，復(fù)雜的安裝之外，申