并網(wǎng)逆變器反孤島效應(yīng)策略

1、課程：新能源發(fā)電技術(shù)論文題目：花伏并網(wǎng)逆變器的反孤島效應(yīng)研究姓名：學(xué)號(hào)：班級(jí)：專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化光伏并網(wǎng)逆變器的反孤島效應(yīng)研究摘要：能源匱乏與環(huán)境惡化是各個(gè)國(guó)家將來都必須面對(duì)的問題。如今人類文明和科技快速發(fā)展，將會(huì)需要更多能源來維持國(guó)家各行各業(yè)的建設(shè)。如今使用的一次性能源也正在一天天面臨枯竭，所以必須找到新能源代替。光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，其可以將取之不盡的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。不僅解決了能源問題而且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成任何污染。但是隨著這種系統(tǒng)的運(yùn)用也帶來了很多問題，其中產(chǎn)生的孤島效應(yīng)對(duì)人們財(cái)產(chǎn)甚至生命造成威脅，本文主要描述了孤島效應(yīng)產(chǎn)生的原因以及會(huì)引起的后果和如何抑制孤島效應(yīng)。關(guān)鍵詞：光伏；并網(wǎng)

2、；逆變器；反孤島效應(yīng)策略;1 .孤島效應(yīng)孤島效應(yīng)產(chǎn)生原因及后果：是指當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)因短路故障或其他原因停止供電時(shí)，用戶端的并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)仍處于工作狀態(tài)，這使得逆變器周圍的電網(wǎng)仍然處在供電狀態(tài)不受發(fā)電廠的控制。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)處在這種狀態(tài)時(shí)將對(duì)人們的生產(chǎn)生活造成嚴(yán)重的危害：(1)發(fā)電機(jī)無法調(diào)控孤島中的電能指標(biāo)如頻率，電壓等，若電壓和頻率等超過用電裝置的額定范圍內(nèi)，嚴(yán)重時(shí)可能使用電裝置無法正常使用。(2)如果用電容量超過并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電容量時(shí)，并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)就會(huì)超負(fù)荷運(yùn)行，有可能使得發(fā)電裝置出現(xiàn)故障。(3)此時(shí)和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)連接的網(wǎng)絡(luò)仍會(huì)帶有電流，這會(huì)對(duì)檢修人員的安全造成威脅，同時(shí)使得電網(wǎng)的安全性降低。(

3、4)將孤島進(jìn)行閉合操作時(shí)會(huì)引起該線路再次跳閘，甚至有可能會(huì)損壞并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)或其他相關(guān)裝置。因此，光伏并網(wǎng)逆變器具有孤島檢測(cè)和反孤島的功能是很有必要的。在并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，基于并網(wǎng)逆變器的反孤島策略主要分為兩類：第一類稱為被動(dòng)式反孤島策略，如不正常的電壓和皮頻率。第二類稱為主動(dòng)式反孤島策略，如頻率的偏移和輸出功率的擾動(dòng)等2 .基于并網(wǎng)逆變器的被動(dòng)式反孤島策略1.基于相位跳變的反孤島策略相位跳變反孤島方案主要是利用并網(wǎng)逆變器兩端電壓和輸出電流之間的相位差來檢測(cè)是否產(chǎn)生孤島效應(yīng)。為了使得單位功率因數(shù)正常運(yùn)行，正常情況下逆變器裝置總是能控制并使輸出電流與電壓同相，但是跳閘后逆變器的電壓將不會(huì)和電網(wǎng)有什么

4、關(guān)聯(lián)，這時(shí)逆變器端電壓的相位也要突變。因此我們可以得到，當(dāng)并網(wǎng)逆變器的端電壓與輸出電流間相位差的突然變化是，這就表明主電網(wǎng)已經(jīng)跳閘。當(dāng)與電網(wǎng)連接時(shí)，并網(wǎng)逆變器通過檢測(cè)電網(wǎng)的電壓上升或下降到零點(diǎn)，主要利用鎖相環(huán)可以使電網(wǎng)電壓與逆變器輸出電流同步。電網(wǎng)跳閘時(shí)，因?yàn)槟孀兤鞯亩穗妷簎和電網(wǎng)已經(jīng)切斷，此時(shí)逆變器輸出電流i跟隨逆變器鎖相環(huán)提供的波形保持不變，這必然會(huì)導(dǎo)致逆變器端電壓的相位突然跳變，此時(shí)inv和ua的相位波形如圖所示。相位差L00.S0.60.40.2i0-0.2|L0liir-r-r1-1加島效應(yīng)發(fā)生腦電尿跳變（實(shí)纜）000020,0040Q060儂0,010,0120.0140.018&

5、gt;02時(shí)間/號(hào)因?yàn)橹挥性谠趗a的過零點(diǎn)處inv和ua才能同步，而在過零點(diǎn)時(shí)，并網(wǎng)逆變器最多相當(dāng)于工作在開環(huán)模式。當(dāng)電網(wǎng)跳閘時(shí)，輸出電流為不變的參考相位，因?yàn)榇藭r(shí)頻率仍然保持不變,所以負(fù)載的阻抗角和電網(wǎng)跳閘前仍然是一樣，于是逆變器的端電壓ua將產(chǎn)生一個(gè)新的相位,顯然端電壓ua,變化后,inv和ua的相位差和負(fù)載的阻抗角相等，即卯口ad=arctanrIt-=arctan°”叫從圖分析不難發(fā)現(xiàn)，在逆變器端電壓ua發(fā)生跳變的下一個(gè)過零點(diǎn)，inv和ua新的相位差便可以用來檢測(cè)孤島效應(yīng)。如果相位差比相位跳變方案中規(guī)定的相位平也：值大，并網(wǎng)逆變器就會(huì)停止運(yùn)行；礴/<Mh但若則孤島效應(yīng)不

6、會(huì)被檢測(cè)出來，即進(jìn)入不可檢測(cè)區(qū)基于并網(wǎng)逆變器的主動(dòng)式反孤島策略主動(dòng)頻移反孤島策略一AFD方案1.工作原為了解決單獨(dú)使用過/欠頻率OFP/UFP反孤島策略的缺點(diǎn)，研究人員最初提出了主動(dòng)頻移反孤島策略一一AFD方案AFD方案屬于主動(dòng)式反孤島策略方案的一種，這種主動(dòng)頻移反孤島策略的原理主要是利用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)向電網(wǎng)注入已經(jīng)變形的電流.以形成一個(gè)連續(xù)改變頻率的趨勢(shì)。當(dāng)連接有電網(wǎng)時(shí)，頻率是不可能變化的。但是一旦與電網(wǎng)分離后，逆變器輸出端電壓u的頻率就會(huì)被強(qiáng)迫向上或向下偏移，利用此原理檢測(cè)孤島是否發(fā)生。經(jīng)常用執(zhí)行向上頻移的方案是向電網(wǎng)注人已經(jīng)變形的電流，就是在正弦波中插人一些死區(qū)可以使得電流波形畸變，如下圖

7、所示，給出正弦波來作為對(duì)照，可以看到并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的輸出電流波形的頻率也會(huì)被提高。在前半個(gè)周期內(nèi)，并網(wǎng)光伏系統(tǒng)輸出電流的頻率仍然有點(diǎn)高于電網(wǎng)頻率，當(dāng)輸出電流為零時(shí)，電流頻率會(huì)保持tz一直到后半周期的起始點(diǎn)；而在后半周期,當(dāng)輸出電流再次經(jīng)過零點(diǎn)時(shí)，其頻率將會(huì)保持一段時(shí)間。而對(duì)于阻性負(fù)載，電壓響應(yīng)將跟隨失真的電流波形，會(huì)比純正弦激勵(lì)的響應(yīng)更短的時(shí)間到過零點(diǎn)，如下圖所示，當(dāng)孤島效應(yīng)發(fā)生時(shí)，ua的上升過零點(diǎn)比期望的會(huì)提前到達(dá)，所以u(píng)a和ipv之間的相位誤差就會(huì)增加，這就會(huì)使得并網(wǎng)光伏逆變器繼續(xù)檢測(cè)到頻率誤差并且再次增加ua的頻率，這種情況會(huì)一直持續(xù)，直到頻率偏移非常大足以觸發(fā)過/欠頻率保護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)了主

8、動(dòng)頻移反孤島保護(hù)。但是，對(duì)于并聯(lián)RLC負(fù)裁，AFD可能存在不可檢測(cè)區(qū)，分析如下:不妨設(shè)負(fù)裁阻抗角p<0,即負(fù)載呈阻容性，而負(fù)載的阻容性會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)跳閘時(shí)逆變器輸出端的頻率向下偏移，因此在孤島發(fā)生后的第k個(gè)周期，若負(fù)載阻抗角p的滯后作用和頻率差的超前作用相抵消，且此時(shí)頻率和電壓未超出預(yù)設(shè)閾值那么，系統(tǒng)將無法生。同理，對(duì)于負(fù)頻且p>0的情況，也似的問題。檢測(cè)到孤島的發(fā)率偏移AFD方案會(huì)存在與上述類滑模頻率偏偏移法主動(dòng)頻率偏移法是基于頻率的偏移擾動(dòng)，即在逆變器的輸出電流中插入死區(qū)來擾動(dòng)電流頻率以達(dá)到孤島檢測(cè)之目的。然而這種基于頻率擾動(dòng)的主動(dòng)頻移法在多個(gè)并網(wǎng)逆變器運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生稀釋效應(yīng)而導(dǎo)致

9、孤島檢測(cè)的失敗。為克服這-不足，可以考慮采用基于相位偏移移擾動(dòng)的滑模頻率漂移反孤島策略(SlipMdeFrequencyShift)。滑膜頻移反孤島方案對(duì)并網(wǎng)逆變器輸出電流電壓的相位運(yùn)用正反饋使相位偏移進(jìn)而使頻率發(fā)生偏移的方案，而電網(wǎng)頻率則不受反饋的影響。在滑模頻移反孤島方案中，并網(wǎng)逆變器輸出電流的相位定義為前一周期逆變器輸出端電壓頻率f與電網(wǎng)頻率fg偏差的函數(shù)即頻率/Hz錮害？!哭出盛盛密式中fm最大相位偏移發(fā)生時(shí)的頻率。因?yàn)椴⒕W(wǎng)逆變器工作在單位功率因數(shù)正弦波控制模式，所以端電壓與并網(wǎng)逆變器輸出電流之間相位差最終會(huì)為零。但是在滑模頻移方案中并網(wǎng)逆變器的電流電壓相位與電壓ua的頻率有關(guān)，這就會(huì)

10、使得并網(wǎng)逆變器的電流電壓相位響應(yīng)曲線變化得比阻抗角的響應(yīng)曲線還要快，如圖所示，這將把電網(wǎng)頻率fg變成一個(gè)不穩(wěn)定的工作點(diǎn)。因?yàn)殡娋W(wǎng)有固定的相位和頻率參考所以會(huì)使工作點(diǎn)在電網(wǎng)頻率fg附近，一旦電網(wǎng)脫離后，負(fù)載和頻率的交點(diǎn)將變成阻抗角響應(yīng)曲線與逆變器相位響應(yīng)曲線的交點(diǎn)。下面利用圖中單位功率因數(shù)負(fù)載的阻抗角響應(yīng)曲線來詳細(xì)分析，當(dāng)電網(wǎng)連接時(shí)，并網(wǎng)逆變器的頻率工作點(diǎn)B(頻率是50Hz,相位差為0)。當(dāng)與電網(wǎng)斷開時(shí)，當(dāng)ua的頻率由于其他原因變化超過50Hz時(shí)，由于逆變器的響應(yīng)使得相位差增加，例如孤島效應(yīng)系統(tǒng)中的頻率向上變化時(shí)因?yàn)榛ｎl移方案對(duì)相位是正反饋，所以并網(wǎng)逆變器反而加快了輸出電流的頻率，這就是所謂的

11、正反饋的機(jī)理,將導(dǎo)致典型的不穩(wěn)定。由于并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)頻率處的不穩(wěn)定會(huì)加強(qiáng)擾動(dòng)，將會(huì)使系統(tǒng)到達(dá)一個(gè)新的工作點(diǎn)，是A點(diǎn)還是C點(diǎn)將由擾動(dòng)的方向來決定。如果并網(wǎng)逆變器電流電壓相位響應(yīng)曲線對(duì)RLC負(fù)載來說，設(shè)計(jì)得很合理，那么A點(diǎn)或C點(diǎn)的頻率將超出頻率的正常工作范圍，并網(wǎng)逆變器將會(huì)停止運(yùn)行。結(jié)論本文主要描述了孤島效應(yīng)產(chǎn)生的原因，危害以及抑制孤島效應(yīng)的策略。抑制孤島效應(yīng)的策略中包含相位跳變方案，主動(dòng)式頻移方案，滑模頻移方案。相位跳變方案。相位跳變方案比較容易實(shí)現(xiàn)且相位跳變不會(huì)對(duì)電能的質(zhì)量產(chǎn)生影響，和并網(wǎng)逆變器并聯(lián)是也不會(huì)產(chǎn)生稀釋效應(yīng)。但該方案很容易產(chǎn)生誤動(dòng)作，給實(shí)際應(yīng)用帶來影響。主動(dòng)式頻移方案容易實(shí)現(xiàn)，在純阻性負(fù)載時(shí)可以阻止持續(xù)的孤島效應(yīng)。但頻率偏移降低了電能的質(zhì)量，不連續(xù)的電流波形會(huì)產(chǎn)生諧波干擾，且阻抗性的負(fù)載會(huì)影響其頻率頻率偏移特性造成頻移方案失效。滑模頻移方案容易實(shí)現(xiàn)而且可以消除NDZ和逆變