《孤岛检测方法中主动频率偏移法的分析研究综述》2500字

i孤岛检测方法中主动频率偏移法的分析研究综述在所有的孤岛检测方法中，被动法的检测阈值难以设定而且检测盲区比较大，因此经常不去独立使用，通过与主动检测法相结合完成检测目的。主动式检测方法是将电压，频率等扰动信号主动假如光伏发电系统之中，正常运行的情况下，这些扰动对由于电网的牵制作用将不会有太大的变化不影响电网的稳定。当发生孤岛效应以后，这些主动加入的扰动信号将会被放大数倍，使得电网不可以稳定运行，此时不论是检测人员还是电器设备都将会造成损害，重者将会危及人的生命安全。所以我们必须在孤岛发生后迅速的检测出孤岛现象避免造成更多的伤害。常见的主动检测法中因为主动频率偏移法（AFD）容易实现而且在生活中也比较常见，而该方法主要依据与增加扰动来检测并且检测相对与比较迅速而且检测盲区相对比较少。接下来本章将对从孤岛检测的盲区入手，再从主动频率偏移法的工作原理，接着从matlab/simulink中进行仿真验证来分析其结果的使用性。孤岛检测盲区分析孤岛检测盲区是指我们所检测的一定范围内，该种方法会引起检测失败，并且不能够迅速有效的检测出孤岛现象，如图4.1所示，因此NDZ可以作为评价孤岛检测方法的一种检测标准。NDZ值越小，孤岛检测方法越准确，然而在实际应用中NDZ也不能太小，否则将会引起检测的误判断。图4.1孤岛检测盲区示意图由上图可以看出，根据负载功率，与分布式光伏发电电源输出功率,的不匹配度,以及设定的孤岛检测盲区范围可以确定电压频率和幅值的阈值。图4.1还可以从另外一方面说明采用过/欠电压（OUV），高/低频率（OUF）保护的孤岛检测方法存在弊端，落在图中NDZ范围内该种检测方法可以说是失效的，不能检测出孤岛状态，因此必须与其他孤岛检测方法相互配合。主动频率偏移法检测原理光伏发电系统连接市电工作时逆变器侧输出电流可表示为REF_Ref22865\r\h[12]：（4.16）从公式（4.16）可以看出，只需要改变电流幅值I、频率和相角三个变化量中的任何一个，都会使得输出电流发生变化。如果我们对三个变量中任意选取一个量，并且给其施加一个周期性变化的扰动信号，当市电网络正常工作时该扰动不会对电网质量产生影响，但是当市电断开后，这些扰动会使得公共连接点处的频率，角速度发生变化，如果这些变化的范围超过我们所设定的阈值，则将会引起孤岛检测的发生。AFD法其实就是改变式（4.16）中的频率，将DC侧输出电流在原有频率上添加一个值为的扰动信号，由于添加了扰动所以其输出的波形将不在是原有的标准的正弦波，而是出现了一段零点流，这段零点流所经过的时间称为死区时间，这一扰动会将会使得PCC处将会产生改变，根据变化的范围，判断其是否超出我们所设定的频率范围，即可鉴别出是否处于孤岛状态。施加扰动后逆变器AC侧输出电流波形如图4.2所示，表达式为：（4.17）通过公式（4.17）来控制光伏逆变器侧值的输出，这样会引起此时所采集的输出电流比我们之前所采集的前一个时刻的采样电压波形将会提前到达零点值，然后该段零点电流将会保持一段时间输出，等待电压波形过零点后二者同时进行下一个周期输出。下图4.2中，是一个正常情况下的电网电压波形，表示逆变器侧所输出的电流波形，表示这两个波形过零点时所等待的时间差值。定义斩波时间cf，电流电压之间的相位差为：（4.18）由于可以表示为：（4.19）所以相应的可以表示为：（4.20）如果市电网络处于正常的工作情况时，则PCC点处的电压与电流将不会出现相位差，换句话说就是保持着相位不变继续稳定运行，相反如果系统只有DG电源单独向负载供电，则逆变器侧输出电压就会跟随电流频率的改变做出不断的调整，一直工作到超出孤岛所设定的频率限值，判定其为孤岛现象。其工作流程图如图4.3所示。图4.2AFD工作原理图图4.3AFD工作流程图主动频率偏移法仿真及结果分析利用matlab/simulink进行仿真模型的搭建，其该模型主要由直流电源代替DG系统，也称为分布式光伏发电系统，该系统由逆变器，断路器，市电，负载和孤岛检测部分组成。电路连接结构主要分为主电路和控制电路，其中主电路如下图4.4所示。图4.4主动频率偏移法主电路结构仿真原理图该主电路中包括PLL锁相环，AFD法的s函数以及PI控制等器件组成，PLL中最小频率设置为49.5Hz,通过PLL锁相环输出频率和相位，交给AFD程序判别是否发生孤岛效应，将其理论输出值与控制电路中实际检测值做出比较分析，然后通过PI控制调节静差率，使得静差率趋于0，其中PI控制中参数设置为，。图4.4中的afdpf模块主要为图4.3的流程图通过matlab编译成S函数（见附件），只有将S函数和仿真原理图相结合才能判断出孤岛效应所需的时间。主动频率偏移法控制回路仿真原理图如图4.5所示。图4.5主动频率偏移法控制电路仿真原理图该控制电路中，我们用直流电源代替光伏发电系统，其直流电压为360V，电网电压为380V，频率为50Hz,负载电阻为5，L=3mH,设置的总仿真时间为0.6S，我们设置断路器在0.2S时刻断开来模拟孤岛的产生。最后经过仿真来判断当断路器断开后最短时间内可以检测到孤岛效应，以此反应此种方法的检测速度。整体电路图如图4.6所示。图4.6主动频率偏移法孤岛检测仿真模型其主要工作原理为，我们起初将设定的频率，电压，相位参数放于afdpf的S函数中，作为我们的理论值。将直流电源输出电流，电压交给逆变器转换为交流电，经过滤波电路进行滤除，我们将采集到的实际值与最初设定的理论值作比较，再将差值交给PID通过调节使其达到一种无静差的结果，将其输出值通过前馈反馈给控制电路由电流表进行数据采集。最终通过波形来判断其当短路器断开以后到系统检测出孤岛所需要的检测时间。其仿真结果如图所示。图4.7并网点电压波形从图中可以看出当0.2S时刻断路器断开形成孤岛，断开电网前后电压变化不太明显，但是经过一段时间后电压逐渐减小直至为零。该状态一直持续到仿真结束。而之所以选取调节后的前馈1/4电压是因为当实际生活中系统进行工作时当时刻所采集的电压不能立即参与比较，而必须利用到上一个周期的1/4数据来进行比较，该操作目的是让其结果更符合实际情况。图4.8逆变器侧输出电流波形图4.9并网电压频率波形由图4.8，图4.9可以看出当断路