基于AFD主动有源频率偏移法的分布式发电孤岛检测方法研究

杨锴

摘 要：能源危机日益加重，分布式发电系统（例如风力发电、太阳能光伏发电等）广泛应用，孤岛效应对系统造成很大的危害，因而倍受重视。本文主要研究的是分布式发电中基于光伏并网逆变器的孤岛效应检测方法，本文选择了有源频率偏移法来重点研究，最后通过Matlab Simulink软件仿真，通过仿真曲线来说明该方法保护孤岛运行下分布式发电系统的实用性和有效性。

关键词：分布式发电；光伏并网；有源频率偏移法

中图分类号：TM65 文献标志码：A

0 引言

分布式发电具有分散、随机变动等特点，大量的分布式电源的接入，将对配电系统的安全稳定运行产生极大的影响。孤岛效应是一种电气现象，发生在一部分的电网和主电网断开，而这部分电网完全由光伏系统来供电。在国际光伏并网标准化的课题上这仍是一个争论点，因为孤岛会损害公众和电力公司维修人员的安全和供电的质量，在自动或手动重新闭合供电开关向孤岛电网重新供电时有可能损坏设备。

1 有源频率偏移法

有源频率偏移检测法（Active Frequency Drift，AFD）是目前一种常见的主动扰动检测方法。这种方法的原理是通过并网光伏系统向电网注入略微有点变形的电流，以形成一个连续改变频率的趋势。当连接有电网时，频率是不可能改变的。而与电网分离后，逆变器输出电压va的频率强迫向上或向下偏移，以此检测孤岛的发生。常用执行向上频移的方法是向电网注入略微变形的电流，即在正弦波中插入死区。实际应用中，主动式频移方法都是通过插入固定的死区tz来实现，也可通过强迫电流频率总比前一周期的电压频率快δf（也称为恒频率偏移）来实现。注意tz和δf的选取要满足电流总谐波失真THDi<5%的要求。

2 软件实验仿真

本次仿真采用的软件是Matlab Simulink。

电网电压有效值为220V，频率为50Hz；开关管采用IGBT，并网逆变器输出功率2kW，如果负载呈容性，AFD法因DNZ的存在可能会失效，为了使模型简单化，让负载呈纯阻性，电容和电感的参数要达到并联谐振，谐振频率为ω=100rad/s，根据公式（1）并联RLC负载分别为R=24Ω，L=0.03H，C=338μF，达到负载谐振频率为50Hz。

图1中AC电源看成是电网，电压有效值值为220V，DC电源看成是光伏电池。电压值为310V，断路器本来是闭合的，通过阶跃信号在0.1s时断开，示波器1输出的是监测点的电流和电压波形，示波器2输出的是扰动电流与电压的单位正弦波形。Kp参数为80，Ki参数為200，经过仿真，Kp只要是一个不是太大的正值就行了，50～150都可以，Ki完全可以设为0，即图中PID控制器可以直接换成放大器。单相锁相器（PLL）输出电压的频率和相位，S-Function是扰动电流频率偏移和检测孤岛的函数。

图2是示波器1的仿真结果。

仿真时间一共0.3s，断路器在0.1s时断开，可以看到波形在0.1s前是正常工作的，在0.1s后开始畸变，然后在0.14s时逆变器不工作，输出电流为0，电压也慢慢降低到0。

示波器2的仿真结果，电流频率偏移，导致电流频率比电压频率稍高，在并网的情况下，因为电网的存在，电流的频率偏移不会导致系统电压频率变化，但断路器断开以后，电流频率偏移导致电压频率变化，反孤岛函数就可以检测出孤岛效应，继而让逆变器不工作，保护系统，如图3所示。

结语

本文对孤岛的产生、检测及保护进行了Matlab Simulink建模及其仿真，给出仿真实验结果，验证了提出的孤岛模型的正确性和采用AFD孤岛检测法的快速性和有效性。

参考文献

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