三相并网逆变器的孤岛检测研究

摘要

分布式发电系统中，太阳能、风能等通过电力电子变换后并入电网，然而当电网由于某种原因发生故障而中断供电时，分布式发电系统脱离电网后仍继续向负载供电，这种现象就称为孤岛效应。当孤岛发生后，分布式发电装置和本地用电设备可能会因为频率和电压失控而损坏，同时也会危及到检修人员的生命安全。因此必须及时检测到孤岛发生，使逆变器停止工作尤为重要。
　　首先，本文建立了三相逆变器的数学模型，在此基础上分析了孤岛检测的基本原理，介绍了几种最常见的孤岛检测方法，其中被动检测没有加入任何扰动，所以不会对电能质量造成任何影响，但其存在较大的检测盲区；主动检测法是在逆变器输出端加入扰动，其会减小或消除检测盲区，但加入的扰动会对电能质量造成一定的影响，通常被动检测和主动检测方法结合使用。
　　其次，本文针对有功电流扰动的孤岛检测进行了研究，通过分析有功电流与公共耦合点(PCC)电压的关系，可知加入适当的有功电流扰动就会使PCC电压触发孤岛检测的过压/欠压(OVP/UVP)保护。恒值电流扰动在负载不匹配时存在检测盲区，而且有功电流的持续注入，会影响逆变器的寿命或效率；周期电流扰动虽不存在检测盲区，但其存在负载不匹配时加入扰动量过大的问题；针对前两种电流扰动存在的不足，本文进行了自适应有功电流扰动的分析，其能够根据负载的实际情况自适应地加入电流扰动，使PCC点电压恰好触发孤岛检测的过压/欠压保护。相对于周期扰动而言，其在扰动量和扰动时间方面都有所减小，而且不存在检测盲区。本文通过MATLAB/Simulink软件，对三种有功电流扰动的方案进行了仿真对比，仿真结果验证了理论分析的正确性。
　　最后，搭建了以TMS320F2812DSP为控制核心的三相并网逆变器系统平台，在此平台上对三种有功电流扰动的孤岛检测方法进行了验证。实验结果表明，相比基于恒值电流扰动和周期电流扰动的孤岛检测方法，自适应电流扰动法能根据PCC点电压自适应地加入扰动量的大小，扰动时间也有所减小，且不存在检测盲区。