光伏发电并网系统主动式孤岛检测方法研究

摘要

随着世界能源的日益紧张以及全球环境污染问题的愈演愈烈，可持续清洁能源的开发与利用成为了世界发展的必然趋势。光伏能源作为目前公认的最理想的“新能源”，其主要的应用途径之一就是光伏并网发电。光伏发电的并网接入为电网与光伏系统的控制、保护带来了诸多难题。孤岛检测作为光伏系统稳定安全并网的必要保护措施，是光伏发展的研究焦点之一。本文以光伏并网的主动式孤岛检测算法为研究方向，主要从主动式频率偏移检测方法(Active Frequency Drif，AFD)的设计、孤岛信号特征的分析、光伏发电并网的系统结构与仿真模型的搭建等方面对其进行探索与研究。
　　首先，介绍了国内外光伏发电并网以及孤岛检测的发展与现状，阐述了孤岛检测的目的与意义，总结说明了孤岛检测方法的分类与特性。确立了主动式频率偏移方法为本文的主要研究对象。
　　其次，简要介绍了孤岛产生与检测的原理，对评估检测性能的标准进行了分析与说明，根据光伏并网系统的特性与控制原理，运用Simulink设计搭建了5kW的单相光伏发电并网模型，作为研究孤岛检测算法的实验平台。
　　进而，通过分析带正反馈的主动频移(Active Frequency Drift with Positive Feedback，AFDPF)算法原理、检测盲区以及各参数对AFDPF算法检测性能的影响，改进设计了一种无盲区的参数自适应AFDPF算法。通过多种负载条件的对比仿真实验，证明了参数自适应AFDPF算法的有效性，并且对参数自适应AFDPF算法无盲区、低电能污染的特性做出验证。
　　最后，利用小波包变换分析并网电压信号中的孤岛特征，设计将小波包提取的特征量作为引入参数自适应AFDPF检测算法的预判条件，给出了一种小波包与频率偏移相结合的检测算法，通过对不同负载条件的多次实验以及多种非孤岛电网扰动情况的仿真模拟，验证了该检测算法的优越性与抗干扰性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 光伏发电发展现状

1．2 光伏并网孤岛检测意义

1．2．1 光伏并网孤岛效应的产生

1．2．2 孤岛检测的目的与意义

1．3 光伏孤岛检测方法的发展概况

1．4 本文的主要工作

第2章 并网模型与孤岛检测基本原理

2．1 孤岛效应原理与检测性能评估标准

2．1．1 孤岛检测机理

2．1．2 孤岛检测盲区分析

2．1．3 孤岛检测的国内外标准

2．1．4 孤岛检测电能质量要求

2．2 单相光伏并网模型建立

2．2．1 光伏电池模型与控制

2．2．2 逆变电路模型

2．2．3 并网控制模型

2．3 单相光伏并网模型与仿真

2．4 本章小结

第3章 主动频移孤岛检测方法与研究

3．1 主动频移检测算法分析

3．1．1 主动频移检测算法原理

3．1．2 引入正反馈的主动频移检测算法

3．1．3 主动频移法检测盲区分析

3．2 基于参数自适应的改进AFDPF算法

3．2．1 正反馈系数k

3．2．2 电压电流相角同步周期

3．2．3 正反馈的频率偏差函数

3．2．4 改进的参数自适应AFDPF算法设计

3．3 仿真分析

3．3．1 PA-AFDPF算法与定向AFDPF算法对比仿真分析

3．3．2 不同负载品质因数下PA-AFDPF算法的无盲区仿真验证

3．4 本章小结

第4章 小波包与频率偏移相结合的主动检测法

4．1 基于小波包变换的孤岛信号分析

4．2 基于小波包相对对数能量熵的孤岛特征提取

4．2．1 小波包相对对数能量熵在孤岛信号分析中的应用

4．2．2 功率不平衡条件下孤岛特征量的提取与分析

4．2．3 非孤岛扰动与孤岛状态的特征量对比分析

4．3 小波包与频率偏移结合的孤岛检测算法

4．4 仿真验证

4．4．1 不同负载条件的仿真分析

4．4．2 非孤岛扰动的仿真分析

4．5 本章小节

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢