基于希尔伯特—黄变换算法的微电网孤岛检测方法研究

摘要

孤岛(Islanding)现象是指当电网系统失去传统集中供电方式的支撑后，区域内的本地负载功率由分布式发电系统供给的独立运行状态。
　　孤岛现象可能会引起二次重合闸，甚至对微电网系统、负载和供电系统带来损坏。因此，为保证电力系统安全稳定运行，确保电能质量，需要及时检测出孤岛状态，并将分布式发电系统从公共耦合点(Point of common coupling，PCC)断开或者优化分布式发电系统的组合和供电模式继续对负荷进行供电。
　　微电网孤岛现象的检测是并网逆变器系统的重要功能之一，自动切断或者重新优化分布式发电系统的过程也是以孤岛检测为前提的，检测性能的好坏直接影响设备的安全运行以及微电网技术的推广与应用。本文总结现有微电网孤岛检测方法的基础上，把时频分析方法移植应用在孤岛检测课题，提出基于希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform，HHT)算法的被动检测法。主要原理是通过对公共耦合点处电压信号进行微观分量（微电网由并网到孤岛切换过程中电压信号高频谐波分量）的提取和识别。主要依据是电能质量在公共耦合点逆变器端和主网端不相等原理，随着微电网并网状态切换到孤岛状态的过程，电能质量的谐波成分会更加凸显。
　　具体方法实施首先是PPC点电压信号经验模态分解(Empirical Mode Decomposition，EMD)和Hilbert变换，然后是计算奇异点的位置坐标，确定孤岛现象产生时刻。应用PSCAD/EMTDC和MATLAB/SIMULINK软件，仿真光伏分布式发电系统，实现并网运行与孤岛运行的平滑切换。人为设定多种试验条件下，例如，电网电压暂降，多类型负载运行、负荷的投切等，最终仿真的结果验证了HHT算法应用于微电网孤岛检测问题的有效性与准确性，能够迅速检测到孤岛现象。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的目的和意义

1．2 课题研究背景

1．3 孤岛现象检测在国内外研究的现状及分析

1．4 课题的来源及主要研究内容

第2章 微电网及孤岛效应

2．1 微电网

2．1．1 微电网定义、结构及特点

2．1．2 微电网运行模式及控制策略

2．2 孤岛效应

2．2．1 计划孤岛效应和非计划孤岛效应

2．2．2 防孤岛效应策略和孤岛效应运用

2．3 孤岛检测标准及检测基本原理

2．3．1 孤岛检测标准

2．3．2 孤岛现象检测的基本原理

2．3．3 孤岛检测有效性指标

2．4 孤岛检测方法

2．4．1 被动检测法

2．4．2 主动检测法

2．4．3 开关状态检测法

2．5 本章小结

第3章 希尔伯特-黄变换算法

3．1 Hilbert-Huang变换基本理论

3．1．1 瞬时频率

3．1．2 IMF固有模态函数

3．1．3 三次样条插值

3．2 EMD经验模态分解法

3．2．1 EMD方法筛分过程

3．2．2 固有模态函数判据的选择

3．2．3 EMD方法中的端点效应问题

3．3 Hilbert变换

3．3．1 信号Hilbert谱与Hilbert边际谱

3．3．2 电压瞬时幅值求取与分析

3．4 突变信号的奇异点求取与分析

3．5 基于HHT电压谐波信号的仿真与分析

3．5．1 谐波检测理论

3．5．2 HHT谐波检测优势分析

3．5．3 电压信号复合扰动的仿真与分析

3．6 本章小结

第4章 基于希尔伯特-黄变换算法的孤岛现象检测

4．1 光伏DG的原理与仿真

4．1．1 光伏电池原理与仿真

4．1．2 最大功率点跟踪控制模型原理与仿真

4．1．3 光伏DG并网逆变器仿真模型

4．1．4 光伏DG的系统仿真

4．2 基于希尔伯特-黄变换算法的谐波分析

4．2．1 HHT算法与电压型逆变器谐波分析的关系

4．3 仿真实验描述及孤岛检测方法步骤

4．4 并网实验平台数据仿真结果分析

4．4．1 非检测区域内的传统检测方法的结果分析

4．4．2 多种类型负荷条件下HHT孤岛检测方法的仿真与分析

4．5 本章小结

结论

参考文献

附录1

附录2

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢