孤岛检测在光伏发电并网系统中的应用

摘要

随着电力行业的飞速发展,利用地方性可再生能源进行电力生产的分布式发电成为一种新的电力电源技术。其中,光伏发电并网系统具有不消耗燃料、无污染、安全可靠及维护简单等优点而倍受青睐。 光伏发电并网系统出现了反向输送电能,孤岛现象成为最主要的话题之一。由于孤岛效应给电网的运行带来了危害,反孤岛效应的方法研究具有十分重要的意义。文章提出了在研究孤岛检测中涉及到的诸多概念,概述了国际上针对这种技术出台的各种标准,提出了评价孤岛检测算法性能的评估方法-即检测盲区的绘制,同时总结了国内外已应用于光伏发电并网系统的几种常见孤岛检测方法及各自的优缺点。 本课题以单相光伏发电并网系统为基础,简化了常用于光伏发电并网系统中的控制策略,在SIMULINK仿真平台上建立了单相光伏发电并网系统,为反孤岛算法研究奠定基础。仿真结果表明,逆变器工作于单位功率因数正弦波控制模式,最大程度地为负载提供有功功率。在此基础上,文章参考目前已有的国内外孤岛检测方法,针对被动法和主动法对孤岛检测方案都进行了改进。 本文所提被动法基于并网公共点处电压、频率的检测,除了传统的过/欠电压、过/欠频率法以外,引入了频率变化率的检测方法。整个算法参考了IEEE的技术标准,合理选取参数。由于对电路的分析基于功率流,算法检测盲区用ΔP×ΔQ坐标轴系绘制,发现在保持被动法本身的优点同时,还可以减少检测盲区,提高算法的有效性。 本文改进的主动法基于已有的主动频率偏移法,增加了先判断电压频率的变化趋势,后周期性地施加斩波率的步骤,打破孤岛运行时可能存在的功率平衡。文章不仅对算法的原理和涉及的诸多参数进行了详细的说明,对算法的流程也给出了详细的文字和图片说明。由于主动法脱离了功率流,检测盲区的绘制基于L×C_(norm)坐标系。仿真结果表明,改进后的主动法不仅可以减少检测盲区,加快检测速度,还能最大程度地减少注入电网电流的总的谐波畸变率。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1分布式发电系统总述

1.1.1分布式发电系统产生背景

1.1.2分布式发电系统概念

1.1.3分布式发电系统的发展前景

1.2光伏并网发电简介

1.2.1光伏并网发电——太阳能利用方法之一

1.2.2国内外光伏并网发电的发展趋势

1.3孤岛效应问题

1.3.1孤岛效应问题的产生

1.3.2国内外的反孤岛问题研究现状

1.4课题研究内容及主要解决问题

1.5论文的结构安排

第2章研究孤岛效应涉及的若干问题

2.1孤岛效应发生的原理及危害

2.1.1孤岛效应发生的原理

2.1.2孤岛效应带来的危害

2.2反孤岛测试电路中的负载品质因素Qf

2.3孤岛检测内容研究

2.3.1孤岛检测方法国内外研究现状

2.3.2孤岛效应相关国际标准

2.3.3反孤岛运行的检测盲区表示方法

第3章光伏发电并网系统孤岛检测方法

3.1基于通信的孤岛检测方法

3.1.1传输断路器跳闸信号

3.1.2电力线路载波通信

3.2基于并网逆变器的本地检测法

3.2.1基于逆变器的被动检测法

3.2.2基于逆变器的主动检测法

3.3本章小结

第4章基于孤岛效应研究的单相光伏发电并网系统

4.1单相光伏发电并网系统的构成

4.1.1逆变器类型的选择

4.1.2光伏并网逆变器的系统结构

4.1.3光伏并网逆变器的控制策略

4.2单相并网光伏逆变系统建模与仿真

4.2.1仿真系统控制策略的改进

4.2.2基于Simulink的仿真系统

4.2.3仿真结果分析

第5章多种被动法结合的孤岛检测方法

5.1多种被动法介绍

5.1.1传统过/欠电压和过/欠频率检测方法

5.1.2频率变化率检测

5.2算法检测盲区计算

5.2.1检测盲区坐标系的选择

5.2.2算法检测盲区的计算

5.3 MATLAB仿真被动法

5.3.1模型的建立

5.3.2仿真结果及分析

5.4本章小结

第6章改进的脉冲式主动频率偏移法

6.1主动频率偏移法介绍

6.2脉冲式主动频率偏移法

6.3改进的脉冲式主动频率偏移法(M-AFDPCF)

6.3.1算法的基本原理

6.3.2斩波率周期及斩波率大小的参数选择

6.3.3算法流程

6.4建模与仿真

6.4.1仿真环境下的系统模型

6.4.2仿真结果分析

6.5本章小结

第7章结论与展望

7.1全文总结

7.2展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文