适用于逆变器入网新能源场站的集中式孤岛检测方法

摘要

孤岛现象是指包含负荷和电源的部分电网，从主网脱离后继续孤立运行的状态。非计划性孤岛运行会导致重合闸失败或非同期重合，损害用户和电网设备，危害用户或检修人员人身安全，因此电力系统必须具备有效可靠的孤岛检测功能。目前传统的基于逆变器扰动的孤岛检测方法，主要针对单逆变器或逆变器较少的并网发电系统，而在光伏电站、风电场等大规模多逆变器并网系统中，其有效性面临新的挑战，研究适用于新能源场站的孤岛检测新原理具有重要意义。
　　论文首先对基于逆变器扰动的传统孤岛检测方法进行了失效机理分析。分析了逆变器系统孤岛前后电气量变化规律，得到无功扰动对特征电气量影响机理。在此基础上，以基于逆变器无功扰动的三相频率无功反馈法为对象，从扰动的角度分析和验证了多机场景下，各逆变器基于各自控制生成的扰动之间相互干扰导致主动检测失效的机理。
　　建立了基于通道分析的逆变器型电源外部等值阻抗模型。基于逆变器型电源结构和底层开关器件通断规律，完成了逆变器型电源对外部扰动信号的通道响应分析。在通道分析基础上，得出了以0和XC阻抗状态高频动态切换的阻抗外特性，并利用高频信号将时变阻抗转化为可实用的恒态阻抗。该阻抗模型普适于经逆变器并网的电源，不受电源运行条件和控制策略的局限;计及了电力电子器件非线性，具有更严格的理论准确度，从而保证了以该阻抗模型为基础的集中式检测方法的普适性和准确度。
　　针对失效机理、以阻抗模型为基础，提出了一种适用于新能源场站的集中式孤岛检测方法。方法原理上基于孤岛前后系统阻抗变化来检测孤岛状态，阻抗测算采用高频电抗计算。扰动方式上采用在公共耦合点处施加集中式扰动方式，扰动信号为幅值和脉宽可控、频域连续的短脉冲电流。注入策略上采用过零点注入控制，提高阻抗测算准确度并降低对系统扰动注入量。该方法对单机和多机并网系统都有较高的有效性和检测精度，适用于多种电源类型，同时可保证合格的电能质量。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 孤岛检测问题研究现状

1．2．1 孤岛及其检测标准

1．2．2 孤岛检测方法研究现状

1．2．3 新能源电源多机并网孤岛检测问题

1．3 论文主要工作

第2章 基于逆变器注入式扰动的单机孤岛检测方法失效机理研究

2．1 引言

2．2 逆变器系统孤岛前后电气量变化规律

2．3 三相频率无功反馈法逆变器注入扰动原理

2．4 以频率无功反馈法为对象的传统单机式方法失效分析

2．4．1 无频率无功反馈时的孤岛前后电压频率变化

2．4．2 三相频率无功反馈法多机场景下失效分析

2．5 本章小结

第3章 外部扰动信号下逆变器型电源等值阻抗分析

3．1 引言

3．2 通道分析与阻抗等值的物理基础

3．3 逆变器型电源对外部扰动信号的通道响应分析

3．3．1 扰动信号进入逆变器的动态通道分析

3．3．2 扰动信号进入直流母线后的动态通道分析

3．4 基于通道分析的逆变器型电源阻抗等值

3．5 本章小结

第4章 基于阻抗测量的集中式孤岛检测方法

4．1 引言

4．2 集中式孤岛检测方法总体方案

4．3 扰动信号生成方法与过零点注入策略

4．4 高频电抗测量算法

4．5 集中式孤岛检测法仿真算例及性能测试

4．5．1 单机与多机场景有效性验证

4．5．2 抗噪性分析和对电能质量影响分析

4．6 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢