光伏逆变器并网稳定控制与防孤岛保护技术研究
光伏发电防孤岛保护配置方案分析
技术平台光伏发电防孤岛保护配置方案分析刘春潇1，王子恒2（1.绥化电力设计院；2 国网绥化供电公司，黑龙江 绥化 152000）摘 要：发电站并网需要特殊防止发生的重要环节就是孤岛效应，他可能造成系统电压、频率等重要参数的变化间接影响用户的安全用电。
本文提出在光伏发电采用主动扰动抗干扰的方法防范孤岛效应的发生，并提出方案和模型。
关键词：光伏发电；孤岛效应光伏发电是一个将直流电逆变成交流电源的过程，通过升压与一定的保护措施后进行与系统电网并网，由于光伏发电的特殊性，保护措施有防功率器过流、防止欠压、滤波等保障措施，但是多少的光伏电站装机容量都相对较小，很难独立支撑一个区域的电力供应并且保证电能质量的安全，所以在电网故障状态时要考虑光伏电站的孤岛运行，即防孤岛效应。
0 引言孤岛效应的提出最早是美国Sandia实验室，它们论述在电力公司网络故障或因检修而停止电力供应的情况下，小型发电站脱离区域网络，形成自发自供并负载大面积供电的情况，如火力发电、水利发电、风力发电都会存在这种独立供电的情况，而这种情况下运行在配电系统负荷变化快、不稳定的条件下，会拉低发电机出力，造成电压不稳、频率不稳等电能质量问题，从而造成用电设备的损坏等不利影响，所以为了防止这种小型发电站并网后脱离系统网络独自承载供电的情况发生，便要设立防孤岛效应的措施以解决安全隐患问题。
1 孤岛保护的方式类型那么对防孤岛保护的要求有哪些呢?首先来讲防孤岛保护应具备主动式和被动式。
主动式包括频率偏高、有功和无功功率变动等。
被动式包括电压相位跳动、频率变化等。
孤岛保护跳闸出口一般接在并网断路器上，当出现孤岛现象时切断并网断路器。
因此防孤岛保护装置须具备精确检并网点的电压、频率，然后当电压、频率出现波动且大于定制时跳闸出口动作，断开并网开关。
2 孤岛过程的分析孤岛发生多数是电网断电后，发电站未能及时脱离系统，而短时间内继续发电并网的情况。
所以对于电网断电的判读速度和准确性对于孤岛现象的避免极为重要。
光伏发电系统并网的孤岛特征及反孤岛策略的研究
光伏发电系统并网的孤岛特征及反孤岛策略的研究光伏逆变器并网运行中可能发生的孤岛效应会给电力设备和电力员工带来不可估量的危害,因此相关标准规定凡是并网型的光伏发电系统中都一定要装配防孤岛的保护装置,孤岛效应特征与反孤岛策略的研究是当务之急。
分析孤岛效应的发生过程及各项检测标准是研究孤岛检测策略的基本条件,研究了NDZ的表达方式从而给孤岛检测策略的性能进行评价打下基础。
分析了主动移频式检测策略、Sandia频率偏移策略、滑模频率偏移策略这几种主动式反孤岛策略的基本理论、实现手段、盲区分布以及总谐波失真度,由于主动式反孤岛策略必须持续不断地给电网加入扰动量,必然降低并网逆变器输出电流的电能质量。
基于此种情况,本文构建了盲区预评估机制,提出了选择性地引入主动式反孤岛策略的复合式孤岛检测策略,将持续不断地施加扰动量优化成选择性地给输出电流施加扰动量。
该策略具有极小的NDZ,在某些负载情况下可以实现无盲区检测,同时能极大地改善因谐波带来的电能质量差的问题。
由于被动式检测策略无谐波污染的优势明显大于主动式检测策略,本文提出一种结合粒子群算法与BPNN的人工智能孤岛识别策略,实现无NDZ、无谐波污染的孤岛检测。
采用公共耦合点PCC处的电压、并网电流以及频率值三者的变化率作为神经网络的输入层的输入向量,引进PSO优化BPNN的训练过程,改善孤岛识别的准确性与实时性。
通过实验仿真发现,该策略能够准确识别系统的孤岛与各种非孤岛状态。
光伏并网逆变器孤岛检测技术研究
摘 要我国能源消耗主要依赖于传统化石能源，近年来随着社会经济的持续发展，我国化石能源危机和环境问题日趋严峻，改变我国能源产业结构，开发和利用新能源迫在眉睫。
由于太阳能资源具有清洁无污染、安全可靠、运行经济以及取之不尽用之不竭等优点，决定了其在能源更替中具有不可取代的地位。
以光伏发电技术为代表的新能源发电技术越来越受到国际社会的广泛关注。
在光伏发电系统中，分布式发电系统具有十分重要的地位，分布式电源为电网和本地负载提供能量。
随着越来越多的分布式光伏发电系统应用于能源产业，许多潜在的电网保护问题逐渐引起了人们的重视，其中难点之一就是如何检测出孤岛效应。
孤岛效应会导致电能质量严重受损、电气设备损害以及对运行检修工作者的安全造成威胁，因此应该避免孤岛现象的发生。
通过相关反孤岛设备实时监测系统运行情况，在孤岛发生时检测出孤岛运行状态并触发孤岛保护装置，使光伏并网逆变器尽快与主电网切离以避免上述的危害。
本文以三相光伏并网逆变器为研究对象，对系统中存在的孤岛效应检测问题进行研究，讨论了相关参数对孤岛检测盲区分布的影响，并根据现有反孤岛策略存在的不足，提出一种改进的基于无功功率扰动的孤岛检测算法。
本文阐述了孤岛效应的研究背景、成因以及危害，分析了当前孤岛检测技术的研究现状。
基于逆变器恒功率控制策略对三相光伏并网逆变器进行建模，实现有功/无功功率的灵活控制，为后续所提孤岛检测算法的研究奠定基础。
本文研究分析了孤岛效应发生机理，对几种常见的孤岛检测方法如远程检测法、无源检测法和有源检测法进行对比分析。
与此同时，本文介绍了孤岛检测盲区相关描述方法，并采用f 0norm Q C 描述法对常见反孤岛策略的盲区进行了描述，分析了相关参数对盲区分布的影响，并基于所参与科研项目对现有盲区评估标准提出了几点改进建议。
基于对常见孤岛检测算法及其盲区的分析与研究，本文阐述了基于无功功率扰动反孤岛策略的优越性，并对其基本原理进行了分析。
分布式光伏发电低压配电网反孤岛装置研究
分布式光伏发电低压配电网反孤岛装置研究摘要：本文针对光伏发电低压配电网反孤岛效应的危害进行分析探讨，通过研发一种分布式光伏发电低压配电网反孤岛装置，来解决这一问题。
关键词：光伏发电配电网反孤岛效应1.前言随着光伏发电的不断发展，配电网的光伏渗透率也在不断增加，光伏接入对配电网的影响也越来越大，这就对光伏接入配电网的安全稳定运行提出了更高的要求。
孤岛效应是指电网突然失压时，并网光伏发电系统仍保持对电网中的邻近部分线路供电状态的一种效应。
孤岛会损害公众供电的质量，且在重新闭合供电开关向孤岛电网重新供电时，有可能损坏设备。
当电力检修人员在维护接有分布式光伏发电系统网侧线路或设备时，一旦分布式光伏发电的防孤岛保护功能失效，会给相关电力检修人员的现场作业带来隐患，亟需研发适用于电力检修人员操作的低压反孤岛装置，并形成考虑反孤岛装置的相关安全检修管控系统及操作流程。
2.传统反孤岛装置的工作方式传统的孤岛效应检测方法主要包括无源式检测方法与有源式检测方法两种。
无源式孤岛检测方法具有检测速度快、经济性好及实现简单等优点，但是其门槛难以整定，在孤岛匹配度较高时存在较大检测盲区，限制了无源式孤岛检测方法的广泛使用；而有源孤岛检测方法引入了扰动来减小检测盲区，但是电网在正常运行时，有源扰动会影响逆变器的输出电流，导致电流谐波增大，给电网输送的电能质量造成不利影响，严重时造成电网电压波动，甚至导致整个系统失稳。
当前的分布式光伏发电系统的防孤岛保护策略是内部检测法，没有通过与配电网分布式电源监测相互配合以及使用外部检测法实现防止反送电的功能，存在“保护盲区”；当光伏发电与负荷用电接近平衡（±10%以内）时，防孤岛保护功能失效，将给电力检修人员的现场作业带来安全隐患。
而且当检修人员在分布式光伏设备进行作业时，为了防止孤岛情况下低压光伏电源点反送电造成的安全隐患，还需要逐个排查各个光伏逆变器所在的并网点，并手动断开并网开关，工作量大并且容易错漏。
光伏逆变器并网稳定控制与防孤岛保护技术研究
光伏逆变器并网稳定控制与防孤岛保护技术研究随着光伏发电的规模化应用,大量逆变器接入电网,由于电网阻抗的存在,使得逆变器与逆变器之间、逆变器与电网之间发生交互影响,产生了诸如公共耦合点谐波增大、逆变器脱网、非计划性孤岛运行等问题,对电网的安全可靠运行产生重大影响。
为保证光伏逆变器安全可靠、灵活高效接入电网,本文在863课题的支持下,针对逆变器谐振脱网、传统锁相技术对异常电网电压适应性差、多逆变器防孤岛保护失效等问题,进行了系统的分析和研究,取得了一些创新性成果。
揭示了数字控制时间延迟对逆变器稳定性影响的机理,得出了逆变器稳定运行的约束条件。
首先分别建立了逆变器侧电流反馈单环控制和网侧电流反馈单环控制下的逆变器模型,然后在不同数字控制时间延迟条件下,定量分析了控制频率和滤波器谐振频率之间的约束关系。
同时,得出了逆变器稳定时对电流控制器比例增益的约束关系。
揭示了逆变器与电网谐振的机理,提出重塑逆变器输出导纳抑制谐振的新方法。
首先在建立单/多逆变器与电网模型的基础上,发现逆变器等效输出导纳与电网导纳之比的频率特性不满足Nyquist稳定判据,这是引起逆变器-电网谐振的原因。
然后通过数学分析的方法确定了逆变器侧电流反馈单环控制和网侧电流反馈单环控制下的逆变器输出导纳负实部所在的频率区间,得到了改变逆变器的控制频率和电流控制器控制参数均不能彻底消除逆变器输出导纳负实部的结论。
最后提出了基于数字控制和无源阻尼相结合的输出导纳重塑方法,使逆变器等效输出导纳与电网导纳之比满足Nyquist稳定判据。
经仿真验证,所提方法有效抑制了逆变器与电网间相互作用所产生的谐振,提高了逆变器稳定性和对电网的适应性。
提出了一种适用于多逆变器并网系统的孤岛检测新方法。
首先对现有孤岛检测方法进行综合比较分析,指出基于频率正反馈孤岛检测方法适合用来进行多逆变器并网系统孤岛检测。
然后提出了一种基于电力线载波通讯的Sandia频率偏移法,通过合理设计正反馈增益,实现孤岛检测性能与逆变器输出功率解耦,提高了多逆变器并网系统的孤岛检测能力,并且不受逆变器的频率测量误差和线路阻抗的影响。
光伏并网发电系统的孤岛效应及检测措施
SMS
2 f fg m Sin( ) 360 2 fm f 位为°) ; fm ——产生该相角时的频率。 自动移相法是在滑动移相法的基础上进行了改进，加快了在电网断电后的相位 偏移量，但是算法稍复杂，系统参数较多。 依据AFDPF的工作原理，滑动移相法同样可以采用线性的频率正反馈加以简化 ( IM2SMS) 如式(6)，同时引入初始附加相角以出发频率正反馈的有效动作。 (6) M SMS n( f f g ) F ( f f g ) 0 式中 n ——反馈增益; 0 ——常数。 当 f f g 0 时, F ( f f g ) 为1；当 f f g 0 时, F ( f f g ) 为-1[4]。 此检测方法实际是通过移相达到移频， 与主动频率偏移法AFD一样有实现简单、 无需额外硬件、孤岛检测可靠性高等优点，也有类似的弱点，即随着负载品质因数 增加，孤岛检测失败的可能性变大。 3）周期电流干扰检测法（ACD） 周期电流扰动法（Alternate CurrentDisturbances，ACD）是一种主动式孤岛检测 法。对于电流源控制型的逆变器来说,每隔一定周期, 减小光伏并网逆变器输出电流, 则改变其输出有功功率。当逆变器并网运行时, 其输出电压恒定为电网电压；当电 网断电时, 逆变器输出电压由负载决定。每每到达电流扰动时刻,输出电流幅值改变, 则负载上电压随之变化,当电压达到欠电压范围即可检测到孤岛发生。 4）频率突变检测法(FJ) 频率突变检测法是对AFD的修改，与阻抗测量法相类似。FJ检测在输出电流波 形(不是每个周期)中加入死区，频率按照预先设置的模式振动。例如，在第四个周 期加入死区，正常情况下，逆变器电流引起频率突变，但是电网阻止其波动。孤岛 形成后，FJ通过对频率加入偏差，检测逆变器输出电压频率的振动模式是否符合预 先设定的振动模式来检测孤岛现象是否发生。这种检测方法的优点是：如果振动模 式足够成熟，使用单台逆变器工作时，FJ防止孤岛现象的发生是有效的，但是在多
光伏发电分布式防孤岛保护系统分析
光伏发电分布式防孤岛保护系统分析根据光伏孤岛理论，推导出了两种孤岛检测方法，分析两种孤岛检测标准，应用于分布式光伏电站，配置相应保护功能装置，使其保障光伏电网安全稳定运行，提高光伏并网的技术。
标签：光伏发电；分布式；防孤岛保护；装置如今光伏发电站在电力系统中所占的份额越来越大，不仅有集中式大面积光伏，还有分布式小型光伏发电站。
随着科学技术的进步，发展成为分布式光伏电源给负荷供电，组成局部孤网运行。
为避免孤网产生，本文从孤岛的检测方法入手进行阐述。
以被动式检测方法与主動式检测方法的特点为主线，结合配置防孤岛保护，减少孤岛现象给电网运行带来的危害。
1、孤岛状态检测方法目前孤岛检测方法主要分为被动检测和主动检测。
1.1 被动式孤岛检测被动检测就是通过检测孤岛形成前后的频率、电压、功率输出等电气量变化，来判断是否与主电网断开。
主要包括低频低压、高频高压、频率变化率法、矢量相移法和功率波动法等。
低频低压与高频高压检测：因光伏电源并网运行，频率和电压不会有很大的波动，总能够在允许的范围之内。
1.2 主动式孤岛检测主动检测通过对系统施加一个外部干扰，然后监视系统的响应来判断是否形成孤岛，一般是通过改变光伏逆变器有功或无功输出，检测电压和频率的响应变化。
主动检测将向系统施加外部干扰，即使是功率完全平衡的孤岛，也可以通过主动干扰来破坏功率平衡，从而被可靠地检测出来。
当系统中包含多个分布式电源时，各电源主动检测装置发出的干扰信号可能互相影响，降低检测效果。
2、分布式光伏电站防孤岛保护2.1分布式光伏电站防孤岛保护配置为了保证分布式光伏电站的安全稳定运行，根据《光伏发电站设计规范》GB 50797和《光伏发电站接入电力系统设计规范》GB/T50866要求，光伏电站应配置独立的防孤岛保护，其中防孤岛保护应与线路保护、重合闸、低电压穿越能力相配合[1]。
基于上述规定，大批分布式光伏电站使用了孤岛保护装置，分布式光伏电站配置的防孤岛保护装置一般都是故障解列装置。
并网光伏发电系统的反孤岛研究
并网光伏发电系统的反孤岛研究与离网光伏发电系统相比较，并网太阳能发电系统具有更高的电能利用率，太阳能发电系统将光伏阵列发出的电能经逆变器逆变后输送到电网1，并网时需满足以下条件：发电系统的电压频率经逆变器逆变后与并网电压频率相同、系统输出电压的最大值与电网电压最大值相同、经逆变后的电压与电网电压的相角差为零2。
光伏并网发电技术作为快速进展的新能源技术之一，带来的孤岛效应问题也亟待解决。
根据现有的技术，孤岛解决方案分为主动方案和被动方案两种。
当并网断开时，发电系统逆变器输出端的电气参数会因为断开电网而变化，以检测电压、频率、相位变化为依据的是被动式方案，被动式方案在负载所需功率和太阳能发电系统输出功率相等时，频率的变化很小，从而无法检测到孤岛故障。
与被动式不同的是向电网注入扰动来检测孤岛效应的方法则是主动式反孤岛策略，该方法更容易实现，克服了被动式无法检测到频率变化的缺陷。
本文的正反馈主动式频率偏移法的提出加快了检测孤岛故障的速度。
1孤岛效应的发生与检测1.1孤岛效应的发生此处以测试原理图来解释孤岛故障，如图1所示。
从孤岛测试原理图中能够看出，太阳能发电系统经逆变后，经过电气设备与电网连接。
当太阳能发电系统正常工作时，用电感、电阻、电容的并联电路来表示发电系统的负载，太阳能发电系统的输出功率用P+jQ表示。
1.2孤岛效应的检测图2所示为太阳能并网发电结构图。
光伏阵列发出的电经IGBT逆变传送到电网，L1、C2组成滤波器能够同意特定的频率通过，用电容C、电阻R、电感L并联来表示负载。
C1充电后表示直流电源。
光伏阵列发出的电经过逆变器逆变后，能够与电网电压同频同相3，这样才能并网。
在图3所示的示意图中，若开关断开后，就会产生孤岛效应问题，开关断开后，发电系统的电压和频率无法操纵，对本地负载会造成危害，当开关重新闭合时，也会影响电网的电能质量。
局部反孤岛策略如图4所示，反孤岛策略主要分为以下两种：被动式方案是在电网发生断电时，以检测电路中的相关参数为依据的，这种方法检测不到电压频率的变化，造成漏检；主动式是向逆变器输出电流注入扰动引起电压频率变化来推断是否发生了孤岛现象4，对于负载来说，若电容过大或电感过大时会有检测盲区，无法检测到故障。
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光伏逆变器并网稳定控制与防孤岛保护技术研究随着光伏发电的规模化应用,大量逆变器接入电网,由于电网阻抗的存在,使得逆变器与逆变器之间、逆变器与电网之间发生交互影响,产生了诸如公共耦合点谐波增大、逆变器脱网、非计划性孤岛运行等问题,对电网的安全可靠运行产生重大影响。
为保证光伏逆变器安全可靠、灵活高效接入电网,本文在863课题的支持下,针对逆变器谐振脱网、传统锁相技术对异常电网电压适应性差、多逆变器防孤岛保护失效等问题,进行了系统的分析和研究,取得了一些创新性成果。
揭示了数字控制时间延迟对逆变器稳定性影响的机理,得出了逆变器稳定运行的约束条件。
首先分别建立了逆变器侧电流反馈单环控制和网侧电流反馈单环控制下的逆变器模型,然后在不同数字控制时间延迟条件下,定量分析了控制频率和滤波器谐振频率之间的约束关系。
同时,得出了逆变器稳定时对电流控制器比例增益的约束关系。
揭示了逆变器与电网谐振的机理,提出重塑逆变器输出导纳抑制谐振的新方法。
首先在建立单/多逆变器与电网模型的基础上,发现逆变器等效输出导纳与电网导纳之比的频率特性不满足Nyquist稳定判据,这是引起逆变器-电网谐振的原因。
然后通过数学分析的方法确定了逆变器侧电流反馈单环控制和网侧电流反馈单环控制下的逆变器输出导纳负实部所在的频率区间,得到了改变逆变器的控制频率和电流控制器控制参数均不能彻底消除逆变器输出导纳负实部的结论。
最后提出了基于数字控制和无源阻尼相结合的输出导纳重塑方法,使逆变器等效输出导纳与电网导纳之比满足Nyquist稳定判据。
经仿真验证,所提方法有效抑制了逆变器与电网间相互作用所产生的谐振,
提高了逆变器稳定性和对电网的适应性。
提出了一种适用于多逆变器并网系统的孤岛检测新方法。
首先对现有孤岛检测方法进行综合比较分析,指出基于频率正反馈孤岛检测方法适合用来进行多逆变器并网系统孤岛检测。
然后提出了一种基于电力线载波通讯的Sandia频率偏移法,通过合理设计正反馈增益,实现孤岛检测性能与逆变器输出功率解耦,提高了多逆变器并网系统的孤岛检测能力,并且不受逆变器的频率测量误差和线路阻抗的影响。
最后实验验证了所提方法无检测盲区,防孤岛保护时间短(小于200ms),可靠性高,并且对电能质量影响小。
给出了一种电网电压适应能力强的锁相方法,提高了逆变器并网控制稳定性。
在SRF-PLL小信号模型的基础上,分析了电网电压中的负序分量和电压幅值对传统锁相环性能影响机理。
通过采用解耦双同步坐标系得到电压正序分量,利用正序分量进行锁相,避免了负序分量对锁相效果的影响;通过采用归一化方法消除电压幅值变化对锁相环动态性能的影响。
仿真及实验结果表明,所采用的增强型解耦双同步坐标系锁相环对电网电压的适应性好,鲁棒性强,动态响应快,不受异常电网电压的影响。
研制了 3台10kW三相光伏并网逆变器样机,并搭建了实验平台,验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。