并网逆变器反孤岛效应策略

1、课程：新能源发电技术论文题目：花伏并网逆变器的反孤岛效应研究姓名：学号：班级：专业：电气工程及其自动化光伏并网逆变器的反孤岛效应研究摘要：能源匮乏与环境恶化是各个国家将来都必须面对的问题。如今人类文明和科技快速发展，将会需要更多能源来维持国家各行各业的建设。如今使用的一次性能源也正在一天天面临枯竭，所以必须找到新能源代替。光伏发电系统应运而生，其可以将取之不尽的太阳能转化为电能。不仅解决了能源问题而且不会对环境造成任何污染。但是随着这种系统的运用也带来了很多问题，其中产生的孤岛效应对人们财产甚至生命造成威胁，本文主要描述了孤岛效应产生的原因以及会引起的后果和如何抑制孤岛效应。关键词：光伏；并网

2、；逆变器；反孤岛效应策略;1 .孤岛效应孤岛效应产生原因及后果：是指当供电网络因短路故障或其他原因停止供电时，用户端的并网逆变器系统仍处于工作状态，这使得逆变器周围的电网仍然处在供电状态不受发电厂的控制。并网发电系统处在这种状态时将对人们的生产生活造成严重的危害：(1)发电机无法调控孤岛中的电能指标如频率，电压等，若电压和频率等超过用电装置的额定范围内，严重时可能使用电装置无法正常使用。(2)如果用电容量超过并网发电系统的发电容量时，并网发电系统就会超负荷运行，有可能使得发电装置出现故障。(3)此时和并网发电系统连接的网络仍会带有电流，这会对检修人员的安全造成威胁，同时使得电网的安全性降低。(

3、4)将孤岛进行闭合操作时会引起该线路再次跳闸，甚至有可能会损坏并网发电系统或其他相关装置。因此，光伏并网逆变器具有孤岛检测和反孤岛的功能是很有必要的。在并网发电系统中，基于并网逆变器的反孤岛策略主要分为两类：第一类称为被动式反孤岛策略，如不正常的电压和皮频率。第二类称为主动式反孤岛策略，如频率的偏移和输出功率的扰动等2 .基于并网逆变器的被动式反孤岛策略1.基于相位跳变的反孤岛策略相位跳变反孤岛方案主要是利用并网逆变器两端电压和输出电流之间的相位差来检测是否产生孤岛效应。为了使得单位功率因数正常运行，正常情况下逆变器装置总是能控制并使输出电流与电压同相，但是跳闸后逆变器的电压将不会和电网有什么

4、关联，这时逆变器端电压的相位也要突变。因此我们可以得到，当并网逆变器的端电压与输出电流间相位差的突然变化是，这就表明主电网已经跳闸。当与电网连接时，并网逆变器通过检测电网的电压上升或下降到零点，主要利用锁相环可以使电网电压与逆变器输出电流同步。电网跳闸时，因为逆变器的端电压u和电网已经切断，此时逆变器输出电流i跟随逆变器锁相环提供的波形保持不变，这必然会导致逆变器端电压的相位突然跳变，此时inv和ua的相位波形如图所示。相位差L00.S0.60.40.2i0-0.2|L0liir-r-r1-1加岛效应发生脑电尿跳变（实缆）000020,0040Q060侬0,010,0120.0140.018&

5、gt;02时间/号因为只有在在ua的过零点处inv和ua才能同步，而在过零点时，并网逆变器最多相当于工作在开环模式。当电网跳闸时，输出电流为不变的参考相位，因为此时频率仍然保持不变,所以负载的阻抗角和电网跳闸前仍然是一样，于是逆变器的端电压ua将产生一个新的相位,显然端电压ua,变化后,inv和ua的相位差和负载的阻抗角相等，即卯口ad=arctanrIt-=arctan°”叫从图分析不难发现，在逆变器端电压ua发生跳变的下一个过零点，inv和ua新的相位差便可以用来检测孤岛效应。如果相位差比相位跳变方案中规定的相位平也：值大，并网逆变器就会停止运行；礴/<Mh但若则孤岛效应不

6、会被检测出来，即进入不可检测区基于并网逆变器的主动式反孤岛策略主动频移反孤岛策略一AFD方案1.工作原为了解决单独使用过/欠频率OFP/UFP反孤岛策略的缺点，研究人员最初提出了主动频移反孤岛策略一一AFD方案AFD方案属于主动式反孤岛策略方案的一种，这种主动频移反孤岛策略的原理主要是利用并网光伏系统向电网注入已经变形的电流.以形成一个连续改变频率的趋势。当连接有电网时，频率是不可能变化的。但是一旦与电网分离后，逆变器输出端电压u的频率就会被强迫向上或向下偏移，利用此原理检测孤岛是否发生。经常用执行向上频移的方案是向电网注人已经变形的电流，就是在正弦波中插人一些死区可以使得电流波形畸变，如下图

7、所示，给出正弦波来作为对照，可以看到并网光伏系统的输出电流波形的频率也会被提高。在前半个周期内，并网光伏系统输出电流的频率仍然有点高于电网频率，当输出电流为零时，电流频率会保持tz一直到后半周期的起始点；而在后半周期,当输出电流再次经过零点时，其频率将会保持一段时间。而对于阻性负载，电压响应将跟随失真的电流波形，会比纯正弦激励的响应更短的时间到过零点，如下图所示，当孤岛效应发生时，ua的上升过零点比期望的会提前到达，所以ua和ipv之间的相位误差就会增加，这就会使得并网光伏逆变器继续检测到频率误差并且再次增加ua的频率，这种情况会一直持续，直到频率偏移非常大足以触发过/欠频率保护，从而实现了主

8、动频移反孤岛保护。但是，对于并联RLC负裁，AFD可能存在不可检测区，分析如下:不妨设负裁阻抗角p<0,即负载呈阻容性，而负载的阻容性会导致电网跳闸时逆变器输出端的频率向下偏移，因此在孤岛发生后的第k个周期，若负载阻抗角p的滞后作用和频率差的超前作用相抵消，且此时频率和电压未超出预设阈值那么，系统将无法生。同理，对于负频且p>0的情况，也似的问题。检测到孤岛的发率偏移AFD方案会存在与上述类滑模频率偏偏移法主动频率偏移法是基于频率的偏移扰动，即在逆变器的输出电流中插入死区来扰动电流频率以达到孤岛检测之目的。然而这种基于频率扰动的主动频移法在多个并网逆变器运行时，会产生稀释效应而导致

9、孤岛检测的失败。为克服这-不足，可以考虑采用基于相位偏移移扰动的滑模频率漂移反孤岛策略(SlipMdeFrequencyShift)。滑膜频移反孤岛方案对并网逆变器输出电流电压的相位运用正反馈使相位偏移进而使频率发生偏移的方案，而电网频率则不受反馈的影响。在滑模频移反孤岛方案中，并网逆变器输出电流的相位定义为前一周期逆变器输出端电压频率f与电网频率fg偏差的函数即频率/Hz锢害？!哭出盛盛密式中fm最大相位偏移发生时的频率。因为并网逆变器工作在单位功率因数正弦波控制模式，所以端电压与并网逆变器输出电流之间相位差最终会为零。但是在滑模频移方案中并网逆变器的电流电压相位与电压ua的频率有关，这就会

10、使得并网逆变器的电流电压相位响应曲线变化得比阻抗角的响应曲线还要快，如图所示，这将把电网频率fg变成一个不稳定的工作点。因为电网有固定的相位和频率参考所以会使工作点在电网频率fg附近，一旦电网脱离后，负载和频率的交点将变成阻抗角响应曲线与逆变器相位响应曲线的交点。下面利用图中单位功率因数负载的阻抗角响应曲线来详细分析，当电网连接时，并网逆变器的频率工作点B(频率是50Hz,相位差为0)。当与电网断开时，当ua的频率由于其他原因变化超过50Hz时，由于逆变器的响应使得相位差增加，例如孤岛效应系统中的频率向上变化时因为滑模频移方案对相位是正反馈，所以并网逆变器反而加快了输出电流的频率，这就是所谓的

11、正反馈的机理,将导致典型的不稳定。由于并网逆变器在电网频率处的不稳定会加强扰动，将会使系统到达一个新的工作点，是A点还是C点将由扰动的方向来决定。如果并网逆变器电流电压相位响应曲线对RLC负载来说，设计得很合理，那么A点或C点的频率将超出频率的正常工作范围，并网逆变器将会停止运行。结论本文主要描述了孤岛效应产生的原因，危害以及抑制孤岛效应的策略。抑制孤岛效应的策略中包含相位跳变方案，主动式频移方案，滑模频移方案。相位跳变方案。相位跳变方案比较容易实现且相位跳变不会对电能的质量产生影响，和并网逆变器并联是也不会产生稀释效应。但该方案很容易产生误动作，给实际应用带来影响。主动式频移方案容易实现，在纯阻性负载时可以阻止持续的孤岛效应。但频率偏移降低了电能的质量，不连续的电流波形会产生谐波干扰，且阻抗性的负载会影响其频率频率偏移特性造成频移方案失效。滑模频移方案容易实现而且可以消除NDZ和逆变