蒲鹏鹏。刘广思(河南理工大学电气工程与自动化学院，河南焦作454000)
Pu Peng—peng，Uu Guang-si(School of Electronic Engineeriag and Automation。Henan Polyl“‘hnic
University，Henan Jiaozuo 454003)
摘要：同内的光伏发电技术中，孤岛检测及孤岛保护常常被忽视，而孤岛的发牛可能会带来巨大危害，因
此，研究孤岛检测及其保护具有重璺的现寅意义。文器结合光伏并剐逆变器的并脚拧制过稃提ff；了‘种正
反馈频率漂移眨孤岛检测办法．并详细介绍了该办法的原删和实现过稃．并结合IEEE．Std．2000-929标准巾
的技术规范对仿真模捌进行了分析，验{iF并比较了此类力‘法的有效rl：和适用性。，
关键词：光伏系统；孤岛效应；并网逆变器；频率漂移
中图分类号：TM464 文献标识码：A 文套编号：1003-0107(2009)10--0006—03
／M=trlraet：The islanding dete神on and protection are generally ignored in their apphcatlon For islarldlOg may result mcalamities·it
沁necessary to study and analyze the islanding detection and proTechon methods Anew anti—Island Jng control method—the posl—
rive feedback frequency drift was proposed according to the control course of gnd connected invener The theory and controlling
process of tt in detail w8s tntroduced The simulating module is analyzed as per the technique
standards in the IEEE Std
2000一929 The vahdtty and prachcabtlltyis confirmed through the emulated model
Key words：photovoltalc system；islandtng；god—connected inverter；frequency dnft
CUB numb·cTM464 Documermt oode：A A^ide liD：1003-0107(2009)10—0006—03

1引言

太阳能作为一种绿色nr再生能源，正在从补充能源向着替代能源的方向转变。目前，世界务同越来越重视太阳能的光伏并网发电。光伏并网发电系统是把光能转化为电能，并日|不经过蓄电池储能，通过并网逆变器直接把电能传输给电网。系统结构如图1所爪。光伏并网发电是光伏电源的发展方向，代表了2l世纪{zj1}吸引力的能源利用技术。由于光伏并网发电系统直接将太阳能逆变后反馈同电网，所以需要有各种完善的保护措施。，除r通常的电流、电压和频率监测保护外，还需要考虑一种特殊的故障状态，即孤岛效应11I。孤岛效应是指当电网由于电气故障、误操作或自然因素等原闪中断供电时，光伏发电系统未能即时检测出停电状态并脱离电网，使太阳能并网发电系统和周围的负载组成的一个电力公司无法掌握的自给供电孤岛。孤岛现象会严重影响电力系统的安伞正常运行。最严重的后果是口r能危及线路维修人员的人身安全。

 2并网标准

根据专用标准IEEE Std．2000—929和ULl741规定，并网工作时，电网电压正常范围为标准电压的88％～110％，当电网电压超出止常范围时12I，并网系统应该立即检测出并在规定的响应时问内脱离电嘲。具体数据如表1所示。对于我国50Hz交流系统来说。系统正常T作范围是49．3—50．5Hz。根据系统功率情况，并网系统频率异常响应时间分为两类，具体规定如表2所示。

3孤岛效应的检测
根据同外的研究情况，孤岛检测方法总的分为两大类即被动检测法和主动检测法。被动检测法足通过观察电网的电压"I，频率以及相位的变化来判断有无孤岛发生。然而当光伏电源的功率与局部电网负载的功率基本接近，导致断电时局部电网的电压和频率变化很小时，被动检测法就会失效。为了解决这种问题，主动检测法应运而生。主动法的思想是在逆变器的控制信号中加人很小的电压14]，频率或相位扰动信号，然后检测逆变器的输出。当逆变器与丰电网相连则扰动信号的作用很小，孤岛发生时扰动信号的作用就会显现出来，当输出变化超过规定的f j限值就能预报孤岛的发生。通过实验可以看}n，一般的主动枪测法，无论是电压，还是频率或相位扰动
法对检测单个分散电源的孤岛问题是都是有效的，然而。当这些方法应用十分支电网含有多个光伏分散电源的情况时，孤岛发牛的可能性比分支电网只有单个光伏分散电源时要大的多口I。例如电流扰动法，就足周期性的给输出电流指令一个扰动．以达到主动破坏供需平衡的n的。对单个逆变器与电网相连的情况，这种方法是可行和有效的，但对于多个逆变器与电网相连的情况这种榆测方法就可能失效，(而在光伏发电系统的实际应用中，多数都是分支电网含有多个光伏分散电源的情况，例如在F1本的一个光伏发电系统中，超过100(0)个家庭式的屋顾光伏电源连接在一个分支电网。)失效的原因是由于单个逆变器功率占总输出功率的比例非常小，凶此改变单个
逆变器输⋯功率对总的输出功率影响不大，除非保证所有的并网逆变器扰动同步，即保持所有的逆变器输出功率同时减小一半，而如果要使所乍f逆变器扰动指令吲步就要使所有的并网逆变器互相通信，这样就增加了控制的成本和复杂性，因而是小n『行的。

4正反馈频率扰动检测法
根据以卜．的分析，作者结合并网逆变器的并网控制过程提出了一种正反馈频率扰动的反孤岛枪测方法。该方法的主要思想是卣‘先判断当前电网电压频率的漂移方向，然后周期性的对输出电流频率施以相应的扰动．同时观测实际的输出电流频率。当输_}}{电流频率跟随扰动信号变化时，即输_}f{电流频率町由并网逆变器控制时，就成倍增加扰动量。以达到使输出电流频率快速变化而触发反孤岛频率检测的日的。实际的止反馈频率漂移法的控制流程如图2所示。其中，01'1R和UFR分别是过频和欠频检测，’FIPR是生成PWM波时，一i角波的定时器周期值，TIPR0是50Hz时的定时器周期值。Deft和Dert0是定时器周期值的调节量和调节初值，T(K)和T(K—1)分别是实测网压第K个和第K一1个周期的周期值。如图所示，系统电流的初始频率设为50Hz，根据检测到网压的频率来决定电流频率扰动的方向，这样控制目的是使多个并网逆变器的光伏发电系统中每个并网逆变器电流频率扰动方向相同；每次的初始定时器周期值的扰动值为Dert0，如果连续3个周期电压频率都增加或减少，这说明此时
电网可能已断开，因为此时电压频率随电流频率的，叟化而产生r变化，而在并网情况下网压频率是不会随电流频率而变化的；然后就将电流周期值的扰动值增加为3*Dert0，使网压频率进一步突变从而达到触发过频和欠频检测的频率限定值。由以卜所述的正反馈频率扰动的反孤岛检测方法的_l：作原理可知，该方法没有多个并网逆变器同时运行时相互干扰的问题。实际的控制过程中，光伏并网逆变器采用以DSPF240为核心的控制板，各种信号的采集和处理均由其完成。电网电压产生的过零脉冲信号加至F240的外部中断输人口XINTI上，以此时间点作为基准I卜弦波信号的日，ff．1起点，同时根据目前PWM调制波的实际周期值与理论周期值修正i角载波的周期，从而使并网逆变器输ffl电流与网压『川频M相。所以当并网逆变器与电网相连时，输出电流的频率南网压频率决定。而当逆变器与电网断开时，输出电流频率由自身的j角载波的周期决定，这时如果改变载波周期就有可能改变输_}f{电流的频率，最终触发反孤岛频率检测的目的。

5系统的建模与仿真

根据卜述的正反馈频率扰动法原理和IEEE Std．2000—929标准中的反孤岛能力测试方法，本文使用MATLAB软件对并网逆变器反孤岛控制进行了仿真研究，仿真的系统框图如网3所示，仿真系统主要由连接太阳能电池的并嘲逆变器PV Inverter模块，RLC负载以及电网构成。其中，并网逆变器冈为采用电流型控制，所以对电网来看可以等效为一受控电流源。图中Breaker是可控开父模块，用来模拟电网与负载问的配电开关；Time是单位阶跃模块，用来模拟孤岛效应发生的时间。PV Inverter控制模块结构图，其中分为j种工作状态，即并网工作状态，孤岛且电压频率高于一j：频状态和孤岛且电压频率低于T频状态。模块的输入信号为孤岛效虚发生的时问信号，输出信号为并网逆变器的输出电流及输出电流的频率。图4为频率扰动模块的结构图，该模块是模拟正反馈频率扰动法的工作原珲构建的，模块的输入信号为I)c)4压的周期信号，变馈A记录孤岛发生后的周期个数。根据周期个数选择相应的频率扰动值，模块的输出为频，卒扰动后的并网逆变器电流输出信号。

图5是正反馈频率扰动法反孤岛测试仿真结果图。I冬j中前0．1秒为并网运行状态波形，后0．1秒为孤岛运行状态。孤岛发生以后，并网逆变器的输出电流频率在正反馈频率扰动法的控制策略下发生变化(本仿真测试是向上扰动输出电流频率)，而月．扰动量随时I．甘J逐渐增大。在五个周期内从50赫兹变化到5I赫兹；RLC负载电压的频率则从50赫兹变化到50．5赫兹，当电压频率超过50．5赫兹时就触发频率检测的上限，从而关闭并网逆变器。仿真测试结果，并网逆变器在孤岛发生后第五个周期关闭并网逆变器，达到IEEE Std．2000—929测试标准的要求。然后按照IEEE Std．2000—929标准中的测试力‘法要求，改变仿真系统的RI。c负载参数和并网逆变器的输}{{电流幅值蕈复仿真测试；{zh1}的仿真结果表明正反馈频率扰动法都能成功的检测孤岛现象的发生。

6结束语

对正反馈频率漂移反孤岛检测方法进行了仿真研究，仿真结果表明难反馈频率扰动法是有效的并且达到r IEEE Std．2000—929的测试标准；仿真结果也同时验证了理论分析的结果，该孤岛检测方法能成功的检测孤岛现象的发生。

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