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反孤島現象的檢測方法

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反孤島現象的檢測方法

發布日期:2018-12-25 作者:反孤島 點擊:

反孤島現象的檢測方法:

孤島現象的檢測方法根據技術特點,可以分為三大類:被動檢測方法、主動檢測方法和開關狀态監測方法。

1.被動檢測方法

被動式方法利用電網斷電時逆變器輸出端電壓、頻率、相位或諧波的變化進行孤島效應檢測。但當光伏系統輸出功率與局部負載功率平衡,則被動式檢測方法将失去孤島效應檢測能力,存在較大的非檢測區域。并網逆變器的被動式反孤島不需要增加硬件電路,也不需要單獨的保護繼電器。

1)電壓和頻率檢測法

/欠電壓和高/低頻率檢測法是在公共耦合點的電壓幅值和頻率超過正常範圍時,停止逆變器并網運行的一種檢測方法。逆變器工作時,電壓、頻率的工作範圍要合理設置,允許電網電壓和頻率的正常波動。如果電壓或頻率偏移達到孤島檢測設定閥值,則可檢測到孤島發生。然而當逆變器所帶的本地負荷與其輸出功率接近于匹配時,則電壓和頻率的偏移将非常小甚至為零,因此該方法存在非檢測區,這種方法的經濟性較好。

2)電壓諧波檢測法

電壓諧波檢測法通過檢測并網逆變器的輸出電壓的總諧波失真是否越限來防止孤島現象的發生,這種方法依據工作分支電網功率變壓器的非線性原理。在實際應用中,由于非線性負載等因素的存在,電網電壓的諧波很大,諧波檢測的動作閥值不容易确定,因此,該方法具有局限性。

3)電壓相位突變檢測法

電壓相位突變檢測法是通過檢測光伏并網逆變器的輸出電壓與電流的相位差變化來檢測孤島現象的發生。光伏并網發電系統并網運行時通常工作在單位功率因數模式,即光伏并網發電系統輸出電流電壓(電網電壓)同頻同相。當電網斷開後,出現了光伏并網發電系統單獨給負載供電的反孤島現象,相位突變檢測算法簡單,易于實現。但當負載阻抗角接近零時,即負載近似呈阻性,由于所設閥值的限制,該方法失效。被動檢測法一般實現起來比較簡單,然而當并網逆變器的輸出功率與局部電網負載的功率基本接近,導緻局部電網的電壓和頻率變化很小時,被動檢測法就會失效,此方法存在較大的非檢測區。

2.主動檢測方法

主動式反孤島檢測方法是指通過控制逆變器,使其輸出功率、頻率或相位存在一定的擾動。電網正常工作時,由于電網的平衡作用,檢測不到這些擾動。一旦電網出現故障,逆變器輸出的擾動将快速累積并超出允許範圍,從而觸發孤島效應檢測電路。該方法檢測精度高,非檢測區小,但是控制較複雜,且降低了逆變器輸出電能的質量。目前并網逆變器的反孤島策略都采用被動式檢測方案加上一種主動式檢測方案相結合。

1)頻率偏移檢測法

頻率偏移檢測法是目前一種常見的主動擾動檢測方法。采用主動式頻移方案使其并網逆變器輸出頻率略微失真的電流,以形成一個連續改變頻率的趨勢,最終導緻輸出電壓和電流超過頻率保護的界限值,從而達到反孤島效應的目的。

2)滑模頻漂檢測法

滑模頻率漂移檢測法是一種主動式孤島檢測方法。它控制逆變器的輸出電流,使其與公共點電壓間存在一定的相位差,以期在電網失壓後公共點的頻率偏離正常範圍而判别孤島。正常情況下,逆變器相角響應曲線設計在系統頻率附近範圍内,單位功率因數時逆變器相角比RLC負載增加的快。當逆變器與配電網并聯運行時,配電網通過提供固定的參考相角和頻率,使逆變器工作點穩定在工頻。當孤島形成後,如果逆變器輸出電壓頻率有微小波動逆變器相位響應曲線會使相位誤差增加,到達一個新的穩定狀态點。新狀态點的頻率必會超出OFR/UFR動作閥值,逆變器因頻率誤差而關閉。此檢測方法實際是通過移相達到移頻,與主動頻率偏移法AFD一樣有實現簡單、無需額外硬件、孤島檢測可靠性高等優點,也有類似的弱點,即随着負載品質因數增加,孤島檢測失敗的可能性變大。

3)電流幹擾檢測法

周期電流擾動法是一種主動式孤島檢測法。對于電流源控制型的逆變器來說,每隔一定周期, 減小光伏并網逆變器輸出電流, 則改變其輸出有功功率。當逆變器并網運行時, 其輸出電壓恒定為電網電壓;當電網斷電時, 逆變器輸出電壓由負載決定。每每到達電流擾動時刻,輸出電流幅值改變,則負載上電壓随之變化,當電壓達到欠電壓範圍即可檢測到孤島發生。

4)頻率突變檢測法

頻率突變檢測法是對AFD的修改,與阻抗測量法相類似。FJ檢測在輸出電流波形(不是每個周期)中加入死區,頻率按照預先設置的模式振動。例如,在第四個周期加入死區,正常情況下,逆變器電流引起頻率突變,但是電網阻止其波動。孤島形成後,FJ通過對頻率加入偏差,檢測逆變器輸出電壓頻率的振動模式是否符合預先設定的振動模式來檢測孤島現象是否發生。這種檢測方法的優點是:如果振動模式足夠成熟,使用單台逆變器工作時,FJ防止孤島現象的發生是有效的,但是在多台逆變器運行的情況下,如果頻率偏移方向不相同,會降低孤島檢測的效率和有效性。

3.其他方法

反孤島效應檢測除了普遍采用的被動法和主動法,還有一些逆變器外部的檢測方法。如“網側阻抗插值法”,該方法是指電網出現故障時在電網負載側自動插入一個大的阻抗,使得網側的阻抗突然發生顯著變化,從而破壞系統功率平衡,造成電壓、頻率及相位的變化。 

還有運用電網系統的故障信号進行控制。一旦電網出現故障,電網側自身的監控系統就向光伏發電系統發出控制信号,以便能夠及時切斷分布式能源系統與電網的并聯運行。

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本文網址:http://www.lyzib.com/news/477.html

關鍵詞:反孤島,逆功率,反孤島裝置

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