基于谐波变化的变参数正反馈主动频移孤岛检测法仿真研究
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[摘 要]本文针对光伏并网系统出现的孤岛现象，提出了一种以基于谐波变化的变参数AFDPF检测法。介绍了变参数法的原理，并且利用Matlab/Simulink进行仿真研究，仿真结果证明该方法的有效性。
[关键词]孤岛效应；孤岛检测；AFDPF；谐波
中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）02-0000-01
引言
孤岛现象是光伏发电系统并网后需要解决的一个首要问题，孤岛现象的内容是指：电网由于电气故障、人为或者自然等原因中断供电，光伏并网系统未能及时检测出停电状态并脱离电网，使该系统与周围的负载组成一个不受电力公司掌控的自给供电孤岛的情况。
孤岛现象会引起以下问题[1]：（1）导致孤岛区域的供电电压和频率不稳定，对用户的设备造成损坏；（2）影响配电系统的保护开关动作程序；（3）电网恢复供电时出现继续跳闸；（4）维护人员误认为已经断电，引发触电危险。
非计划孤岛的检测技术一般分为两种：一种是被动检测方式，通过收集并网逆变器的输出端与大电网的交流母线端信号变化，如电压值和频率值等，利用一些判别方法来判断是否发生了孤岛现象。另一种是主动检测方式，其方法是在逆变器端施加一个扰动信号，观测在此情况下系统参数的变化通过判别方法来判断是否发生了孤岛现象。
主、被动检测方法均存在一定的局限性，所以如何提高检测效率，减少检测盲区、减少对电网的干扰时孤岛检测技术研究的目标。
传统正反馈主动频移（AFDPF）法的原理是：通过偏移公共点处电压的频率作为逆变器输出电流的参考频率，并引入正反馈加速频率偏移，当电压频率超过阈值即检测出孤岛现象。其公式可以表达为：
由于AFDPF法一直向系统输入扰动从而在孤岛时会在负载的作用下使电压频率随参考频率变化，可以避免被动式检测中许多检测盲区，但是缺点是在电网中加入了谐波，影响用电质量。
本文提出思路是设计一个扰动输入的启动阈值，在小于阈值时不加入扰动保证电网质量，超过阈值时加入扰动并进行孤岛判定。参考电网正常工作时的波动为，将截断系数的启动阈值设定为。同时，对于传统AFDPF法初始截断系数固定的情况，同时初始截断系数不影响检测盲区[2]，故设定变参数法的初值为0，并引入频率变化方向判定，使截断系数变化能迅速跟随频率变化，提高检测效率。
故变参数正反馈主动频移法的截断系数公式为：
2 加入谐波变化启动阈值
当系统频率与负载谐振频率近似或者相等时，由于检测不到电压频率变化，会出现检测盲区，故本文在变参数法的基础上提出一种基于谐波变化的扰动启动阈值。
一般情况下电网侧的谐波电流十分固定且谐波阻抗较小，PCC点的谐波波动主要受到逆变器端和负载的影响，故在孤岛发生时，PCC点的谐波会出现较为明显的变化，所以可以通过监测PCC点电压谐波变化来判定是否加入扰动。
本文选取PCC点一定数量的偶次谐波进行差值分析，判定是否符合扰动输入条件。
3 Simulink仿真实现与分析
建立一个1KW/220V的单相光伏发电系统，考虑到极端情况，即负载谐振频率与电网工作频率相等，取负载品质因数Q=2.5。图1为仿真图形，各项参数设定为：仿真时间设定为0.3s，光伏电池阵列电压=400V，逆变器本地负载=0.01Ω，逆变器端滤波电感L=0.04H，电网电压=220V，电网内阻=0.01Ω，电网频率f=50Hz，PWM波发生器频率=5000Hz。
设定初始截断系数为0.01，正反馈系数为0.1，在0.1s断开电网，PCC点电流波形及截断系数变化波形如下图所示：
可以看出在0.12s时谐波变化超过阈值，加入扰动，系统频率变小，在0.2s时检测出孤岛现象，并在0.24s完全断开逆变器端与负载连接。根据IEEE的孤岛检测时间标准，完全满足。同时在0到0.1s时间内的电压频率正常波动没有对截断系数产生影响。
如果将反馈系数调整为0.4则可以在0.18s检测出孤岛现象，但是考虑到在多分布式电源共同工作时会产生不可预测的谐波变化，所以反馈系数不宜过大，应小于0.4。
4 结束语
本文参考传统正反馈主动频移法的优点，结合被动式检测中的谐波检测并进行优化处理，该方法检测速度优于大部分主动式孤岛检测方法，检测盲区小，检测结果完全满足规定的检测范围，同时在正常并网工作时基本没有谐波畸变量。
参考文献
[1] 赵清林，郭小强，邬伟扬.单相逆变器并网控制技术研究[J].中国电机工程学报，2007，27（16）：60-64.
[2] 刘芙蓉，康勇，段善旭，等.一种有效的孤岛检测盲区描述方法[J].电工技术学报，2007，22（10）：167-172.
[3] 青桃，汪颖，江智军，肖先勇.光伏发电系统并网点谐波电压波动特征孤岛检测法[J]. 电力系统保护与控制，2013，41（12）：9-14
作者简介
骆蒙（1990―），男，汉族，浙江衢州，硕士，主要研究方向：智能控制理论研究与应用。