光伏并网发电系统的孤岛检测(3)

4.2 主动移频孤岛检测的缺陷及改进方法

为避免频率在越限保护之前达到稳态，需设置较大的cf以得到较大的AFD，然而电流波形畸变将变得严重，cf对电能质量的影响不可忽略。由于cf与电流THD的关系，当电流THD达到IEEE Std1547-2003规定的并网标准，cf绝对值不可超过0.05。所以只适用于品质因数较小的非容性负载孤岛检测。因此，为了减小并网运行时对电能质量的影响，脱网时能快速检测出孤岛，且检测盲区小等要求，AFD法引入频率正反馈，此即为带正反馈的主动频率偏移法（AFDPE）。

在这种改进的方法中，我们引入频率正反馈系数m，初始截断系数cf0，电网频率fg ,则：

（6）

将式（6）带入式（2）得：

（7）

分析上式得，脱网后若θ_AFD会始终大于或小于θ_load，频率将会持续一个方向偏移，将不存在稳定运行点，从而有效的检测出孤岛状态。当最恶略情况f=f₀=f_g时，

(8)

            (9)

由式（9）可知，负载品质因数越大，所需的正反馈系数也越大。但m太大会造成系统不稳定。当Qf=2.5时，得m≥0.064，取m=0.07。 代表电网存在时的固有频率扰动，触发脱网瞬间的频率偏移，其直接影响逆变器输出电流的谐波大小，一般取0.02。

4.2 主动移频孤岛检测盲区分析

目前有多种描述孤岛检测盲区的方法，对于表达式确定的主动移频法，其孤岛检测的成功与否取决于本地负载的品质因数和谐振频率，因此可由Q_fxf₀空间法描述其盲区。此空间法描述盲区能覆盖所有RLC组合的负载，可直观反映出负载的品质因数和谐振频率，与IEEE std 929-2000规定的标准直接对应。上述盲区空间的描绘都以式(3)所示的相角判据为依据。Q_fxf₀空间描述盲区的过程( Δθ为逆变器的移相角，f_gd为孤岛形成时的系统频率)：

    （10）

       （11）

（12）

其中，f的范围是49.5Hz到50.5Hz之间，可得到Q_fxf₀空间盲区图5

图5 主动移频法检测的盲区

由图5可以分析出：

（1）曲线1,2 对应的m=0，即为AFD法的盲区。cf的大小只改变盲区的上下位置。

（2）比较曲线3,4得，对于AFDPF法，m越大则盲区越小。当m=0.07、Q_f=2.5时，负载已不在盲区内了。所以Q_f≦2.5的负载群，可以消除检测盲区。

（3）曲线4, 5比较得，引入初始截断系数cf0，考虑电路噪声和检测误差，对初始截断系数修正得：

(13)

当f≧f_g时，sign(f-f_g)=1；当f<f_g时，sign(f-f_g)=-1。所以感性负载和容性负载的孤岛检测率都得到了提高。

4.3 主动移频孤岛检测仿真分析

采用Matlab/Simulink对2kW单相光伏并网发电系统孤岛检测性能进行仿真，取电网电压220V/50Hz，频率保护的动作阀值设置为50±0.5Hz，整定负载有功为2kW，品质因数为2.5，谐振频率f0=50Hz。

图6  AFDPE法过频保护（f0=50Hz）

图7  AFDPE法欠频保护(f0=49.9Hz)

如图6 和图7所示(其中均为Qf=2.55，m=0.07, cf0=0.02。波形1：电压 200V/div; 波形2: 电流 10A/div; 波形3:频率 )，孤岛检测均符合国际标准IEEE Std.2000-929和国家GB/T 19939-2005规定的2s内检测出孤岛的要求。为加快检测速度，可适当增大cf0。

5结束语

本文分析了孤岛状态产生的原理，并对移频孤岛检测法进行详细的分析和论证。通过基于 空间法的盲区分析和Matlab/Simulink仿真分析，得出AFD法只适用于非容性负载孤岛检测，而AFDPF法对负载性质没有限制，且引入正反馈后更能提高检测效率。所以该改进方法拥有检测效率高、检测速度快和对负载无限制等诸多优点，该种主动检测方法将会成为光伏孤岛检测的重要方法和发展方向。