光伏并网逆变器的孤岛检测研究

【摘要】：近年来光伏发电发展迅速，并已经实现了并网运行。随着越来越多的光伏发电系统接入电网，由此引起的孤岛效应受到了极大的关注。孤岛效应的发生对系统设备和工作人员的安全构成威胁，因此对孤岛效应的有效检测是光伏发电系统并网运行必须要解决的关键问题。现有光伏并网发电系统的孤岛检测方法包括远程检测方法和本地检测方法两大类，然而两类方法各有其优缺点。因此，对孤岛效应及其检测方法进行深入研究具有重要的现实意义。 论文首先介绍了光伏并网发电系统孤岛检测的背景、现状及其研究意义，在此基础上给出了主要的研究内容。其次，通过分析光伏并网系统功率流动情况，对孤岛效应的发生机理进行了研究。分析了光伏并网逆变器输出和本地负载的功率匹配情况，阐述了光伏并网发电系统发生孤岛效应时功率匹配情况与并网逆变器输出端电压、频率变化之间的关系。再次，详细分析了远程孤岛检测方法，对各种远程检测方法的基本检测原理和优缺点进行了研究。特别介绍了新出现的智能远程孤岛检测方法的检测原理，并进行了设备投入和对系统扩展的适应能力等方面的比较。接着阐述了本地孤岛检测方法的原理和检测效果，推导出了描述检测盲区的判据。针对传统的主动频率偏移方案对并网逆变器输出的电能质量影响较大的缺点，设计了改进频率扰动方案对孤岛效应进行检测。通过理论推导，分析了改进频率扰动方案的检测效果，并与主动频率偏移方案进行了比较。最后，在MATLAB中建立了一个单相光伏并网发电系统仿真模型，对改进频率扰动方案进行了仿真。 论文通过对系统功率匹配情况的分析，得到了影响孤岛效应检测效果的原因，相应地设计了光伏并网系统的改进频率扰动方案对孤岛效应进行检测。理论分析表明，与主动频率偏移方案相比，改进频率扰动方案的检测速度更快、对并网逆变器输出电能质量的影响更小，能取得较好的检测效果。MATLAB中的仿真结果验证了改进频率扰动方案的有效性和可行性。 【关键词】：光伏系统 并网逆变器 孤岛检测 主动频率偏移方案
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 论文的选题背景9-10
• 1.1.1 能源危机与可再生能源9
• 1.1.2 光伏并网系统及其发展9-10
• 1.2 孤岛效应的提出及其研究意义10-12
• 1.2.1 孤岛效应及其危害11-12
• 1.2.2 论文的研究意义12
• 1.3 国内外研究现状12-13
• 1.4 论文的主要研究内容13-14
• 2 孤岛效应的基本问题14-24
• 2.1 孤岛效应的发生及其检测14-18
• 2.1.1 孤岛效应的发生机理14-15
• 2.1.2 孤岛效应发生的可能性15-16
• 2.1.3 孤岛效应的检测16-18
• 2.2 孤岛效应的理论分析18-24
• 2.2.1 功率匹配分析18-20
• 2.2.2 负载性质对孤岛检测的影响20-21
• 2.2.3 功率匹配仿真分析21-24
• 3 光伏并网系统的远程孤岛检测24-31
• 3.1 传统远程检测方法24-26
• 3.1.1 阻抗投切法24-25
• 3.1.2 电力线载波通信法25-26
• 3.1.3 远动释放法26
• 3.1.4 传统远程方法分析26
• 3.2 智能远程孤岛检测方法26-30
• 3.2.1 基于 PMU 的孤岛检测27-28
• 3.2.2 集中控制的检测方法28
• 3.2.3 分布控制的孤岛检测28-29
• 3.2.4 智能方法分析29-30
• 3.3 远程检测方法总结30-31
• 4 光伏并网系统的本地孤岛检测31-40
• 4.1 被动检测方法31-33
• 4.1.1 过/欠电压和高/低频率检测31
• 4.1.2 电压谐波检测31-32
• 4.1.3 相位跳变检测32-33
• 4.2 主动检测方法33-36
• 4.2.1 主动频率偏移方案33-34
• 4.2.2 滑模频率偏移法34-35
• 4.2.3 功率扰动检测35-36
• 4.3 检测盲区分析36-40
• 4.3.1 由 P× Q 坐标系描述的检测盲区37-38
• 4.3.2 由 Qf0×Cnorm坐标系描述的检测盲区38-40
• 5 检测方案的设计及其仿真40-54
• 5.1 AFD 方案40-43
• 5.1.1 检测原理分析40-42
• 5.1.2 斩波系数的确定42-43
• 5.2 改进频率扰动方案43-47
• 5.2.1 改进频率扰动方案的提出43-45
• 5.2.2 改进频率扰动方案与与 AFD 方案的比较45-47
• 5.3 检测方案的仿真分析47-54
• 5.3.1 单相光伏并网逆变器控制仿真47-49
• 5.3.2 孤岛检测的仿真分析49-54
• 结论54-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-59
• 攻读学位期间的研究成果59

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