光伏并网发电系统反孤岛策略的研究

【摘要】：太阳能光伏发电是利用光伏阵列的“光生伏特”效应将太阳光转化为电能的一种发电方式。太阳能光伏发电尽管有很多优势，但是系统并网后给电网造成的安全隐患不得不考虑，其中孤岛效应往往是系统并网后需要解决的一个极为重要的问题，孤岛效应（Islandingeffect）是指分布式电源接入电网后，公共电网由于各种原因停止向部分负载供电，然而此时分布式电源仍然继续向这部分负载供电，此部分负载称为本地负载，如果分布式电源系统不能及时有效的检测出电网断电状态并且在规定的时间内与电网断开连接，就有可能危及整个配电系统和维修人员的人身安全，因此反孤岛（Anti-islanding）策略的研究显得尤为重要。 本文以小型单相光伏发电系统为研究对象，并网逆变器选用电压型，即输入侧并联电容，其输出采用电流控制。逆变器主电路采用无变压器的两级结构，前级DC/DC电路和后级DC/AC电路，前级电路将光伏阵列输出直流电压Upv升压到Ud，Ud再经后级单相全桥逆变电路逆变为220V/50Hz的交流电。测试电路采用国际通行的北美测试电路，即通过检测并网公共点的电力参数的瞬时变化来判断孤岛运行状态。 本文重点研究主动频率偏移法（active frequency drift：AFD）的实现方法。通过增大和减小逆变器输出电流频率来影响公共点电压频率的变化，并针对AFD检测方法的不足之处找出解决策略。为了使响应时间快，对扰动信号cf施加正反馈。测试负载采用RLC并联谐振负载来模拟现实中的负载，研究中发现负载性质对AFD的影响较大，特别是容性负载出现了检测失败的情况，容性负载使电压滞后电流一定的相位角，这就使电压过零点时刻的来到要比阻性负载慢，传递到公共点电压频率的扰动因此抵消了一部分，若完全抵消，则检测失败。针对这种情况，为了更好的检测出孤岛运行状态，本文对AFD方法做了一些改进，对逆变器输出电流频率施加正反两个方向的扰动，此方法为双向正反馈主动频率偏移法（bidirectional positive feedback active frequency drift: BPFAFD）。 最后用Matlab进行仿真实验，对BPFAFD检测方法进行了验证，验证结果显示对于不同性质的负载检测效果都很好，可在0.5s内检测孤岛发生。 【关键词】：光伏并网 孤岛效应 孤岛检测 双向正反馈主动频率偏移
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 引言9-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 光伏发电产业背景10-13
• 1.1.1 能源与需求关系10-11
• 1.1.2 发展光伏发电产业的动力11-13
• 1.2 光伏发电产业发展状况13-16
• 1.2.1 国外光伏产业发展状况13-14
• 1.2.2 我国光伏产业发展状况14-16
• 1.3 光伏发电的优势16-18
• 2 并网型光伏发电系统概述18-21
• 2.1 PV 系统组成18-19
• 2.2 PV 系统分类19-20
• 2.3 本文主要研究内容20-21
• 3 并网型 PV 系统孤岛效应21-32
• 3.1 孤岛效应的定义及危害21-24
• 3.1.1 孤岛效应定义21-23
• 3.1.2 孤岛效应危害23-24
• 3.2 孤岛检测标准24-25
• 3.2.1 IEEE Std.2009-929 标准24
• 3.2.2 GB/T 19939-2005 标准24-25
• 3.3 检测性能的测试和认证25-28
• 3.3.1 测试电路25-27
• 3.3.2 测试流程27-28
• 3.4 检测方法28-32
• 3.4.1 被动式检测方法29-30
• 3.4.2 主动式检测方法30-32
• 4 反孤岛策略的研究32-48
• 4.1 系统硬件电路设计32-39
• 4.1.1 主电路硬件电路图33-34
• 4.1.2 交流电压采样电路34-35
• 4.1.3 交流电流采样电路35-36
• 4.1.4 辅助电源电路36-37
• 4.1.5 光伏汇流箱硬件电路图37-39
• 4.2 孤岛运行特性的研究39-41
• 4.3 AFD 检测方法的研究41-45
• 4.3.1 AFD 检测方法工作原理41-42
• 4.3.2 正反馈主动频率偏移法（PFAFD）42-44
• 4.3.3 AFD 检测方法的缺陷44-45
• 4.4 AFD 检测方法的改进45-48
• 4.4.1 双向正反馈主动频率偏移法（BPFAFD）45-46
• 4.4.2 工作过程46-48
• 5. 仿真模型及仿真结果48-52
• 5.1 仿真模型48-49
• 5.2 仿真结果49-52
• 结论52-53
• 参考文献53-57
• 在学研究成果57-58
• 致谢58

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