光伏并网逆变器的孤岛检测技术

以光伏逆变器为代表的各种并网逆变器通常要求具备孤岛检测功能.被动式的孤岛检测方法存在较大孤岛检测盲区.主动检测法提高了孤岛检测的可靠性,但其在并网逆变器的输出中施加了扰动,影响了并网电能质量.重点分析移频与移相主动孤岛检测算法的工作原理及参数选取原则,并给出相关的参数优化建议,同时探讨多并网逆变器运行时的孤岛检测有效特性,为光伏并网逆变器的孤岛检测设计提供参考.     

基于阻抗辨识的下垂控制并网逆变器孤岛检测方法

为了保障安全及并网电能质量,基于并网逆变器的分布式发电系统需要具备孤岛检测功能。传统孤岛检测方法不适用于下垂控制并网逆变器,而现有适用于下垂控制并网逆变器的孤岛检测方法需要改变下垂特性且存在检测盲区的问题。为了解决上述问题,提出一种基于阻抗辨识的下垂控制并网逆变器孤岛检测方法。该方法在公共耦合点注入电压扰动,通过电压、电流扰动信号辨识阻抗,进而依据阻抗变化判定是否出现孤岛效应。利用谐波扰动注入放大孤岛前后特征量差异,提高检测灵敏性。另外,通过递归离散傅里叶变换提取扰动信号,提高了阻抗辨识的准确度和时效性。实验结果验证了所提方法的有效性。     

多机光伏并网逆变器的孤岛检测技术

随着分布式发电的迅速发展,越来越多的可再生能源被转化为电能通过并网逆变器输送到电网。并网逆变器要求具备孤岛检测功能,通常对其输出施加一定的扰动以提高孤岛检测能力。目前对光伏并网逆变器的研究主要集中于单机,而本文从多机并网运行的角度对孤岛检测方法进行了研究。针对并网逆变器所常用的移频与移相两类主动孤岛检测技术在多逆变器并联工作下的相互联系及内在影响进行了深入分析。同时给出这两类方法下的逆变器孤岛检测设计注意事项及孤岛算法参数选取方法,从而为多机光伏并网逆变器孤岛检测提供了理论指导。     

多机光伏并网逆变器的孤岛检测技术研究

随着新能源发电的迅速发展,越来越多的可再生能源被转化为电能通过并网逆变器输送到电网。并网逆变器要求具备孤岛检测功能,目前对光伏井网逆变器的研究主要集中于单机,通常对其输出施加一定的扰动以提高孤岛检测能力。本文从多机并网运行的角度对孤岛检测方法进行了研究。针对并网逆变器所常用的移频与移相两类主动孤岛检测技术在多逆变器并联工作下的相互联系及内存影响进行了深入分析。同时给出这两类方法下的逆变器孤岛检测设计注意事项及孤岛算法参数选取方法,从而为多机光伏并网逆变器孤岛检测提供了理论指导。     

低频相位扰动法在多机并联系统中的孤岛检测研究

孤岛效应会对分布式发电系统的安全造成严重危害,所以孤岛检测功能是分布式发电系统必须具备的功能之一.介绍了低频相位扰动法的原理,理论分析了低频相位扰动法在多逆变器并联运行条件下产生稀释效应的机理并在MATLAB/Simulink中进行了仿真验证.仿真结果表明:各逆变器输出电流中的扰动不同步是造成低频相位扰动法产生稀释效应的原因,严重时导致孤岛检测失败.针对导致稀释效应的多逆变器非同步并网问题提出了一种基于通信方式的解决方案.     

主动电流扰动法在并网发电系统孤岛检测中的应用

孤岛检测是分布式发电并网研究的难点,特别是在逆变器输出与负载功率平衡时难以检测出孤岛.频率或相位偏移等主动检测方法向电网注入谐波,而且在逆变器输出与负载相位匹配时孤岛检测失效.本文提出了一种新的孤岛检测方法--主动电流扰动法.该方法不影响电网的频率,不向电网注入谐波,而且在单台运行时不存在不可检测区,仿真和实验结果验证了该方法的正确性.     

基于无功-频率下垂特性的无功扰动法在孤岛检测中的应用

孤岛检测是光伏并网研究的难点,特别在光伏并网逆变器输出与负载功率平衡时难以有效检测出孤岛,为此提出一种基于无功-频率下垂特性的无功扰动孤岛检测方法。该方法通过引入一个与负载无功-频率特性相关的线性函数作为无功扰动的输入量,打破功率平衡情况下发生孤岛时所存在的孤岛稳定运行点。再将实时检测到公共耦合点频率的偏差,引入到无功扰动的函数中形成正反馈回路,加速频率的偏移,使并网逆变器输出电压频率超出限定阈值,从而实现孤岛检测。仿真结果表明,该方法具有无检测盲区、响应快速、对电能质量影响小的特点。     

基于相位簇扰动的下垂控制并网逆变器孤岛检测

传统孤岛检测方法多基于恒功率控制和电流控制的并网逆变器研究,随着下垂控制等其他控制策略并网逆变器的不断发展以及多机并网逆变器的广泛应用,传统孤岛检测方法的有效性受到挑战,必须寻找一种通用性更强的检测方法来适应分布式发电系统的发展。该文首先针对下垂控制策略提出一种基于P-f有功功率环相位簇扰动的孤岛检测方法,根据Goertzel算法提取的各次谐波幅值求和进行孤岛检测,该方法应用于下垂控制并网逆变器中,能够有效地增强抗干扰能力,无盲区地检测出孤岛,并适用于传统并网控制策略和多机并网系统。最后在三相并网逆变器的基础上建立仿真和实验平台,验证了该相位簇扰动主动孤岛检测方法的正确性及优越性。     

基于无功功率控制的光伏系统孤岛检测法

孤岛检测是分布式发电并网研究的难点,特别是在逆变器输出与负载功率平衡时难以检测出孤岛。频率或相位偏移等主动检测方法向电网注入谐波,而且在逆变器输出与负载相位匹配时孤岛检测失效。对此提出一种基于无功功率控制的孤岛检测法。与传统方法相比,该方法输出波形中谐波含量小,而且在并网运行时不会因扰动而降低发电量,仿真和实验结果表明逆变器能及时地检测出孤岛并关闭并网发电系统。     

基于无功扰动的三相光伏逆变器孤岛检测

大型光伏并网逆变器以单级式三相电压型逆变器作为变流设备,针对分布式发电系统固有的孤岛现象,提出一种动态无功扰动方法。根据无功功率与电网频率的关系,采用扰动无功功率的方法来检测孤岛现象,在发生孤岛现象后,该方法能迅速检测出频率异常并加速无功扰动,从而迅速分离逆变器与电网的联系。仿真和实验结果表明,该控制方法可有效地检测三相并网型光伏逆变器的孤岛现象。     

低压微电网中并网逆变器主动移频式孤岛检测技术

在低压微电网中,线路阻抗、逆变器输出阻抗呈阻性,可以采用有功调幅、无功调频的间接电流型并网逆变器控制策略,该控制策略具有一定的反孤岛能力。推导了电阻、电感和电容负载的幅值和相角的表达式,给出了并网逆变器在孤岛运行时的无功表达式,由此得到电网故障后逆变器输出电压的频率变化数学模型,得到了有功调幅、无功调频的控制策略下逆变器孤岛检测盲区图。提出了频率正反馈的逆变器孤岛检测方法,通过在无功调频控制策略中引入频率正反馈环节,可大大减小逆变器孤岛检测盲区,给出了频率正反馈系数的选取原则。仿真结果表明,理论分析正确,所提出的孤岛检测方法可行。     

An improved islanding detection method based on correlation technique using reactive power variation

This paper presents an improved islanding detection method based on a correlation technique using reactive power variation for a three‐phase grid‐connected photovoltaic (PV) inverter system. Using a conventional reactive power variation (RPV) method for anti‐islanding, the reactive power component of PV inverter output varies periodically within a range of fixed magnitude for the inverter output frequency to go beyond the threshold of the over‐frequency relay or under‐frequency relay. While the conventional RPV method depends on the frequency relays, the proposed method uses a correlation factor between the commanded reactive power and the corresponding inverter frequency as an islanding detection indicator without relying on the frequency relays. The correlation factor of the proposed method is based on the fact that the commanded reactive power of a PV has a strong correlation with the frequency of the inverter voltage when islanding occurs. The proposed method has fast islanding detection capability and high power quality. In order to verify the proposed islanding detection method, the anti‐islanding experimental results of a 250‐kW three‐phase PV inverter by IEEE Std. 1547.1‐2005 are provided. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

一种低谐波畸变量的快速主动移频式孤岛检测方法

孤岛检测是并网逆变器必备的一种功能。针对传统主动移频(Active Frequency Drift, AFD)孤岛检测法存在的检测时间较长和检测盲区(Nondetection Zone, NDZ) 较大的问题,提出一种新型的AFD孤岛检测法。通过在原始电流参考波形中注入接近余弦的扰动波形,使参考波形在产生孤岛检测所需无功功率相同时,能有效减小对电能质量的影响。对参考波形进行数值分解,分析该方法的THD与Q/P之间关系以及NDZ分布情况,并与传统AFD法进行比较。仿真结果表明,该方法具有检测时间更短和NDZ更小,同时对电能质量影响小的特点。     

一种改进型光伏并网逆变器孤岛检测方法研究

孤岛检测是光伏并网逆变器系统运行的重要功能之一,为了实现快速准确的孤岛检测,同时减小对电能质量的影响,提出一种改进型主动式孤岛检测方法,即周期性正负相位偏移法。首先建立了加入正/负偏移相位后逆变器在孤岛运行时公共耦合点电压的角频率与负载品质因数、负载谐振角频率及所加偏移相位之间的函数关系;然后设计了消除检测盲区的正/负相位偏移参数,确保提出的方法对电能质量影响很小;最后在IEEE Std.929-2000标准中规定的最恶劣情况下进行了仿真和实验研究。实验结果验证了提出方法的有效性。     

Active islanding detection method for the grid-connected photovoltaic generation system

This paper proposes an active islanding detection method incorporated into the control of the grid-connected inverter to protect the photovoltaic generation system from the islanding operation. The proposed active islanding detection method performs the grid-connected inverter as a virtual resistor with the operation frequency slightly higher or lower than the fundamental frequency of the utility voltage. The function of virtual resistor will not be actuated when the utility is nominal, and the grid-connected inverter can convert the DC power from the solar array to an AC power. When the strong utility is lost, the grid-connected inverter acts as a virtual resistor with the operation frequency slightly higher or lower than the fundamental frequency of the utility voltage. Thus, the frequency and the amplitude of the local load voltage will be away from their normal values under the islanding operation. Hence, the proposed active islanding detection method can immediately detect the islanding operation. A prototype is developed and tested to demonstrate the performance of the proposed active detection method. Both computer simulation and experimental results verify that the performance of the proposed active islanding detection method is expected.     

基于无功电流-频率正反馈的孤岛检测方法

孤岛检测是光伏并网发电系统的必备功能,为了减小并网逆变器孤岛检测时的检测盲区,同时最大限度地减小孤岛检测对输出电能的影响,首先分析了逆变器输出的无功电流与频率之间的关系,然后在三相光伏并网逆变器锁相环的基础上,提出一种无功电流—频率正反馈的孤岛检测方法,推导了正反馈成立的参数条件,并对各个参数的获取方式进行了分析。仿真和实验证明,在电网正常时,该方法对系统几乎没有影响,但是一旦电网出现孤岛情况,无功电流与频率之间的正反馈会让频率迅速朝一个方向变化,直到触发孤岛保护。     

主动移频式孤岛检测方法的参数优化

孤岛检测是光伏系统并网必备的功能,要求既能快速检测出孤岛状态,同时又尽量减少对电网的不良影响。孤岛检测性能的好坏不仅取决于所采用的孤岛检测策略,也取决于检测策略中参数的设置是否合理,但目前的研究在参数优化的理论指导方面严重不足。该文通过对主动移频式孤岛检测方法的检测盲区进行分析,推导了带线性正反馈主动移频式(active frequency drift with positive feedback, AFDPF)孤岛检测方法的盲区大小与反馈增益间的关系,并得出特定负载下孤岛检测无盲区AFDPF反馈增益的取值范围,从而为AFDPF孤岛检测方法的参数优化提供了理论指导。     

基于周期交替电流扰动的孤岛检测方法

对于分布式电源并网系统,当电网断电时可以使用主动频率偏移法检测孤岛效应。但是,若在非检测区内电流扰动角与负载角相匹配,则主动频率偏移法将出现无法识别孤岛效应的问题。针对上述问题,文中提出了一种新颖的基于周期交替电流扰动的孤岛检测方法。在保证扰动电流与公共耦合点电压同步前提下,前一个周期扰动电流频率向上偏移,当前周期扰动电流频率向下偏移。根据公共耦合点电压频率是否周期高低交替变化来识别孤岛现象。经过仿真和实验验证,该方法不但可以准确识别孤岛效应,而且解决了主动频率偏移法存在的非检测区问题。     

Harmonics-Based Enhanced Passive Islanding Method for Grid-Connected System

Now a day, distributed sources are emerging widely due to their advantages owing to renewable-based power generation. In this paper, a novel passive islanding method for the inverter-based grid-connected system is presented. This method can be suitably applied along with the conventional passive methods like under/over voltage and under/over frequency islanding techniques. Total harmonic distortion (THD) at the point of common coupling (PCC) is used to discriminate the islanding condition, and to safely disconnect the grid. This method has an advantage that it is able to discriminate non-detection zone (NDZ) when the local load matches the inverter output power. The results using MATLAB simulations and laboratory prototype have been presented.