常用的孤岛检测法课件.ppt
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1、Click To Edit Title Style 光伏光伏发电发电系系统概统概述述 光伏光伏并网发电并网发电中的孤中的孤岛现岛现象象 主主动动和被和被动动孤孤岛检测岛检测方法方法 基于一基于一维维离散映射李雅普离散映射李雅普诺诺夫指夫指数变数变化的化的孤孤岛检测岛检测方法方法 Click To Edit Title Style1.1 1.1 光伏发电的光伏发电的发展发展前景前景 太阳辐射是免费获取的,一旦能量转太阳辐射是免费获取的,一旦能量转换装置设计完成,就可以长期免费使换装置设计完成,就可以长期免费使用光能。用光能。太阳辐射广泛地分布在地球上,可以太阳辐射广泛地分布在地球上,可以认为是一
2、种取之不尽、用之不竭的能认为是一种取之不尽、用之不竭的能量来源。量来源。能量转换过程不需要发生燃烧,不排能量转换过程不需要发生燃烧,不排放二氧化碳或其它废气、废水,系统放二氧化碳或其它废气、废水,系统不存在机械磨损问题,更不会产生噪不存在机械磨损问题,更不会产生噪声污染,与自然环境关系和谐。声污染,与自然环境关系和谐。光伏发电光伏发电的优势的优势 免费免费丰富丰富清洁清洁Click To Edit Title Style 近十年来的研究和实践表明,太阳电近十年来的研究和实践表明,太阳电池性能稳定可靠,其使用寿命可以超池性能稳定可靠,其使用寿命可以超过过30年,这使光伏发电系统实现高使年,这使光
3、伏发电系统实现高使用寿命、免维护成为可能。用寿命、免维护成为可能。虽然目前光伏转换效率只能达到虽然目前光伏转换效率只能达到25%左右,但是理论上光能到电能的转换左右,但是理论上光能到电能的转换效率可以超过效率可以超过80%太阳电池及各种电能转换器如太阳电池及各种电能转换器如DC/DC、DC/AC等均可以轻易实现模块化设计,等均可以轻易实现模块化设计,因此发电系统易于建造安装、扩大规因此发电系统易于建造安装、扩大规模,模,便捷性极高便捷性极高。光伏发电光伏发电的优势的优势耐用耐用高效高效便捷便捷1.1 1.1 光伏发电的光伏发电的发展发展前景前景Click To Edit Title Style
4、1.2 1.2 世界能源发展预测世界能源发展预测 政策政策驱动驱动(橙色橙色)与与市市场驱动场驱动(黄黄色色)下的世界能源光伏下的世界能源光伏产业发产业发展展预测预测Click To Edit Title Style 光伏发电系统按与电力系统之间的联系分类,通常分为:光伏光伏独独立立发电发电系系统统(包括(包括单单台和多台逆台和多台逆变组变组成的微成的微网发电网发电系系统统)光伏光伏并网发电并网发电系系统统(与与公共公共电网电网同步)同步)此外在以上两种系统之外比较特殊应用的系统光伏光伏扬扬水系水系统统1.3 1.3 光伏光伏发电发电系系统统的分的分类类Click To Edit Title
5、Style 1.3 1.3 独独立光伏立光伏发电发电系系统组统组成方框成方框图图 光伏独立发电系统一般由五部分组成:太阳电池方阵;控制器;蓄电池;逆变器;负载Click To Edit Title Style 1.3 1.3 光伏光伏并网发电并网发电系系统组统组成方框成方框图图光伏并网发电系统一般由五部分组成:太阳电池方阵;连接器;并网逆变器;计量电表;电网Click To Edit Title Style 1.4 1.4 光伏光伏并网发电并网发电系系统统目前存在的主要目前存在的主要问题问题(1)功率波动大(2)成本偏高 (3)电网管理难度大Click To Edit Title Style2
6、.1 2.1 孤孤岛现岛现象象 所谓孤岛现象,是指当光伏并网发电系统中,电所谓孤岛现象,是指当光伏并网发电系统中,电力公司因各种原因切断公共电网供电时,用户端的并力公司因各种原因切断公共电网供电时,用户端的并网逆变器仍处于工作状态,使并网逆变器和周围的负网逆变器仍处于工作状态,使并网逆变器和周围的负载形成一个电力公司无法控制的自供电系统。载形成一个电力公司无法控制的自供电系统。Click To Edit Title Style2.2 2.2 孤孤岛现岛现象的危害象的危害 对对电电力力维维修人修人员员造成造成伤伤害害 造成本地造成本地负载负载的的过压损过压损坏坏 重新合重新合闸时导闸时导致不同步
7、致不同步而引起而引起电网电网故故障障 影影响电响电能能质质量量 Click To Edit Title Style2.3 2.3 孤孤岛检测岛检测原理原理 RUPPPL2)1(2CLUQQQLRUPPL2)1(2 CLUQQL正常运行时 孤岛发生时 PRUU2 22)1)(UQLLCClick To Edit Title Style2.32.3 孤孤岛检测岛检测原理原理 (1)若 、,即并网逆变器输出的有功功率、无功功率与负载所需的有功功率、无功功率不匹配,则公共电网断网瞬间将会造成电压幅值和频率的突变,通过直接检测PCC点的电压幅值和频率的变化是否超过阈值就能检测出孤岛(被动检测法,不加入扰
8、动)。(2)若 、,即并网逆变器输出的有功功率、无功功率与负载所需的有功功率、无功功率相匹配,公共电网断开瞬间并不会造成电压幅值或者频率的突变,所以这种情况下一般需要采用加入扰动的主动检测法才能检测出孤岛。综上所述,孤岛检测的基本原理是通过检测公共耦合点(PCC)的电压幅值或者频率是否超过设定阈值来判断是否存在孤岛现象,即电压幅值和频率的变化大小是检测的关键。0P0Q0P0QClick To Edit Title Style2.4 2.4 判判断断孤孤岛发岛发生生标标准准 通过检测光伏发电系统与主电网公共耦合点(PCC)的电压幅值U或频率f,如果电压U或频率f超出并网发电系统标准所规定的正常范
9、围,则并网逆变器停止运行。并网发电系统标准规定,正常工作时主电网电压U和频率f的正常范围为:88%U0U 110%U0(193.6V242V)f0-0.5f f0+0.5 其中,U0和f0分别为主电网的标准电压幅值和标准频率Click To Edit Title Style2.5 2.5 孤孤岛检测岛检测的相的相关标关标准准 检测时间检测时间:国国家家并网标并网标准要求在准要求在0.2s0.2s内内 谐谐波失波失真真度度(THD)(THD):国国家家并网标并网标准要求准要求5%5%负载负载品品质质因因数数QQf f:用用来来描述描述负载负载的的谐谐振能力。振能力。QQf f大大于于2.52.5
10、的情的情况况在在实际实际中不存在,所以一般中不存在,所以一般选选取取QQf f=2.5=2.5 并联并联RLC负载负载:最最难检测难检测的的孤孤岛岛现现象象状况状况,能在,能在该负载条该负载条件下成功件下成功检测检测出孤出孤岛岛的的检测检测方法,在其他方法,在其他负载条负载条件下也能有效件下也能有效检测检测出孤出孤岛岛。Click To Edit Title Style远程通信检测法远程通信检测法:利用公共电网端与逆变器端的远程通信实现的,通过远程通信手段监控输电线路、公共电网、分布式发电系统上所有继电器的状态,能够及时有效地检测出孤岛效应。优点优点:检测效率高,并且也适用于多重逆变器的分布式
11、发电系统中。缺点缺点:需要复杂的通信技术,成本高,尤其在小分式发电系统中性价比不高。被动检测法被动检测法:首先设定PCC点的电压幅值、频率等参数所允许变化的阈值,通过检测这些参数是否超出所设阈值来判断是否存在孤岛。优点优点:算法实现简单,不需要硬件设备,成本低,不影响电能质量 缺点:缺点:存在较大的检测盲区。主动检测法主动检测法:通过人为向分布式发电系统注入适当的扰动信号,使孤岛发生时PCC点的电压幅值或者频率迅速偏移并超过设定阈值,从而检测出孤岛现象。优点优点:检测效率高,检测盲区小缺点缺点:引入的扰动带来谐波失真,影响电能质量2.62.6 常用的孤常用的孤岛检测岛检测法法 Click To
12、 Edit Title Style2.72.7 孤孤岛检测岛检测的相的相关关基本基本概概念念 检测检测盲盲区区(Non-detection(Non-detection Zone,NDZZone,NDZ):孤岛检测算法失败的范围,通常用NDZ来判断孤岛检测算法的有效性。检测盲区一般用功率不匹配二维坐标空间表示法或者负载参数二维坐标空间表示法描述。功率不匹配二维坐标空间表示法一般适用于被动检测法,而负载参数二维坐标空间表示法适用于主动频率类检测法。Click To Edit Title Style2.72.7 主主动检测动检测法的三法的三种种盲盲区区描述方法描述方法 2.7.1 空间描述法:是负载
13、参数描述法的一种,但是对于不同的电阻R R有不同的盲区图,存在一定的缺陷。这里的L L表示负载电感,表示负载标准化电容,其定义为:normCLnormCLCCCCresnorm20孤岛发生时,并网逆变器与负载之间将达到一个新的平衡稳定点,即满足如下相角判据公式,这里 表示逆变器输出电流与电压的相位差,其取值由所采用的主动检测法决定)1(tan1CLRLoad0invLoad结合负载阻抗角公式 可以得出 空间描述法的盲区表达式:normCLinvnormLoadCLR)1(tan2021invClick To Edit Title Style 2.7.2 空间描述法:克服了 描述法在不同负载条件
14、下需要绘制不同NDZ曲线的缺点,但是这两个坐标参数存在耦合关系,不能直观反映出NDZ与负载参数间的对应关系。这里,为负载品质因数,为负载谐振频率。由于 和 会直接影响负载阻抗角 ,所以当电感L和电容C确定时,可以通过 来反映电阻R的变化。根据相位判据原理可以推导出 描述法的盲区表达式,如下所示:normCLresffQ LCRQfresffQresfLoadfQresffQ invresresfLoadffffQCLR)(tan)1(tan11若上式中的f 在施加主动扰动的作用下没有超过阈值,则表示该检测法失效,出现检测盲区。2.72.7 主主动检测动检测法三法三种种盲盲区区描述方法描述方法
15、Click To Edit Title Style 2.7.3 空间描述法:该描述法既能直观反映NDZ与品质因数之间的关系,较好地描述整个负载平面,又能避免两个坐标变量之间的相互耦合给孤岛检测法的性能比较带来的不便。这里,为类似于负载品质因数的参数,为最不利于孤岛检测条件下的标准化电容值,分别定义如下:normfCQ00fQnormCLRQf00resnormCCCLCres201其中,R、L、C分别为负载电阻、电感、电容;为公共电网角频率;为负载谐振电容。0resC2.72.7 主主动检测动检测法三法三种种盲盲区区描述方法描述方法 Click To Edit Title Style2.72.
16、7 主主动检测动检测法三法三种种盲盲区区描述方法描述方法 2.7.3 空间描述法公式推导normfCQ0 联立公式 、得:0)1(tan1CLRLoadresresnormCCCCC)1(invfCQ)1(2)(tan020020001由于 明显比 小得多,所以 ,重新整理上式得:0)(201)1(20invnormfCQ)12(tan00100invLoadinvresCCLR)1()()(1(tan001化简上式得:Click To Edit Title Style3.1 3.1 主主动频动频率偏移法率偏移法(AFD)(AFD)原理原理 对并网逆变器输出电流加入一定的扰动,然后检测光伏发电
17、系统与主电网公共耦合点(PCC)的频率f是否超出并网发电系统标准所规定的正常范围,若超出正常范围,孤岛发生,则并网逆变器停止运行。这里,扰动用截断系数 表示,其定义如下:fc2Ttczf而在该检测法下,逆变器输出电流与电压的相位差 可以表示如下:invTtzinvClick To Edit Title Style3.2 3.2 正反正反馈馈主主动频动频率偏移法率偏移法(AFDPF)(AFDPF)原理原理 AFDPF检测法与AFD检测法检测原理相同,是对AFD检测法的一种改进,即对PCC点电压频率运用了正反馈原理,其截断系数表示为:fkccff0这里,表示初始截断系数;表示反馈增益;由于公共电网
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