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三次谐波扰动分布式光伏并网逆变器孤岛检测技术

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  首先在αβ坐标系下构建了频率自适应锁相器,用于快速准确地捕获电网相位;然后研究了一种通过相位扰动实现三次谐波分量注入的具体方法,并确定了扰动系数的选择依据,同时借助具有高速运算性能的滑动Goertzel滤波器对公共耦合点处的三次谐波电压进行提取,以便能快速检测系统是否发生孤岛。最后通过仿真及实验验证了所提方法的可行性和有效性。

  考虑到新型可再生能源清洁无污染及储量丰富等诸多强力优势,能源产业的结构调整正在世界范围内广泛兴起。发展新型可再生替代能源,提高清洁电力供应,从长远考虑,无论在技术提高、环境保护,还是在经济发展等方面都将会有实质性的促进意义。

  以太阳能、风能、生物质能等主导型可再生能源建立发展起来的分布式发电系统(Distributed Generation System,DGS)旨在为用户提供优质、清洁、高效能的电力资源。

  分布式发电系统以其经济、高效等诸多优势,业已在可再生电力能源产业中获得了新发展。分布式发电系统中的孤岛现象通常理解为:当主电网因电气故障、检修或误操作等原因与分布式发电系统失联后,发电系统作为独立电源将继续对本地负载供电,形成独立不可控的自给电力系统。

  按照孤岛检测标准UL 17417和IEEEStd1547的相关规定,任何分布式并网发电系统必须具有孤岛检测功能,并在规定时间内迅速完成检测,及时封锁逆变器。

  主动式检测方法通常采用对逆变器控制中的某个参量(如电流频率、电流相位、电流幅值、电流谐波和电压等)施加扰动的措施,来观测公共耦合点(Point of common coupling,PCC)处的某些参量变化,来判断是否发生孤岛。

  主动式检测方法的首要问题是扰动信号的选定。如果扰动信号频率过高,则会放大本地负载品质因数的作用,导致孤岛难检;如果采用偶次谐波作为扰动,又不得不面对偶次谐波难以消除的困扰。

  纵观与孤岛检测相关的大部分文献资料,很少有学者结合电压同步技术提出相应的孤岛检测新方法。此类方法的关键在于如何平衡扰动与同步锁相的关系,换言之,施加的扰动不能改变或影响同步提取信号中的电压过零点的位置。

  孤岛检测的另一个重要问题在于检测的快速性,而快速性的实现恰恰需要依托具有较少运算量的数据处理算法来完成。

  本文首先在由频率自适应同步锁相器所得的相位角上整周期地注入一个小幅的正弦扰动,然后通过具有高速运算性能的滑动Goertzel滤波器提取vPCC中由扰动相位带来的三次谐波电压,并与孤岛检测阈值比较,来判定系统是否发生孤岛。最后由仿真及实验验证所提方法的可行性及有效性。

  结论

  首先通过频率自适应锁相器获得了电网的相位角,然后提出了实现向并网电流注入少量三次谐波的相位扰动法,并通过滑动Goertzel滤波器对PCC处三次谐波电压的快速提取实现孤岛检测。最后通过仿真和实验验证了方案的可行性和有效性。

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