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针对分布式电网系统提出一种新型偶次谐波注入新的主动式孤岛检测方法。详细描述了该检测方法的原理,分析了注入的偶次谐波的取值范围,并详细阐述了检测方法中的滤波算法。此方法是通过在输入电流参考信号中加入一个很小的偶次谐波扰动,由并网和断网前后偶次谐波电压变化来实现孤岛检测。通过MATLAB/Simulink仿真对该方法进行了验证,此方法检测速度快,鲁棒性强,无检测盲区,对电能质量影响小,同时能应用于多台逆变器并联运行的孤岛检测问题等优点。仿真结果达到了预期效果。
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第 1 期
2014 年 1 月
电源学报
Journal of Power Supply
No.1
Jan.2014
罗振环袁杨富文
(华东理工大学信息科学与工程学院袁上海 200237冤
摘要院针对分布式电网系统提出一种新型偶次谐波注入新的主动式孤岛检测方法遥 详细描述了该检测方法的原
理袁分析了注入的偶次谐波的取值范围袁并详细阐述了检测方法中的滤波算法遥 此方法是通过在输入电流参考信号
中加入一个很小的偶次谐波扰动袁由并网和断网前后偶次谐波电压变化来实现孤岛检测遥 通过 MATLAB/Simulink
仿真对该方法进行了验证袁此方法检测速度快袁鲁棒性强袁无检测盲区袁对电能质量影响小袁同时能应用于多台逆变
器并联运行的孤岛检测问题等优点遥 仿真结果达到了预期效果遥
关键词院孤岛检测曰比例谐振曰集员滤波曰偶次谐波
A New Active Islanding Detection Method Based on
Even Harmonics Injection
LUO Zhen-huan, YANG Fu-wen
( School of Information Science & Engineering, East China University of Science & Technology, Shanghai 200237, China)
Abstract院 A new active anti -islanding detection method based on injecting the even -order harmonics in the
distributed power system was proposed, which fully describes the principle of the detection method and analyzes the range
of the even harmonics. This method is based on injecting a small even-order harmonic disturbance in the input current
reference signal. The variations of the even -order harmonic voltage under grid -connected and grid -off circumstances
were compared. This method was verified by MATLAB/Simulink simulations, and it has a fast detection speed, good
robustness, none NDZ, small impact on the power quality and can also be applied to the anti-islanding detection problems
for multiple inverters parallel operating systems. The simulations achieve the expected results.
Key words院 islanding detection; proportional resonance; set membership filtering; even harmonics
收稿日期院2013-05-23
基金项目院国家自然科学基金项目(61174064)曰国家重点基础研究发
展计划(973 计划)项目(2012CB720502)曰中央高校基本科研业务费专
项资金(WJ0913001)
Project Supported by National Natural Science Foundation of China
(61174064); National Basic Research Program of China (973 Program)
(2012CB720502); Fundamental Research Funds for the Central Univer鄄
sities (WJ0913001)
孤岛效应是指由于人为或故障原因造成电网
断开后袁分布式供电系统仍继续工作并向本地负载
供电的现象
[1]
遥 孤岛现象会威胁到电网维护人员以
及用户的人身安全袁影响电能质量袁重合闸时有可
能对电力装置造成损坏遥根据 IEEE929-2000 标准
[2]
袁
分布式系统需及时发现孤岛并在 2s内停止向局部
负载供电遥
孤岛检测方法一般分为两类院被动检测法和主
动检测法遥 被动检测法通过测量孤岛发生前后各种
电气参数的变化发现孤岛效应袁主要包括欠/过电压
(频率)检测法
[3-4]
尧相位跳变监测法
[5]
尧谐波监测法
[6]
尧
基于人工智能的孤岛检测法遥 这类方法的优点是不
会对并网电流的电能质量造成影响袁缺点是阈值难
以选择袁抗干扰能力差袁存在较大检测盲区遥
DOI院10.13234/j.issn.2095-2805.2014.1.15 中图分类号院TP29 文献标志码院A
电源学报电源学报 总第51 期
主动孤岛检测法通过向电网中施加一定的扰
动袁并观察系统对扰动的反应来判断是否发生了孤
岛遥 主要包括阻抗检测法
[7]
尧主动频率偏移检测法
[8]
尧
正反馈主动频率偏移法尧滑膜频率漂移法
[9]
尧电压偏
移法
[10]
等遥这类方法的优点是检测盲区小袁缺点是对
输出产生了一定的不良影响遥
本文提出一种新型偶次谐波注入的主动式孤
岛检测方法遥 在逆变器的参考电流信号中加入偶次
谐波扰动袁由于电网中偶次谐波的含量很小袁几乎
可以忽略不计遥 所以添加偶次谐波扰动在电网并网
和断网前后有明显的差异袁以此作为检测孤岛的信
号遥 该方法相比于传统的主动式孤岛检测方法检测
速度快袁鲁棒性强袁几乎没有检测盲区袁对电能质量
影响小袁同时能应用于多台逆变器并联运行的孤岛
检测问题等特点遥
图 1 是基于单相光伏并网发电系统所建立的
孤岛检测模型的系统图袁由光伏阵列尧逆变器尧LC 滤
波环节尧本地负载和电网所组成遥 在逆变控制器的
输入端加入偶次谐波扰动袁并通过 PCC 端电压来作
为孤岛检测信号遥 本文孤岛检测系统中的逆变器控
制策略采用基于电流的比例谐振控制
[11]
袁在电流比
例谐振控制器的基础上额外添加基倍频率的比例
谐振积分作为谐波补偿控制器袁以此来补偿逆变器
所产生的谐波干扰遥
比例谐振控制器和谐波补偿控制器的传递函
数分别为院
(1)
(2)
式(1)尧(2)中 棕
0
表示基波频率袁G
PR
为基波比例
谐振控制器袁G
HC
为 3尧5尧7 次谐波补偿控制器遥 比例
谐振控制是在指定的基波频率处引入一个无穷大
的增益来消除该频率上的稳态误差袁因此对正弦信
号具有零稳态误差跟踪能力遥由公式(2)引入了 3尧5尧
7 次谐波补偿比例谐振控制器袁 能在对应频率范围
内起到消除稳态误差的效果遥
在逆变器控制中袁添加多个谐波补偿比例谐振
积分来抵消逆变器所产生的 3尧5尧7 次的谐波干扰袁
减少注入的偶次谐波信号受到其影响而产生的误
检测袁如图 2 所示为逆变器控制框图遥
图 2 逆变器控制框图
本文所采用偶次谐波注入孤岛检测方法的原
理是在逆变控制器中袁在给定参考电流的输入信号
中加入偶次谐波扰动作为参考电流 I
ref
遥 由于电网中
偶次谐波的含量很小袁几乎可以忽略不计遥 所以添
加偶次谐波扰动在电网并网和断网前后有明显的
差异袁以此作为检测孤岛的信号遥
I
ref
=I
1
sin(棕t+兹)+I
2N
sin(2N棕t+兹)(3)
式中院I
1
为逆变输出基波电流曰I
2N
为注入偶次
谐波电流曰N 为偶次谐波阶数袁假定 兹=0遥 注入的偶
次谐波电流流入 RLC 负载反应到公共耦合点(PCC)
的电压中袁产生偶次谐波电压遥 当电网连接时袁由于
图 1 单相光伏发电并网系统孤岛检测模型
16
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