i孤島檢測方法中主動頻率偏移法的分析研究綜述在所有的孤島檢測方法中，被動法的檢測閾值難以設定而且檢測盲區(qū)比較大，因此經(jīng)常不去獨立使用，通過與主動檢測法相結(jié)合完成檢測目的。主動式檢測方法是將電壓，頻率等擾動信號主動假如光伏發(fā)電系統(tǒng)之中，正常運行的情況下，這些擾動對由于電網(wǎng)的牽制作用將不會有太大的變化不影響電網(wǎng)的穩(wěn)定。當發(fā)生孤島效應以后，這些主動加入的擾動信號將會被放大數(shù)倍，使得電網(wǎng)不可以穩(wěn)定運行，此時不論是檢測人員還是電器設備都將會造成損害，重者將會危及人的生命安全。所以我們必須在孤島發(fā)生后迅速的檢測出孤島現(xiàn)象避免造成更多的傷害。常見的主動檢測法中因為主動頻率偏移法（AFD）容易實現(xiàn)而且在生活中也比較常見，而該方法主要依據(jù)與增加擾動來檢測并且檢測相對與比較迅速而且檢測盲區(qū)相對比較少。接下來本章將對從孤島檢測的盲區(qū)入手，再從主動頻率偏移法的工作原理，接著從matlab/simulink中進行仿真驗證來分析其結(jié)果的使用性。孤島檢測盲區(qū)分析孤島檢測盲區(qū)是指我們所檢測的一定范圍內(nèi)，該種方法會引起檢測失敗，并且不能夠迅速有效的檢測出孤島現(xiàn)象，如圖4.1所示，因此NDZ可以作為評價孤島檢測方法的一種檢測標準。NDZ值越小，孤島檢測方法越準確，然而在實際應用中NDZ也不能太小，否則將會引起檢測的誤判斷。圖4.1孤島檢測盲區(qū)示意圖由上圖可以看出，根據(jù)負載功率，與分布式光伏發(fā)電電源輸出功率,的不匹配度,以及設定的孤島檢測盲區(qū)范圍可以確定電壓頻率和幅值的閾值。圖4.1還可以從另外一方面說明采用過/欠電壓（OUV），高/低頻率（OUF）保護的孤島檢測方法存在弊端，落在圖中NDZ范圍內(nèi)該種檢測方法可以說是失效的，不能檢測出孤島狀態(tài)，因此必須與其他孤島檢測方法相互配合。主動頻率偏移法檢測原理光伏發(fā)電系統(tǒng)連接市電工作時逆變器側(cè)輸出電流可表示為REF_Ref22865\r\h[12]：（4.16）從公式（4.16）可以看出，只需要改變電流幅值I、頻率和相角三個變化量中的任何一個，都會使得輸出電流發(fā)生變化。如果我們對三個變量中任意選取一個量，并且給其施加一個周期性變化的擾動信號，當市電網(wǎng)絡正常工作時該擾動不會對電網(wǎng)質(zhì)量產(chǎn)生影響，但是當市電斷開后，這些擾動會使得公共連接點處的頻率，角速度發(fā)生變化，如果這些變化的范圍超過我們所設定的閾值，則將會引起孤島檢測的發(fā)生。AFD法其實就是改變式（4.16）中的頻率，將DC側(cè)輸出電流在原有頻率上添加一個值為的擾動信號，由于添加了擾動所以其輸出的波形將不在是原有的標準的正弦波，而是出現(xiàn)了一段零點流，這段零點流所經(jīng)過的時間稱為死區(qū)時間，這一擾動會將會使得PCC處將會產(chǎn)生改變，根據(jù)變化的范圍，判斷其是否超出我們所設定的頻率范圍，即可鑒別出是否處于孤島狀態(tài)。施加擾動后逆變器AC側(cè)輸出電流波形如圖4.2所示，表達式為：（4.17）通過公式（4.17）來控制光伏逆變器側(cè)值的輸出，這樣會引起此時所采集的輸出電流比我們之前所采集的前一個時刻的采樣電壓波形將會提前到達零點值，然后該段零點電流將會保持一段時間輸出，等待電壓波形過零點后二者同時進行下一個周期輸出。下圖4.2中，是一個正常情況下的電網(wǎng)電壓波形，表示逆變器側(cè)所輸出的電流波形，表示這兩個波形過零點時所等待的時間差值。定義斬波時間cf，電流電壓之間的相位差為：（4.18）由于可以表示為：（4.19）所以相應的可以表示為：（4.20）如果市電網(wǎng)絡處于正常的工作情況時，則PCC點處的電壓與電流將不會出現(xiàn)相位差，換句話說就是保持著相位不變繼續(xù)穩(wěn)定運行，相反如果系統(tǒng)只有DG電源單獨向負載供電，則逆變器側(cè)輸出電壓就會跟隨電流頻率的改變做出不斷的調(diào)整，一直工作到超出孤島所設定的頻率限值，判定其為孤島現(xiàn)象。其工作流程圖如圖4.3所示。圖4.2AFD工作原理圖圖4.3AFD工作流程圖主動頻率偏移法仿真及結(jié)果分析利用matlab/simulink進行仿真模型的搭建，其該模型主要由直流電源代替DG系統(tǒng)，也稱為分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)由逆變器，斷路器，市電，負載和孤島檢測部分組成。電路連接結(jié)構(gòu)主要分為主電路和控制電路，其中主電路如下圖4.4所示。圖4.4主動頻率偏移法主電路結(jié)構(gòu)仿真原理圖該主電路中包括PLL鎖相環(huán)，AFD法的s函數(shù)以及PI控制等器件組成，PLL中最小頻率設置為49.5Hz,通過PLL鎖相環(huán)輸出頻率和相位，交給AFD程序判別是否發(fā)生孤島效應，將其理論輸出值與控制電路中實際檢測值做出比較分析，然后通過PI控制調(diào)節(jié)靜差率，使得靜差率趨于0，其中PI控制中參數(shù)設置為，。圖4.4中的afdpf模塊主要為圖4.3的流程圖通過matlab編譯成S函數(shù)（見附件），只有將S函數(shù)和仿真原理圖相結(jié)合才能判斷出孤島效應所需的時間。主動頻率偏移法控制回路仿真原理圖如圖4.5所示。圖4.5主動頻率偏移法控制電路仿真原理圖該控制電路中，我們用直流電源代替光伏發(fā)電系統(tǒng)，其直流電壓為360V，電網(wǎng)電壓為380V，頻率為50Hz,負載電阻為5，L=3mH,設置的總仿真時間為0.6S，我們設置斷路器在0.2S時刻斷開來模擬孤島的產(chǎn)生。最后經(jīng)過仿真來判斷當斷路器斷開后最短時間內(nèi)可以檢測到孤島效應，以此反應此種方法的檢測速度。整體電路圖如圖4.6所示。圖4.6主動頻率偏移法孤島檢測仿真模型其主要工作原理為，我們起初將設定的頻率，電壓，相位參數(shù)放于afdpf的S函數(shù)中，作為我們的理論值。將直流電源輸出電流，電壓交給逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，經(jīng)過濾波電路進行濾除，我們將采集到的實際值與最初設定的理論值作比較，再將差值交給PID通過調(diào)節(jié)使其達到一種無靜差的結(jié)果，將其輸出值通過前饋反饋給控制電路由電流表進行數(shù)據(jù)采集。最終通過波形來判斷其當短路器斷開以后到系統(tǒng)檢測出孤島所需要的檢測時間。其仿真結(jié)果如圖所示。圖4.7并網(wǎng)點電壓波形從圖中可以看出當0.2S時刻斷路器斷開形成孤島，斷開電網(wǎng)前后電壓變化不太明顯，但是經(jīng)過一段時間后電壓逐漸減小直至為零。該狀態(tài)一直持續(xù)到仿真結(jié)束。而之所以選取調(diào)節(jié)后的前饋1/4電壓是因為當實際生活中系統(tǒng)進行工作時當時刻所采集的電壓不能立即參與比較，而必須利用到上一個周期的1/4數(shù)據(jù)來進行比較，該操作目的是讓其結(jié)果更符合實際情況。圖4.8逆變器側(cè)輸出電流波形圖4.9并網(wǎng)電壓頻率波形由圖4.8，圖4.9可以看出當斷路