有功电流全扰动孤岛检测法的分析研究

摘 要：分布式电源并网发电系统主要是依靠风力、光伏、生物等动力能源来进行发电的，如果电网暂时断电或电源与电网不相互接触时，这样会利用继续工作的并网发电子系统和其周围的负载形成一个封闭独立供电的孤岛系统。伴随着分布式并网发电系统的应用普及，孤岛效应的发生概率也随着逐步增加，必须有效地预防这种现象，防止出现孤岛问题，因此对有功电流全扰动孤岛检测法的分析研究对研究解决孤岛问题具有重要的意义。

关键词：有功电流；孤岛检测；施加扰动

1 全扰动孤岛检测原理

采取通过逐步减少扰动量对进网功率产生的影响，进而影响到在并联供电的条件下同时出现几个分布式发电系统的状况，利用一种有功电流全扰动进行孤岛检测，本文就这种检测方法如下一些分析研究。

在已有电流的基准Ig上，施加一个周期性扰动信号Igd和一个能让电网周期性产生作用的扰动信号Id两个信号，就把这种算法定义为全扰动控制算法。并且要在施加扰动开始前，需要鉴别输出电压发生变化的大小，进而根据情况施加对应的扰动，从而依靠这两个扰动信号的相互配合作用来达到检测孤岛的目的。

对于电流控制型逆变器，如果电流的输出完全是依照基准，则输出电流幅值I0可表示为：

其中：I0表示电流设定幅值，Igd表示发生周期性扰动信号的幅值，Id表示任何一个都发生作用的每个周期扰动幅值。其大小可通过以下方程组来表示：

上式中，ID为周期性扰动信号的大小，Id为每个周期的扰动递增量。Δx为扰动量大小。U0（k）为该周期逆变器输出电压的最大幅值，U0（k-1）为上一周期逆变器输出最大幅值。可见这两扰动信号的幅值变化情况与输出电压有很大关系。

如果不给予一个电流施加扰动，则输出电流是同原有电流Ig具有相同的频率、相同相的正弦信号，对于电流控制性逆变器有输出电流I0=Ig，再施加扰动信号Igd与Id过后实际的输出电流为：

其中：ω为电网角频率。

并网时：输出端节点电压受电网电压钳制，其大小同电网电压相同，不发生变化，于是扰动信号Id保持零不变，不增加增量，不进行周期扰动时，逆变器的进网电流是一个恒定值，当进行周期扰动的过程中，这时进网电流幅值最终减小Igd，周期性扰动完成后，进网电流又恢复到初始值。

断网后：逆变器输出端电压是负载Z与输出电流共同作用的结果，如下公式是输出端电压的计算公式：

（4）

进而通过观察逆变器输出端电压的改变情况来检测孤岛的发生或未发生，实现对孤岛危害的预防，减少事故的发生。

2 断网后三种检测情况的研究分析

2.1 假设负载所需功率小于电流控制性逆变器输出功率时，则逆变器输出电压随着增大，即U0（k）>U0（k-1）。则由公式（2）可知：Id=Id+Δx，于是总的电流基准增大，输出电流也相应的增大，可由公式（4）知输出电压将会产生更大的变化，由于Id每个电网周期不断递增累加，最终导致输出电压不断增大，结果会使得超过规定的上线值，从而检测到孤岛的出现。假设在这个检测情况中周期性扰动信号Igd同样也出现，则Igd也是一正值，进而两扰动信号共同发挥作用，使得输出电压增加速度加快，能够加速孤岛的检测过程，减小检测的时间。其变化趋势如图1 （a）所示。

2.2 假设负载所需功率大于电流控制性逆变器输出功率时，则电流控制性逆变器输出电压将随着减小，即U0（k）

2.3 假设负载所需功率与电流控制性逆变器输出功率相同时，那么逆变器输出电压将不会改变，也就是Id=0，在周期性扰动还未施加之前，两扰动都没有起到作用，输出电压将会维持一个恒定值不变，所以达不到检测出孤岛是否发生的目的。然而当周期扰动出现时，存在U0（k）=U0（k-1），则由式（1）可知：Igd=-Id。这会让电流基准减小，那么输出电压随着减小，后面的一些过程都与负载所需功率大于逆变器输出功率的情况发生过程一致，也可以检测到孤岛发生的情况。

2.4 扰动信号参数设计

在周期性扰动信号Igd的设计中考虑以下两问题：

（1）扰动信号Igd的周期不能太长，太长可能影响孤岛检测的速度，太短又使并网时进网功率变化频繁，影响系统稳定。

（2）Igd的作用量不能太大，太大当并网时，在带关键性负载的并网模式下，当周期性扰动发生作用时，逆变器输出功率可能小于负载所需功率，则存在电网向负载传输能量的情况。

设扰动信号扰动Igd比例为x1，扰动周期为t1。扰动信号Id的扰动比例为x2，检测周期数为n，电网周期为T，设检测阀值范围为（0.88Un～1.1Un），Un为电网额定电压幅值。断网后，在功率不匹配的情况下，当输出电压变大时，只要满足：

取其最大值nx2>0.12。则其检测时间为nT，这期间如果Igd发生作用，则检测时间更短。在功率不匹配的情况，最长检测时间为：t1+nT。当输出电压幅值小于0.5Un或者大于1.37Un时，完全可以通过被动法检测出来。

根据以上的分析总结，可以得出这种有功电流全扰动控制的孤岛检测方法是没有盲区的，是可以完全有效的检测出孤岛的发生。增大扰动信号Id的扰动比例可以加速检测的过程，减小检测的时间。

参考文献

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作者简介：陈江艳（1984-），女，汉族，湖北宜昌人，硕士，讲师，三峡大学科技学院，研究方向：电力系统。