分布式光伏系统的孤岛检测方法的设计

江富春 董恩智 王研 闰超 贾春贺

摘要 分布式光伏发电系统并网点处的电压谐波由系统扰动、本地负荷和光伏发电系统共同确定，本文通过小波算法和FFT算法同时对并网点电压信号进行特征量提取并进行动态门槛的判断，结合两种方法提高孤岛检测准确性。

【关键词】分布式光伏 孤岛检测

1 引言

利用光伏发电等形式开发利用光能，分布式光伏发电本着就近原则，将光能转换的电能输送给附近中小功率的用户。本文对分布式光伏发电进行了概述，列举了其存在的问题，并设计了一种新型的分布式光伏系统的孤岛检测方法，以供相关课题的研究的借鉴。

2 分布式光伏发电概述

光伏发电是利用太阳能电池板这种半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能，并通过逆变器使之转变成电能的发电方式。分布式光伏发电系统，就是利用以光生电效应原理制成的太阳能电池将太阳能直接转换成电能。

3 分布式光伏发电系统存在的问题

当电网遇到不可控因素发生故障时，分布式发电系统不能根据整个系統的指示进行断电，而是与某一区域的用户设备形成一个局域电网，进行电能传输，这种非正常情况下形成独立供电系统的现象称为孤岛效应。分布式光伏发电有很多独特优势，同时分布式光伏发电系统在运行的过程中仍会存在很多的问题，例如逆变器参考电流值的确定，最大功率点的控制以及孤岛效应问题。

4 孤岛检测方法设计

4.1 设计原理

通过小波算法对并网点电压信号进行多层小波变换，通过小波系数判别系统谐波突变的发生，动态跟踪突变判定门槛，计算谐波突变持续的时间;同时对小波系数进行时域重构，分离出高次谐波波形，再通过快速傅里叶变换计算主要谐波信号，计算谐波含量，动态跟踪含量判定门槛，判别谐波含量是否发生突变，两个判定共同判定孤岛的发生。

4.2 方法说明

首先利用小波分析来准确判定谐波发生的时刻和持续时间（如图1所示）：

（1）电网波形为工频f0为50Hz的周期正弦波，实际中由于非线性负载或开关器件存在着工频整数倍频率的电压或电流谐波干扰。在分布式光伏发电系统中，奇次谐波所含比例较重，在低频段内，尤其是三次谐波和五次谐波，它们的变化也较为明显，所以我们主要将基波、三次、五次谐波的特征量进行提取和判断。

（2）首先使用小波分析多分辨率分析方法，采用Daubechies4小波作为小波基函数。

（3）谐波频带的划分，使每个子频带尽量含单一的谐波分量，尽量不受其他谐波的影响，同时受DSP处理器的采样频率限制，采样频率为f_s=6.4kHz。

（4）采取五层分解，可以将所期望的谐波信号有效的分布在各子频带中，使算出的小波系数更具代表性。

（5）对原始采样信号使用Mallat快速算法得到六个小波系数，分别为：

di（n）， i=l，2，…6;

其中d.（n）为小波系数，n为离散采样时间引索，d1（n）对应的子频带为[0，f_s/64]，即0-100Hz，基频频率f0正好位于该子频带的中央;

（6）设定一个判定门槛，当求出（Dma。-Dmean）/Dmean大于门槛时，认为出现了高次谐波突变点，可以如此计算出高次谐波突变的起止时刻，计算出高次谐波突变持续的时间t0，反之则认为系统稳定。

（7）突变判定门槛的动态设定，功能投入初始化时将突变判定阀值设置为0，判断突变判定阀值是否为0，如果为0，则将基波的分量系数设置为突变判定阀值，判定结果不会超出门槛。功能开始投入后，实时求出一个周期数据窗口内获得的各分量系数绝对值的平均值Dmean以及绝对值的最大值Dmas，计算（Dmax-Dmean）/Dmean，并将计算结果存储。

（8）如果高次谐波突变持续的时间t0大于设定的判定时间门槛T0，则认为满足突变时间条件;如果还未大于T0时，高次谐波突变点消失，则t0赋值为0，重新等待下一次计算。

（9）如果未发生高次谐波突变，则认为系统稳定，未发生孤岛现象。如果发生高次谐波突变，并且持续了时间t0。则认为有可能发生了孤岛现象。

（10）系统同时将d1（n）、d2（n）和d3 （n）经过通带梳状滤波器之后进行Mallat重构，得到重构后的各次谐波的时域波形y（n）。

（11）再将时域波形y（n）进行快速傅里叶变换得到y（w），再将基波，三次谐波、五次谐波的有效值E1、E2、E3提取出来。E1*100%，E3/El*l00%所占比例大于门槛时，认为高次谐波含有量有了改变，反之则认为系统稳定。

（13）关于幅值判定需要的门槛，需要动态跟踪系统的运行情况。

功能投入初始化时将幅值门槛Refl和Ref2设置为1;计算基波、三次谐波、五次谐波的有效值E1、E2、E3，分别计算E：/E1*100%、E3/ E1*100%，并将两个计算结果按组别各自存储;

（14）关于孤岛情况的判定。如果同时满足突变时间条件和谐波含量条件，则认为有孤岛发生，发出跳闸指令。

4.3 方法的优点

本发明通过对电网的电压信号进行滤波和小波变换，能够准确分析、判别谐波如三次谐波和五次谐波的突变发生时间，并根据小波重构后的时域波形计算高次谐波含量即幅值，在结合动态跟踪判决门槛如突变判定阀值、幅值门槛的设定，使得孤岛现象的判别更加准确而不盲目，在最大限度减少检测盲区的存在，保证分布式光伏发电系统并网运行的可靠性。

5 总结

本文对分布式光伏发电进行了概述，论述了其可能存在的问题，并设计了一种分布式光伏发电的孤岛检测方法，以供后续相关课题研究借鉴。

参考文献

[1]吴琦，分布式光伏发电：中国光伏产业可持续发展的有效途径[J].中国电力教育，2013（36）：197-198.

[2]高青，太阳能光伏发电[J].中国科技博览，2012 （27）： 405-407.