低频电源注入式主动孤岛检测方案

发布时间：2020-01-24 03:06

【摘要】：用户侧并网的分布式电源发生孤岛运行的可能性较大,从用电安全和电能质量考虑,必须快速、准确地检测出孤岛。提出一种外加20Hz低频电源注入式主动孤岛检测方案,把相当于零序分量的20Hz分量注入380V系统,根据孤岛发生前后20Hz分量的变化特征识别孤岛。对方案的构成、检测原理、参数设计及对电能质量的影响进行详细描述和分析,并用MATLAB进行建模仿真,验证了分析结果的正确性。根据分析结果提出基于绝对值幅值比较原理的孤岛识别判据,并在分布式电源并网接口装置中进行了实现。最后,在某小型屋顶分布式光伏发电系统中进行了实验验证。
【图文】：

等效电路图,零序,等效电路图,低频电源

容抗；ＺＴｓ０′为１０ｋＶ配电变压器零序阻抗。各参数均为２０Ｈｚ下折算到接地单相小变压器二次侧的值。图２低频电源注入式孤岛检测方案零序等效电路图Ｆｉｇ．２Ｚｅｒｏｓｅｑｕｅｎｃｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｄｉａｇｒａｍｏｆｉｓｌａｎｄｉｎｇｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｂａｓｅｄｏｎｌｏｗｆｒｅｑｕｅｎｃｙｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｉｎｊｅｃｔｉｏｎ相比其他参数，激磁阻抗和负荷零序阻抗数值很大，对孤岛检测影响不大，为便于分析将零序等效电路图进一步简化，如图３所示。图３简化零序等效电路图Ｆｉｇ．３Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｚｅｒｏｓｅｑｕｅｎｃｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｄｉａｇｒａｍ设低频电源电压幅值为Ｅ，当ＱＦ１和ＱＦ３合闸运行时，检测单元测量的２０Ｈｚ电压、电流幅值为：ＵＪ＝（ＺＴｓ０′／／ＺＣ′＋ＺＴ０′）／／Ｒｎ（ＺＴｓ０′／／ＺＣ′＋ＺＴ０′）／／Ｒｎ＋ＲｉＥ（１）ＩＪ＝ＵＪＺＴｓ０′／／ＺＣ′＋ＺＴ０′（２）由于３８０Ｖ系统为直接接地系统，系统正常运行时电缆的对地容性电流非常小，可以忽略，式（１）、式（２）可简化为：ＵＪ＝（ＺＴｓ０′＋ＺＴ０′）／／Ｒｎ（ＺＴｓ０′＋ＺＴ０′）／／Ｒｎ＋ＲｉＥ（３）ＩＪ＝ＵＪＺＴｓ０′＋ＺＴ０′（４）１１５李瑞生，等低频电源注入式主动孤岛检测方案

电流波形,仿真模型

（１６）此外，由式（８）可得：κ≈ＲｎＺＣ′（ＺＣ′＋ＺＴ０′＋Ｒｉ）Ｒｎ＋Ｒｉ（ＺＣ′＋ＺＴ０′）（１７）可见，Ｒｎ值大，κ值小，也就是在确定注入频率ｆｄ和额定输出电压Ｅ的情况下，Ｒｎ值大有利于降低对电能质量的影响，同时有助于限制检测回路中的工频不平衡电流，提高孤岛检测的精确性。３仿真验证本文在ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下进行仿真分析验证。仿真模型系统依照图１、图２搭建，如图４所示。图中，，ＳＶＰＷＭ表示空间矢量脉宽调制。根据２．１节、２．２节中的分析，仿真验证最终选择各元件参数如下：三相电网电压／频率为３８０Ｖ／５０Ｈｚ，２０Ｈｚ电源模块容量Ｓｄ为３０Ｗ、输出电压Ｅ为１５Ｖ，低频电源内阻Ｒｉ为３０Ω；单相接地变压器二次侧并联电阻Ｒｎ为６Ω，单相接地小变压器变比为２２０ｋＶ／３６ｋＶ，逆变器额定功率为１０ｋＷ，并联ＲＬＣ负载有功功率为１０ｋＷ、无功功率为８０ｖａｒ。图４仿真模型Ｆｉｇ．４Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ仿真结果图见附录Ａ图Ａ１。可知，在并网运行时由于１０ｋＶ配电变压器零序阻抗ＺＴｓ０′远小于并联电阻Ｒｎ，２０Ｈｚ测量电压很小，该值经单相接地小变压器升压后也小于２％的３８０Ｖ系统额定相电压，２０Ｈｚ测量电流较大，约０．５Ａ，所以注入３８０Ｖ系统的２０Ｈｚ低频分量对电能质量基本没影响，系统电压、电流波形很好。０．３ｓ时ＱＦ１断开，分布式电源及其就地

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