计及非线性负载的分布式发电系统孤岛检测研究

发布时间：2017-05-27 23:08

  本文关键词：计及非线性负载的分布式发电系统孤岛检测研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：摘要：随着近年来能源和环境问题的日益突出,对可再生能源的利用得到了国内外的广泛关注。分布式发电是利用可再生能源的有效手段,越来越多的可再生能源通过逆变器并接到电网上。分布式发电系统在并入电网时带来了一个重要的保护问题,即孤岛效应。并网逆变器是分布式发电系统接入电网的核心部分。本文以三相电压型逆变器为代表进行研究,分析了三相并网逆变器的数学模型及其双环控制策略,并在PSCAD/EMTDC上搭建了恒功率控制三相并网逆变器的仿真模型,在此基础上,搭建了反孤岛测试电路的仿真模型。在孤岛检测基本原理方面,本文对电压/频率检测方法进行了分析,在此基础上,深入分析其在ΔP×ΔQ坐标系中的检测盲区(Non-Detection Zone, NDZ)。根据诺顿原理分析了电压谐波检测法,电压谐波法虽然不存在检测盲区,但在伪孤岛情况下容易误动,且传统的反孤岛测试电路不适用于电压谐波检测方法的测试。同时,研究了功率扰动检测法,指明了功率扰动量需要满足的条件,功率扰动法对并网电能质量的影响主要在于扰动切换导致的电流谐波。目前,在研究孤岛现象时通常采用线性RLC负载模型,不能准确反映非线性负载所带来的问题,为了更好地评估孤岛检测的实际性能,在传统的反孤岛测试电路的基础上,给出一种带整流性负载的反孤岛测试电路,分析了整流性负载对电压/频率检测法的影响,并对电压谐波法进行了测试。仿真结果表明,整流性负载的存在会导致电压/频率检测法的检测盲区发生偏移,且偏移程度与整流性负载参数的大小有关；同时,带整流性负载的测试电路能准确反映孤岛情况下电压谐波的实际响应特性,且电压谐波的大小与整流性负载电阻的大小有关。在传统反孤岛测试电路基础上,确定了功率扰动法需要的最小功率扰动量的表达式,提出了自适应功率扰动法(Adaptive Power Disturbance,APD)。利用电压谐波启动功率扰动,进而提出了基于电压谐波和自适应功率扰动的混合式反孤岛策略。该方法既成功消除了检测盲区,也保证了在伪孤岛情况下不会误动作,同时,尽可能减小了功率扰动的频率与扰动量,因而对系统的电能质量影响较小。考虑非线性负载的影响,对自适应功率扰动方法进行了修正,保证了检测的可靠性。最后,研究了含多分布式电源的微电网反孤岛策略,给出了微电网反孤岛控制逻辑。在传统反孤岛测试电路、带非线性负载反孤岛测试电路以及微电网的场景下的仿真实验证明了本文所提混合式反孤岛策略的有效性和可靠性。
【关键词】：分布式发电 并网逆变器 孤岛检测 非线性负载 整流性负载 自适应功率扰动
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM61
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-21
• 1.1 研究背景和意义11-13
• 1.2 孤岛检测国内外研究现状13-18
• 1.3 本文的主要工作18-21
• 2 分布式发电并网逆变器的建模与仿真21-31
• 2.1 并网逆变器的工作原理21-22
• 2.2 并网逆变器的数学模型22-24
• 2.3 并网逆变器的控制策略24-27
• 2.3.1 控制系统典型结构24
• 2.3.2 外环控制24-25
• 2.3.3 内环控制25-27
• 2.4 并网逆变器在PSCAD/EMTDC中的建模与仿真27-29
• 2.4.1 并网逆变器仿真模型27-28
• 2.4.2 并网逆变器功率调控特性分析28-29
• 2.5 本章小结29-31
• 3 分布式发电系统孤岛检测基本原理31-45
• 3.1 RLC负载模型下的反孤岛测试电路及其建模31-32
• 3.2 电压/频率检测法原理与仿真32-38
• 3.2.1 孤岛系统的电压幅频响应特性32-35
• 3.2.2 ΔP×ΔQ坐标系中的检测盲区分析35-38
• 3.3 电压谐波检测法原理与仿真38-40
• 3.3.1 孤岛系统的电压谐波响应特性38-39
• 3.3.2 电压谐波检测法判据的选取与改进39-40
• 3.4 功率扰动孤岛检测方法原理与仿真40-44
• 3.4.1 功率扰动的扰动方式40-42
• 3.4.2 功率扰动量的设计42-43
• 3.4.3 功率扰动法对并网电能质量的影响43-44
• 3.5 本章小结44-45
• 4 考虑非线性负载时的孤岛检测性能分析45-55
• 4.1 典型的非线性负载：整流性负载45-46
• 4.2 带整流性负载的反孤岛测试电路46-47
• 4.3 整流性负载对电压、频率检测的影响47-52
• 4.3.1 整流性负载对孤岛后电压、频率的影响47-50
• 4.3.2 两种测试电路下检测盲区的比较50-51
• 4.3.3 整流性负载参数对电压、频率检测的影响51-52
• 4.4 电压谐波检测方法的性能测试52-54
• 4.4.1 带整流性负载反孤岛测试电路下的电压谐波检测52-54
• 4.4.2 整流性负载参数对电压谐波检测的影响54
• 4.5 本章小结54-55
• 5 混合式孤岛检测技术研究55-75
• 5.1 自适应功率扰动法55-58
• 5.1.1 自适应有功扰动55-57
• 5.1.2 自适应无功扰动57-58
• 5.2 RLC负载模型下的混合式反孤岛策略58-64
• 5.2.1 基于电压谐波和自适应功率扰动的混合式反孤岛策略58-61
• 5.2.2 算例仿真分析61-64
• 5.3 考虑非线性负载时的混合式反孤岛策略64-68
• 5.3.1 混合式反孤岛策略的修正65-66
• 5.3.2 算例仿真分析66-68
• 5.4 含多分布式电源的微电网反孤岛策略研究68-72
• 5.4.1 微电网下的混合式反孤岛策略68-69
• 5.4.2 算例仿真分析69-72
• 5.5 本章小结72-75
• 6 结论与展望75-77
• 参考文献77-83
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果83-87
• 学位论文数据集87

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本文编号：401395