交流微电网被动孤岛检测方法的研究

论文总字数：26737字

摘 要

16011326 刘雍达

指导教师 张炎平

近年来，随着清洁能源的不断发展，分布式发电在电网中占到越来越多的比重。分布式发电虽然给电网带来各种各样的方便，但其技术方面还有很大的提升空间，在运行过程中还存在各种安全隐患。孤岛效应就是其中之一。

在利用清洁能源发电过程中，由于分布式电源(Distributed Generation ,DG)是独立发电，会出现独立发电而不能自主切断的孤岛。孤岛现象是指在主电网与微电网断开的时候，微网侧会有一个自给供电的孤岛，这个系统不受主电网状态的影响。由于在电网断开时逆变电源还在供电，会影响到检修人员的安全，并且由于孤岛出现后的微电网不稳定，会产生较大的波动，影响到设备的运行与人员人身安全。因此，孤岛检测的研究成为了分布式发电中非常重要的工作。

本文通过电力网络并网实现对分布式电网的仿真，并通过对被动孤岛检测的仿真分析被动检测法的可行性，并对检测盲区进行判定。本文的仿真电路通过Matlab/Simulink软件仿真实现。

本文选用的方法是被动检测方法中的电压相位突变检测法。本文在逆变器并网电路的基础上对孤岛现象进行了模拟，并在主网与微网分离之后，通过检测电压以及电流的相位差来检测孤岛的存在，并且在重新并网之后可以实现相位差的恢复，证明被动式相位突变孤岛检测的可行性。被动孤岛检测中的相位突变检测的优点有设计简单，维护方便，并且对电能质量没有影响。

关键词：分布式发电 孤岛检测 逆变器 相位突变

Abstract

In recent years, with the development of clean energy, distributed generation accounted for more share in the grid. While distributed generation brings a variety of convenience to the grid, but there is still much room for improvement of the technology, for there are various security risks during operation. Island effect is one of them.

In the process of distributed generation, since the distributed power’s (Distributed Generation, DG) independence, the island independent power cannot be cut. Island phenomenon refers to the the micro island self-sufficient power supply happens in network side when the main power grid and micro-grid is disconnected, the system is not affected by the state of the main grid. The occurrence of phenomenon threats the security of grid maintenance and its personnel, Influence the distribution system protection switch operation program, and may cause damage to electrical equipment when reclosing. Thus, detection of islanding of distributed generation of becoming a very important job.

The paper achieve a distributed simulation through the Inverter Grid, Through passive islanding detection simulation analysis the feasibility of passive detection, and determine the Non-Detection Zone. And achieve the Simulation by using MATLAB.

The way selected in this paper to detect islanding effect is passive detection-voltage phase mutation detection. The paper simulated the island phenomenon on the basis of the inverter and the network combination. after the main network and micro-grid separated，detect the presence of islands by detecting the phase difference between the voltage and current。phase can achieve the recovery after reconnection phase can achieve the recovery, and we can prove the feasibility of passive islanding detection of mutations through this. Passive islanding detection of the phase mutation has many advantages such as simple or easy maintenance.

Key Words: Distributed Generation Islanding detection Inverter Phase mutation

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究的背景和意义 1

1.1.1 分布式发电的兴起 1

1.1.2 微型电网的提出 2

1.1.3 问题的提出和研究意义 2

1.2 孤岛现象及其影响 3

1.2.1 孤岛现象的划分 3

1.2.2 非计划孤岛现象的影响 3

1.3 孤岛检测的研究现状 4

1.4 本文所做的工作 4

第二章 孤岛检测方法 5

2.1 孤岛检测的标准及孤岛检测的基本原理 5

2.1.1孤岛检测的标准 5

2.1.2 孤岛检测的基本原理 5

2.2 孤岛检测的基本方法 7

2.3 被动孤岛检测法（内部无源法） 7

2.3.1电压或频率检测（OVP/UVP，OFP/UFP） 7

2.3.2电压相位突变检测(PJD，Phase jump detection) 7

2.3.3谐波检测 （Harmonic detection） 8

2.3.4功率/频率变化率检测 8

2.3.5被动检测方法的评价 8

2.4 主动检测法（内部有源法） 9

2.4.1幅值偏移法 9

2.4.2频率偏移法 9

2.4.3相位偏移法 11

2.5 开关状态检测法（基于通信的检测） 11

2.5.1 电力线载波通讯法（Power Line Carrier Communication, PLCC） 11

2.5.2 SPD（Signal Produced by Disconnect） 12

2.6 本章小结 12

第三章 微型电源并网控制 13

3.1 逆变器并网控制 13

3.1.1 逆变器分类 13

3.1.2 逆变器并网控制方式 13

3.2逆变器电压控制（PQ法） 14

3.3 逆变器并Simulink电路仿真 15

3.3.1 滤波器设计 15

3.3.2逆变器并网设计 16

3.3.3 Simulink仿真电路图 16

3.4 本章小结 17

第四章 相位突变的被动孤岛检测 19

4.1 电压相位突变检测的基本原理 19

4.2 孤岛检测仿真电路设计 19

4.2.1 孤岛检测模块的设计 19

4.2.2 断路器控制设计 20

4.2.3 孤岛检测仿真电路图及实验数据 20

4.3 本章小结 24

第五章 总结 26

参考文献 27

第一章 绪论

1.1研究的背景和意义

1.1.1 分布式发电的兴起

在国家经济提升的过程中，电能的需求量在逐渐加大。而现在电能建设部门主要建设的方向仍然是传统的火电水电等功率大的发电设备，形成大功率、系统集成的电源以及超高压远距离输电。由此便形成了一种以大机组、大电网以及超高压等形式为核心的电力输送方式。截止到目前为止，世界上大于90%的电力系统都延续了这种传统的形式。但是，由于现今人们对于供电安全的要求逐步提升，传统的供电形势已经不能完全满足人们的要求，尤其是21世纪初北美等地的几次大型的电力系统故障，充分暴露这种传统规模巨大的电力网络存在的隐患。

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