分布式并网发电系统孤岛检测研究

摘要

工业经济的高速发展促使人类社会加快了对能源的开采和利用，而随之而来的能源问题也逐渐被社会所关注。能源的枯竭和环境问题的凸显，迫使各国在不同程度上加大了对新能源技术的投资力度。而分布式供电技术的发展，已成为新能源技术的开发和利用中不可或缺的环节。
　　在分布式发电技术里，一般将风力发电和光伏发电作为最主要的电源，其供电技术的研发也较为成熟。但分布式供电系统与周围负载进行并网运行时，却存在一定的风险。其中之一便是分布式系统与电网连接端口因突发状况而断开，分布式发电系统未能及时检测到此现象的发生，并继续向本地用户输送电。这种运行方式被称为孤岛运行。这种计划之外的孤岛运行会对电力检修人员或者电力设备造成极大的危害。所以，国际标准中都明确规定并网运行的分布式供电系统中必须具备孤岛检测功能。
　　本文主要研究分布式并网系统中的孤岛检测方法，对分布式发电技术的概念，孤岛现象和孤岛发生的机理、分类进行了阐述。检测方式的参数优化和缩小盲区等方面做了大量分析。目前热点方法进行了分类总结，对比各种方法的优缺点，并针对其优缺点选定PFAFD法进行优化。传统的PFAFD检测法是基于最基础的AFD检测法上加以前馈而来，目前对于PFAFD法的研究相对成熟，有大量的经验可以借鉴。但传统的PFAFD法存在着较多不确定性，最主要体现在比如算法对检测盲区的影响较大；初始扰动值cf0和正反馈增益k的选取对于电能质量的干扰较为突出，负载各项参数的优化对于检测速度的提高这几点。而本文正是针对以上几个主要问题，利用Qf0×Cnorm盲区描述方法来缩小PFAFD检测法的检测盲区。通过数学逻辑推导以确定扰动频率值和负载电阻值以提高PFAFD检测法的检测速。
　　最后利用MATLAB/SIMULINK软件搭建分布式并网系统的仿真模型，对本文提出的孤岛检测法进行仿真，验证实验结果。同时，为了增加对分布式并网系统中非计划的孤岛运行的检测力度，降低其漏检的可能性，加之PFAFD法对频率这一关键参数的检测便利，利用STC12C5A60S2型号单片机，采用PWM逆变技术对孤岛效应进行模拟，同时使用IR2110芯片对IGBT进行驱动。通过对PWM波频率和宽度的控制来改变电压、频率和相位从而模拟孤岛效应的发生，得到理论与实际相结合的研究成果。从而在PFAFD算法之外加之频率被动检测法，借此对系统进行二次保护。并搭建硬件的搭建验证其被动检测法的有效性。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 分布式发电综述

1.3 孤岛的定义及其相关原理

1.4 孤岛检测方法的研究意义与研究现状

1.5 本文主要研究工作

第2章 分布式电源分类与孤岛检测方式综述

2.1 分布式电源的分类

2.2 孤岛检测方法综述

第3章 基于PFAFD的快速孤岛检测研究

3.1 AFD检测法基本原理

3.2 AFD检测方法的缺陷

3.3 改进后的PFAFD检测方法及其达到的稳态条件

第4章 PFAFD中检测盲区策略评估

4.1 孤岛检测盲区描述方式综述

4.2 PFAFD检测盲区策略及其参数优化

第5章 改进后的PFAFD检测法仿真实验

5.1 2.5kW分布式光伏并网系统的设计与仿真

5.3 分布式并网系统中孤岛检测的仿真设计

5.4 AFD法仿真

5.5 PFAFD法与AFD法比较

第6章 硬件实验结果及分析

6.1 模拟孤岛效应的硬件电路设计原理

6.2 主控电路设计

6.3 驱动电路设计

6.4 实验结果演示

6.5 实验结果分析

6.6 实验结果与仿真电路进行对比

第7章 总结与展望

7.1本文总结

7.2 后续工作展望

参考文献

致谢

个人简历、攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果