【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ?giCgigi PP ?????? (27) 所以，式 (25)和式 (27)表示了市電斷開前后，公共點(diǎn)的電壓、頻率和功率 P、Q 的關(guān)系。如果逆變器輸出的有功功率 P、無(wú)功功率 Q 和局部電網(wǎng)的負(fù)載不匹 配，即 ΔP和 ΔQ 不等于零，則在市電斷開前后，電壓和頻率會(huì)有變化，如果檢測(cè)出該變化則可以判斷出孤島而防止孤島出 現(xiàn)。 如果 ΔP=0， ΔQ=0，由式 (25)得到 ig UU ? 。 代入式 (27)得到， 0111 ??????????? ????????? ????????? ?gicgi ???? (28)，即 。 所以，如果 ΔP和 ΔQ 在市電正常和掉電之后都接近零，即原來(lái)電網(wǎng)局部負(fù)載的功率和并網(wǎng)時(shí)逆變器輸出的功率接近，則公共點(diǎn)的電壓、頻率沒有大的變化，這也是電路上出現(xiàn)孤島狀態(tài)的原因。 圖 逆變器孤島判斷的檢測(cè)盲區(qū) 圖 所示的即為逆變器在判斷孤島時(shí)由于 ΔP和 ΔQ而引起 的一個(gè)電壓和頻率檢測(cè)范圍的盲區(qū)。所以，僅僅通過簡(jiǎn)單的電壓、頻率突變和電壓過/欠壓或頻率過高 /過低是來(lái)判斷孤島狀態(tài)是有很大的局限性的，需要增加一些孤島檢測(cè)的方法來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)。 上述各式中使用符號(hào)分別對(duì)應(yīng)如下 : gU :市電電壓 。 iU :逆變器輸出電壓 。 g? :市電電壓波形的角頻率 。 i? :逆變輸出電壓波形的角頻率 。 微電網(wǎng)的孤島檢測(cè)研究 三相逆變器接口建模 9 P:逆變器輸出的有功功率 。 Q:逆變器輸出的無(wú)功功率 。 ΔP:輸入到電網(wǎng)的有功功率 。 ΔQ:輸入到電網(wǎng)的無(wú)功功率。 檢測(cè)孤島的方法 逆變器內(nèi)部無(wú)源法 電壓過高 /過低和頻率過高 /過低判斷法困 Vo/V， UF/OF) 電壓、相位突變判斷法 (PJD) 電壓諧波和電流諧波檢測(cè)法 (DVH， DCH) 逆變器內(nèi)部無(wú)源法是指逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)完全利用電路正常工作的電壓、電流等各種電氣狀態(tài)和指標(biāo)用于判斷孤島的方法。上述三種方法都是利用逆變器從并網(wǎng)到市電掉電時(shí)，由于負(fù)載有大的變化而引起逆變輸出電壓的幅度或頻率突然變化，或是由于局部電網(wǎng)負(fù)載引起的電壓 電流諧波大幅度增加，從而通過上面的方法可以防止孤島出現(xiàn)。但是在前面的電路原因分析中提到，這類方法的檢測(cè)很有限。所以一般在無(wú)源法的基礎(chǔ)上增加內(nèi)部有源法進(jìn)行判斷 [9]。 逆變器內(nèi)部有源法 逆變器內(nèi)部有源法是通過在逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)的控制中人為的加入一些電壓、頻率的擾動(dòng)或偏移，用于增加孤島的判斷可靠性，盡可能的減小孤島判斷的盲區(qū)范圍，但是加入的這些有源方法會(huì)在一定程度上使輸出的電壓或電流波形出現(xiàn)很小的擾動(dòng)。學(xué)術(shù)研究上討論的防孤島方法也大多數(shù)以有源法為主。 其它的一些外部檢測(cè)方法 除了上述的無(wú)源法和 有源法，也有一些并網(wǎng)逆變器外部的檢測(cè)方法。比如采用電網(wǎng)側(cè)加入電阻插入裝置，當(dāng)電網(wǎng)掉電時(shí)自動(dòng)在電網(wǎng)負(fù)載側(cè)插入一個(gè)南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 大的阻抗，使得網(wǎng)側(cè)的阻抗突然變化很多，此時(shí)通過檢測(cè)到網(wǎng)側(cè)阻抗的變化來(lái)判斷市電中斷，這種方法稱為 ―網(wǎng)側(cè)阻抗插值法 ‖。 另外的方法有利用網(wǎng)絡(luò)通訊的手段，通過電網(wǎng)側(cè)自身的監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)到電網(wǎng)故障或市電輸入中斷后，向逆變器系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，逆變器控制系統(tǒng)接收到信號(hào)后立即退出并網(wǎng)狀態(tài)。 孤島檢測(cè)方法小結(jié) 無(wú)源檢測(cè)法通過檢測(cè)并網(wǎng)連接和孤島前后的電壓、頻率等參數(shù)的指標(biāo)變化來(lái)判斷孤島狀態(tài) 。有源檢測(cè)法通過逆變輸出 引入一定的擾動(dòng)或變化，如果所引入的擾動(dòng)能夠使孤島狀態(tài)下的負(fù)載電壓、頻率等參數(shù)不穩(wěn)定，則可以檢測(cè)孤島狀態(tài) 。外部檢測(cè)方法通過網(wǎng)側(cè)插入阻抗或者通信等方法來(lái)檢測(cè)孤島。對(duì)于有源檢測(cè)法來(lái)說，一些方法不適合多臺(tái)并網(wǎng)逆變器同時(shí)并網(wǎng)，而且這些不同的有源方法也可能會(huì)給逆變并網(wǎng)系統(tǒng)帶來(lái)負(fù)面影響，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)造成一定的干擾。所以，這些方法有自身不同的特點(diǎn)，但并不能證明哪個(gè)方法更好，一般會(huì)根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合、并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)現(xiàn)成本等方面考慮選擇一種或幾種方法。 本章小結(jié) 本章介紹了 ―孤島 ‖效應(yīng)的概念及其帶來(lái)的危險(xiǎn)，并分析了孤島狀態(tài)出 現(xiàn)的電路原因?；诜拦聧u技術(shù)的方法研究，通過等效電路的研究分析了有源檢測(cè) 法，并介紹了無(wú)源檢測(cè)法和其它的外部檢測(cè)方法?；陔妷盒湍孀兤鞑⒕W(wǎng)系統(tǒng)的研究，將有源電壓擾動(dòng)法應(yīng)用于系統(tǒng)的孤島判斷中，并通過實(shí)驗(yàn)證明該方法的可行性。 第三章 并網(wǎng)逆變器控制技術(shù) 逆變器的控制技術(shù)介紹 并網(wǎng)逆變器的控制目標(biāo)是提高逆變器輸出電壓的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。穩(wěn)態(tài)性能就是指輸出電壓的穩(wěn)態(tài)精度和帶不平衡負(fù)載的能力 。而動(dòng)態(tài)性能主微電網(wǎng)的孤島檢測(cè)研究 三相逆變器接口建模 11 要指輸出電壓在負(fù)載突變時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)水平。按照實(shí)現(xiàn)控制的硬件手段，并網(wǎng)逆變器的控制可以分為模擬控制和數(shù)字控制 [11]。 模擬控制技術(shù)介紹 針對(duì)逆變器的模擬控制中主要包括電壓型與電流型線性控制技術(shù)。電壓型控制技術(shù)一般都采用單閉環(huán)反饋控制 。在調(diào)制過程中采用大幅度的鋸齒波，抗干擾能力較強(qiáng) 。具有良好的交叉調(diào)節(jié)能力 。但是動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢 。環(huán)路增益隨輸入電壓變化，導(dǎo)致補(bǔ)償更為復(fù)雜 。采用電壓型控制時(shí)，需要在系統(tǒng)的靜態(tài)性能、快速性與穩(wěn)定性之間找到一個(gè)折中點(diǎn)。 優(yōu)良，在這類控制技術(shù)中主要包括峰 /谷值電流型控制技術(shù)和平均值電流型控制技術(shù)。 /谷值電流型控制技術(shù)要求功率開關(guān)的峰 /谷值電流能跟隨電壓環(huán)反饋 的輸出信號(hào)而變化，因此其通過檢測(cè)電感電流或功率開關(guān)電流將其作為電流內(nèi)環(huán)的反饋信號(hào)，然后經(jīng)比較器與電壓外環(huán)的輸出比較，控制功率開關(guān)的占空比。主要有 5 種控制手段，分別為恒定截止時(shí)間峰值電流控制、恒定導(dǎo)通時(shí)間谷值電流控制、恒定開通時(shí)刻峰值電流控制、恒定關(guān)斷時(shí)刻谷值電流控制和恒定遲滯環(huán)寬峰 /谷值控制。采用峰 /谷值電流型控制整個(gè)系統(tǒng)具有高度的穩(wěn)定性 。相對(duì)與電壓型控制技術(shù)具有快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，靜態(tài)的精度高 。過載及短路能力強(qiáng)。但是存在著功率電路的諧振會(huì)給控制環(huán)路帶來(lái)噪聲 ?？垢蓴_性能差 。適應(yīng)拓?fù)淠芰Σ粡?qiáng)等缺點(diǎn)。 流控制技術(shù)是將高增益的積分電流誤差放大器引入電流環(huán)，經(jīng)過電流環(huán)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)電流環(huán)的增益一帶寬特性。這種控制方法可以精確的跟蹤電流，不需要斜坡補(bǔ)償，噪聲免疫能力強(qiáng)。但是其動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度較慢。 數(shù)字控制技術(shù)介紹 目前采用新的控制技術(shù)來(lái)提高逆變器的靜、動(dòng)態(tài)特性已成為研究的熱點(diǎn)，由于 DSP 的出現(xiàn)，使得在逆變器的控制中，引進(jìn)了先進(jìn)的控制策略成為可能。數(shù)字控制和模擬控制相結(jié)合也越來(lái)越多的被引進(jìn)到逆變器的控制中。 南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 PID 控制。 PID 控制發(fā)展相對(duì)成熟，其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、參數(shù)易于整定，因 此在實(shí)際的工程實(shí)踐中得到廣泛的應(yīng)用。在數(shù)字控制中采用 PID控制可以避免出現(xiàn)在模擬控制中使用 PID時(shí)出現(xiàn)的模擬控制電流系統(tǒng)龐大、可靠性低、調(diào)試復(fù)雜等缺點(diǎn)。目前在數(shù)字 PID 控制中采用了結(jié)合其他補(bǔ)償措施，如增加電壓、電流的控制引入，使得逆變器的數(shù)字 PID 控制效果得到良好的改善。 ，有一種根據(jù)逆變器系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出反饋信號(hào)來(lái)計(jì)算下一個(gè)采樣周期的脈沖寬度的控制方法，稱之為無(wú)差拍控制。無(wú)差拍控制需要借助微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn) PWM 的輸出。無(wú)差拍控制的暫態(tài)響應(yīng)快 。輸出波形在開關(guān)頻率不高的情況下同樣能保持 良好的波形 。輸出電壓的相位不受負(fù)載的影響 。但系統(tǒng)的魯棒性不強(qiáng)，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)有波動(dòng)時(shí)，容易導(dǎo)致輸出性能惡化，系統(tǒng)不穩(wěn)定 。并且該控制方法的瞬態(tài)超調(diào)量較大。 ，因?yàn)槟：刂破鞑恍枰芸貙?duì)象有精確的數(shù)學(xué)模型，控制的時(shí)候有較強(qiáng)的魯棒性和自適應(yīng)性，因此采用模糊控制能有效的對(duì)復(fù)雜的電力電子系統(tǒng)做出判斷和處理 。同時(shí)在使用模糊控制時(shí)，可以快速的查找模糊控制表的數(shù)據(jù)，因此在實(shí)際的控制中，可以通過選取高的采樣率來(lái)提高控制的精度。但是通常需要將模糊控制與其他控制方式相結(jié)合，用 于補(bǔ)償逆變器帶非線性負(fù)載時(shí)，導(dǎo)致輸出電壓跌落的現(xiàn)象。 ，不易受到參數(shù)變化和外界干擾的影響，根據(jù)這個(gè)要求在逆變器的控制中引入滑?？刂?。實(shí)際的工作中發(fā)現(xiàn)，采用模糊控制逆變器的輸出波形有較好的暫態(tài)響應(yīng)，但穩(wěn)定性較差，需要在滑?？刂葡到y(tǒng)中加前饋控制。 逆變器的控制目標(biāo) 逆變器并網(wǎng)運(yùn)行的主要控制目標(biāo)是逆變器輸出正弦波電流與電網(wǎng)電壓在頻率、相位上同步 ,并且能實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)參數(shù)的變化 ,且電流的總畸變失真要低 ,以減小對(duì)電網(wǎng)的諧波影響 ,使并網(wǎng)系統(tǒng)的有功功率輸出達(dá)到最大 ,功率因數(shù)近似 為 1。目前 ,逆變器交流輸出的控制方法可分為 :電壓控制方法和電流控制方法。由于電壓控制不能使系統(tǒng)同時(shí)保證響應(yīng)速度和穩(wěn)定性的要求 ,所以其控制通常采取電流控制方式。電流控制方式又可分為間接電流控制和直接電流控制。 微電網(wǎng)的孤島檢測(cè)研究 三相逆變器接口建模 13 電網(wǎng)對(duì)逆變器的要求 (1)必須保證逆變器輸出的電量和電網(wǎng)電量保持同步 ,在相位、頻率上嚴(yán)格一致 ,輸出逆變器所能提供的最大輸出功率 ,功率因數(shù)逼近于 1。(2)滿足電網(wǎng)電能質(zhì)量的要求 ,逆變器應(yīng)輸出失真度小的正弦波 。(3)具有對(duì)孤島檢測(cè)的功能 ,防止孤島效應(yīng)的發(fā)生 ,避免對(duì)用電設(shè)備和人身造成危害 。(4)為了 保證電網(wǎng)和逆變器安全可靠運(yùn)行 ,二者之間的有效隔離及接地技術(shù)也非常重要 ,電氣隔離一般采用變壓器。 此外 ,整個(gè)逆變環(huán)節(jié)要有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性 ,保持輸出電壓、頻率的精度 ,及時(shí)跟蹤電網(wǎng)變化 ,同時(shí)具有最大功率跟蹤功能和各種保護(hù)功能。 逆變器的控制策略比較 并網(wǎng)逆變器輸出電流波形與電網(wǎng)電流同頻、同幅、同相位后，方可并網(wǎng)。當(dāng)給并網(wǎng)逆變器的控制部分提供了參考電流后，就需要一種合適的 PWM 控制方式使并網(wǎng)逆變器的電流能夠快速跟蹤該參考電流。目前有多種 PWM 控制方式，例如電流滯環(huán)比較方式、定時(shí)比較方式和三角波比較方式。不同 的PWM 控制策略對(duì)參考電流的跟蹤能力是不一樣的，下面對(duì)這幾種方式所作簡(jiǎn)單的比較 [9]。 電流滯環(huán)比較 電流滯環(huán)比較方式它是一個(gè)雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，其外環(huán)是直流電壓反饋控制環(huán)，內(nèi)環(huán)是交流電流控制環(huán)。將電壓調(diào)節(jié)器輸出電流幅值指令乘以表示網(wǎng)壓的單位正弦信號(hào)后，得到交流的電流指令，將它與實(shí)際檢測(cè)到的電流信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)電流誤差大于指定的環(huán)寬時(shí)，滯環(huán)比較器產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)信號(hào)來(lái)控制逆變器增大或減小輸出電流，使其重新回到滯環(huán)內(nèi)。這樣，使實(shí)際電流圍繞著指令電流曲線上下變化，并且始終保持在一個(gè)滯環(huán)帶中。在這種方式中，滯環(huán)的 寬度對(duì)電流的跟蹤性能有較大的影響，當(dāng)滯環(huán)的寬度較大時(shí)，開關(guān)頻率較低，則對(duì)開關(guān)器件的開關(guān)頻率要求不高，但跟蹤誤差較大，輸出電流中的高次諧波含量較大 。當(dāng)滯環(huán)的寬度小時(shí)，跟蹤誤差小，器件開關(guān)頻率提高，所以對(duì)器件的開關(guān)頻率要求高。 南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 所以電流滯環(huán)控制的缺點(diǎn)在于開關(guān)頻率不固定，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)很窄的脈沖和很大的電流尖峰，給驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路以及主電路的設(shè)計(jì)帶來(lái)困難，對(duì)系統(tǒng)性能也有所影響。而且開關(guān)頻率不固定，濾波困難，對(duì)外界的電磁干擾也比較大。 定時(shí)比較方式 利用一個(gè)定時(shí)控制的比較器，每個(gè)時(shí)鐘周期對(duì)電流誤差判斷一次， PWM信號(hào)需要至少一個(gè)時(shí)鐘周期才會(huì)變化一次，器件的開關(guān)頻率最高不會(huì)超過時(shí)鐘頻率的一半叫。該方法缺點(diǎn)是電流跟隨誤差是不固定的。 三角波比較方式 這種方式將電流誤差經(jīng)過比例積分放大器處理后與三角波比較，目的是將電流誤差控制為最小。該方式硬件較為復(fù)雜，輸出含有載波頻率段的諧波，電流響應(yīng)比瞬時(shí)比較方式要慢。三角波比較方式主要使用在數(shù)字控制方式出現(xiàn)之前的模擬控制中，目前基本被淘汰。 本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的 PWM 方式采用 SPWM 是一種采用較多的逆變控制技術(shù)。 微電網(wǎng)的孤島檢測(cè)研究 三相逆變器接口建模 15 第四章 MATLAB 仿真模塊介紹 MATLAB 簡(jiǎn)介 MATLAB 概述 Matlab 自 1984 年正式推出以后 ,經(jīng)過不斷地完善、擴(kuò)充 ,其功能與應(yīng)用領(lǐng)域在不斷地?cái)U(kuò)展。如今已經(jīng)發(fā)展到 Matlab 710 版本。自從 Matlab 512 版本開始 ,增加了電氣系統(tǒng)模塊 ( Power System Blackset , PSB) ,提供了基本電路、電機(jī)、電力電子器件等多方面的模型 ,使得利用 Matlab進(jìn)行電力電子仿真就方便了許多。在 2020 年推出的 Matlab 610 版本中 PSB 已經(jīng)升 級(jí)到 210 版本 ,并對(duì)模型庫(kù)進(jìn)行了進(jìn)一 步的擴(kuò)充 ,增加了各種電力電子器件的離散模型、通用三相橋、有功無(wú)功檢測(cè)、 PWM 波形產(chǎn)生器等 ,該工具箱為電力電子電路的設(shè)計(jì)提供了有力的工具。 Mat2lab 的 PSB 提供了豐富的電氣系統(tǒng)仿真所需的模型庫(kù) ,根據(jù)所要仿真的電路 ,從模型庫(kù)中以圖形的方式調(diào)入相應(yīng)的元件 ,并按照模型庫(kù)的要求設(shè)定好參數(shù)。設(shè)置好后將各元件在圖形方式下將元件連接起來(lái) ,然后就可以進(jìn)行仿真。實(shí)際上 PSB 對(duì)電路的仿真還是用 Matlab 中的Simulink 的方法進(jìn)行的。當(dāng) PSB 模型建立完后 ,Matlab 自動(dòng)進(jìn)行預(yù)處理 ,把模型中的電路轉(zhuǎn)化為相 應(yīng)的方程 ,變?yōu)?Simu2link 能夠處理的結(jié)構(gòu)。當(dāng)預(yù)處理結(jié)