【正文】 特殊的現象被稱為孤島效應。因此，光伏并網發(fā)電系統(tǒng)中，除了和其它系統(tǒng)一樣具有常規(guī)的保護功能如過流、過壓、欠壓、過熱、欠頻、過頻、短路等功能以外，還要具有一種反孤島效應功能。孤島效應就是當電網出現人為或是自然原因導致的中斷供電時，且系統(tǒng)不能及時檢測到電網的斷電狀態(tài)并脫離電網而繼續(xù)維持向負載供電，構成獨立供電系統(tǒng)。孤島效應一般會對設備或者人員乃至電網造成不利影響，因此應當及時有效地防止，孤島效應帶來的危害有：(1)對電力公司輸電線路維修人員產生安全危害。(2)影響配電系統(tǒng)上的保護開關動作程序。(3)電力孤島區(qū)域所發(fā)生的供電電壓與頻率的不穩(wěn)定現象。(4)當電力公司供電恢復時所造成的相位不同步問題。(5)太陽能供電系統(tǒng)若采用單相供電而造成系統(tǒng)三相負載的欠相供電問題。孤島效應是并網發(fā)電系統(tǒng)特有的現象，具有相當大的危害性，不僅會危害到整個配電系統(tǒng)及用戶端的設備，更嚴重的是會造成輸電線路維修人員的生命安全，因此，對光伏并網發(fā)電系統(tǒng)來說，具有反孤島效應的功能是至關重要的。 孤島效應的檢測對于孤島效應的頻頻出現，[4]國家標準制定委員會21發(fā)布了分布式能源并網及孤島效應檢測的相關標準IEEE Std9292000技術標準。這個標準明確的提出了并網逆變器在電網斷電后檢測孤島效應狀態(tài)和斷開與電網連接的時間限制，而且它還給出了具有反孤島功能的并網逆變器的基本要求。其中具有反孤島功能的并網逆變器是指當向下列兩種典型的孤島負載中的任一種供電時，能夠在10個電網周期內檢測出孤島狀態(tài)并停止供電的并網逆變器。兩種負載如下：（1） 負載有功與并網逆變器有功輸出存在至少50%的差別（2） （超前或滯后）在標準中，對電壓波動和頻率波動，也給出了并網逆變器相應的響應時間要求，[7]狀態(tài)電壓幅值電壓頻率允許的最大檢測時間Afnom6 cyclesBUacfnom2 secondsC≤Uac≤ Vnomfnom2 secondsD Vnom Uacfnom2 secondsE≤Vfnom2 secondsFVnomf6 cyclesGVnomffnom+6 cycles① Vnom指電網電壓幅值的正常值，對中國單相市電來說該值為220V(有效值)② fnom指電網電壓頻率的正常值，對中國單相市電來說該值為5OHz電網光伏陣列RLC負載DC DC AC P1 Q1 ΔP, ΔQ斷路器 PL QL 孤島效應狀態(tài)下供電狀態(tài)示意圖，P1 Q1是光伏并網逆變器輸出的有功功率和無功功率，PL QL是負載消耗的有功功率和無功功率，ΔP, ΔQ是光伏發(fā)電系統(tǒng)和負載有功無功的差值，是送入電網的。在正常工作情況下， P1=PL+?P Q1=QL+?Q方程式中， PL=UA2R QL=(1ω1Lω1C)UA2式中，UA為負載接入端電壓；ω1為電網電壓角頻率。當電網出現故障，斷電時： P1=PL1=UA12R Q1=QL1=(1ω2Lω2C)UA12式中，UA1為斷電后負載接入端電壓；ω2為并網逆變器輸出電壓角頻率。聯(lián)立： UA12=UA2+?PR由此可以看出，當電網斷網后，若電力系統(tǒng)不能提供負載所需的有功功率，則會引起輸出電壓的變化；若并網系統(tǒng)恰好能提供負載的有功功率，即?P=0，則系統(tǒng)輸出電壓的幅值不變，即： UA1=UA同理，若?Q=0，則系統(tǒng)輸出電壓的頻率不變，即： ω1=ω2由上可得，在電網正常的情況下，如果ΔP, ΔQ都接近于零時，則電網斷電后，系統(tǒng)輸出電壓的頻率和幅值變化可能很小，不一定能被系統(tǒng)準確及時地檢測到，逆變系統(tǒng)會繼續(xù)向負載供電。目前國內的孤島效應偵測技術已經有一定的研究，防孤島效應研究的最優(yōu)目的就是使光伏并網系統(tǒng)對孤島現象檢測無盲區(qū)，當電網斷電光伏并網系統(tǒng)與本地負載形成孤島時，通過檢測光伏并網逆變器輸出的電壓、頻率、相位等指標及時將光伏并網系統(tǒng)與本地負載解列。 因此，防止孤島效應的基本點和關鍵點是電網斷電的檢測。孤島檢測方法一般分為被動法和主動法。被動法是通過不斷檢測系統(tǒng)的輸出狀態(tài)(如電壓、頻率)來判斷是否產生孤島，主要包括電壓頻率檢測法、電壓諧波檢測法、相位跳變檢測法。主動法是通過控制逆變器輸出或者外加阻抗等方式主動擾動系統(tǒng)，當發(fā)生孤島時，主動干擾將造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，造成系統(tǒng)的電壓、頻率發(fā)生明顯的變化，由此來檢測電網響應來判斷是否發(fā)生孤島，主要包括PQ擾動法、更改阻抗法、頻率偏移法。（1） 被動式檢測方法孤島運行情況下，孤島系統(tǒng)的電壓頻率和相位均可能發(fā)生一定波動。而被動式檢測方法就是根據以上幾點對系統(tǒng)進行檢測，判斷是否發(fā)生孤島情況。（Ⅰ）電壓頻率檢測方法通常光伏發(fā)電并網系統(tǒng)均會有電網過壓、低壓保護和過頻、欠頻保護，這幾種保護電路提供了最簡單有效的保護功能，一旦檢測到電網電壓、頻率超過正常的范圍時，即認為發(fā)生孤島，保護電路就將并網逆變器切離電網。但是，當逆變器輸出功率與負載功率達到平衡時，就會因為系統(tǒng)的電壓和頻率變動過小而不作為，當然這種可能性是極小的。（Ⅱ）電壓諧波檢測方法 該方法主要基于分布式發(fā)電系統(tǒng)中變壓器或電感的非線性特性。此方法主要用于電流型控制的并網逆變器中，因為流控型的逆變器的主要參考信號是市電電壓，當市電故障時，并網逆變器的輸出電流會在電力變壓器上產生失真的波形，而此失真的波形再次被采入作為電流的參考量，則造成逆變器輸出電壓的諧波較大，借以此來判斷孤島效應。（Ⅲ） 相位跳變檢測法 當電網突然斷電時，電力逆變器的電壓及電流相位差由負載決定，當相位差超過某一范圍值時，即認為發(fā)生孤島，實施保護，但是如果負載是阻性負載或者負載造成的相位差不大，則會發(fā)生誤判。此方法成本低，實現方便，但不足之處在于該方法有很大的不可測區(qū)域，可靠性不高，易發(fā)生誤動作。（2） 主動式檢測法主動式檢測方法就是通過在并網逆變器的輸出加以電流頻率或相位擾動的信號，并檢測到對線路電壓的影響，孤島運行時，擾動信號將會在線路電壓上體現積累，從而檢測出孤島狀態(tài)。（Ⅰ）PQ擾動法 通過控制逆變器的輸出，周期性的加以有功功率或者無功功率擾動，有功功率的擾動法的原理是周期性改變并網逆變器有功輸出功率，同時檢測電網線路上的電壓幅值是否受到影響。無功功率擾動法與有功的不同之處在于干擾量是并網逆變器的無功輸出。當市電中斷時，由于系統(tǒng)失去穩(wěn)定的參考電源，擾動將造成系統(tǒng)電壓或頻率明顯的變化，從而檢測到孤島現象。PQ擾動法原理簡單，容易實現，尤其適用于單臺并網逆變器。（Ⅱ）更改阻抗法 在電力輸配電線路上加裝一個電感或者電容，改變系統(tǒng)負載阻抗，當市電故障時，即將電感或者電容并入，通過無功功率破壞系統(tǒng)平衡，可以檢測到電壓、頻率的異常，但是這個并聯(lián)阻抗的選擇是個不易解決的問題，而且可能對系統(tǒng)造成過大的影響而誤判。這種方法在時間要求不高的情況下，反孤島很有效，但系統(tǒng)響應速度慢，而且更改阻抗法也增加成本。（Ⅲ）頻率偏移法 通過偏移市電采樣信號的頻率來作為逆變器的輸出電流頻率，造成系統(tǒng)頻率的擾動，即而來檢測判斷孤島。當電網正常工作時，由于鎖相環(huán)的矯正作用，逆變器的輸出電壓頻率與電網電壓頻率的誤差始終在一個較小的范圍內；而當電網出現故障時，逆變器的輸出端電壓的頻率將發(fā)生變化，而且該過程會不斷重復，逆變器輸出電壓的頻率與電網電壓的頻率誤差會越來越大。直至超越規(guī)定標準，從而觸發(fā)孤島效應的保護電路，切斷逆變器與電網的連接。這種方法會造成系統(tǒng)供電不穩(wěn)定以及輸出功率因素降低。 本論文采用簡單易行的電壓頻率檢測法，通過對電網電壓和頻率的實時檢測，一旦超出孤島保護標準規(guī)定的范圍，則實施保護。 1741設定孤島保護，為了簡化處理也是加快保護時間，程序設定相對快的保護時間，對3個市電周期對市電有效值和頻率做平均值，如果Uac194或Uac242或者f，程序將在第二個周期關閉逆變器并在一個市電周期后打開并網開關使系統(tǒng)切離電網。 ，在周期中斷中采樣得到電網電壓值以及在捕獲中斷中采樣得到電網頻率，將電壓值和頻率與與孤島設定值做比較，如果超出范圍就置孤島保護標志位，再返回主程序，在主程序中判斷孤島保護標志位來決定是否調用保護程序。另外在并網之前要先判斷是否符合并網條件，符合才能并網，所以在在開機前也要通過對電網的狀態(tài)進行判斷是決定是否并網。 結論 近幾年，能源問題變得越來越嚴重，世界各地開始了對新能源的開發(fā)和利用。太陽能作為一種新型的綠色可再生能源，具有儲量大、壽命長、無污染的優(yōu)點，因此成為最具前途的新能源之一。將太陽能應用于發(fā)電更是成為人們普遍關注的焦點，一旦成功，利益無窮。目前，光伏發(fā)電作為新一代的新型清潔能源，越來越受到大眾的歡迎，本論文針對光伏發(fā)電的一些特點，進行了如下內容的研究和分析：本文通過對光伏發(fā)電系統(tǒng)的原理和結構的分析，完成了光伏發(fā)電系統(tǒng)的建模及其仿真。通過分析太陽能電池的工作原理，在MATLAB/SIMULINK仿真環(huán)境下，基于光伏電池的IV數學函數關系式，建立了光伏電池的仿真模型，并且分別研究分析了在不同光照強度、溫度下，光伏電池的輸出特性。仿真結果驗證了光伏電池的輸出特性呈非線性，外界環(huán)境的變化而變化；并對光伏發(fā)電系統(tǒng)的主電路進行了建模和仿真。本文重點對光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制技術進行了詳細的分析。為使太陽能光伏陣列輸出功率最大，對最大功率點跟蹤原理進行了詳細地分析，并比較了幾種常用的最大功率點跟蹤方法，在此基礎上對電導增量法進行了改進，并在MATLAB/SIMULINK仿真環(huán)境下對MPPT進行了建模仿真。 在此基礎上，分別對并網光伏發(fā)電系統(tǒng)和獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制技術進行了研究分析。對并網光伏發(fā)電系統(tǒng)中的逆變器進行了建模，并在MATLAB/SIMULINK仿真環(huán)境下進行了仿真。此外，對其控制結構中的電流環(huán)和鎖相環(huán)的工作原理進行了分析。對獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)，首先研究了它的光伏充電控制原理，之后討論了CVT式的最大功率點跟蹤和真正的MPPT跟蹤的工作原理和結構。在此之上，對獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器的控制技術進行了分析，通過采用DSP控制結構實現對逆變器的控制。最后對光伏發(fā)電系統(tǒng)中經常出現的一種特殊的故障狀態(tài)：孤島效應，進行了簡單的分析，并對此提出了幾種孤島檢測方法，實現反孤島。展望光伏發(fā)電技術近幾年成為了全球關注的熱點，而且光伏發(fā)電系統(tǒng)已經在國內外大量的投入了使用。本文雖然通過理論分析和建模仿真對光伏發(fā)電系統(tǒng)的一些關鍵性問題進行了深入的研究，但仍然存在許多問題需要我們去解決。首先采用更加精確高效的最大功率點跟蹤方法來實現最大功率跟蹤控制，需要綜合考察MPPT方案的可靠性、穩(wěn)定性、快速性、精度、效率等多方面的因素，同時需要進行較長時間的檢測和對比，同時變步長的MPPT算法中步長變化的可以考慮更加智能化，尤其是在天氣變化的情況下。其次，在光伏發(fā)電技術中用到了較多的電力電子器件，而這些器件必然會引入諧波的問題。本文由于時間所限，暫沒有考慮諧波。可以考慮并網處諧波問題，以及諧波控制技術。針對“孤島效應”檢測技術仍然存在許多問題需要解決。尤其是主動式孤島檢測技術，需要進步改進。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)效率還是不夠理想，有待于進一步改善。因此增強系統(tǒng)的應用功能勢在必行，若將并網發(fā)電、獨立控制、并網和獨立兩種工作模式無縫切換、多機并聯(lián)、多機群控等功能集于一體，就可以靈活組合構成各種應用系統(tǒng)，使其具有更加廣泛的通用性和多功能性，從而提高系統(tǒng)工作效率。參考文獻1. 張興，[M]，機械工業(yè)出版社，.2. 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