【正文】 上述各式中使用符號(hào)分別對(duì)應(yīng)如下 : gU :市電電壓 。 g? :市電電壓波形的角頻率 。 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 。 ΔP:輸入到電網(wǎng)的有功功率 。 檢測(cè)孤島的方法 逆變器內(nèi)部無(wú)源法 電壓過(guò)高 /過(guò)低和頻率過(guò)高 /過(guò)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。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。 逆變器內(nèi)部有源法 逆變器內(nèi)部有源法是通過(guò)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)。 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。 另外的方法有利用網(wǎng)絡(luò)通訊的手段，通過(guò)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)。有源檢測(cè)法通過(guò)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) 。對(duì)于有源檢測(cè)法來(lái)說(shuō)，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。 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。基于電壓型逆變器并網(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(guò)實(shí)驗(yàn)證明該方法的可行性。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 。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]。電壓型控制技術(shù)一般都采用單閉環(huán)反饋控制 。具有良好的交叉調(diào)節(jié)能力 。環(huán)路增益隨輸入電壓變化，導(dǎo)致補(bǔ)償更為復(fù)雜 。 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)。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(kāi)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。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 。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 。適應(yīng)拓?fù)淠芰Σ粡?qiáng)等缺點(diǎn)。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)。 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。 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。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)。 ，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)差拍控制的暫態(tài)響應(yīng)快 。輸出電壓的相位不受負(fù)載的影響 。并且該控制方法的瞬態(tài)超調(diào)量較大。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(guò)選取高的采樣率來(lái)提高控制的精度。 ，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模控制。 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。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。 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。(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 。 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。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。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]。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(kāi)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)。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(kāi)關(guān)頻率較低，則對(duì)開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)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 。 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(kāi)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。 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(kāi)關(guān)頻率最高不會(huì)超過(guò)時(shí)鐘頻率的一半叫。 三角波比較方式 這種方式將電流誤差經(jīng)過(guò)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。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。 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(guò)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。自從 Matlab 512 版本開(kāi)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。 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)。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)預(yù)處理結(jié) 后 ,Matlab 就調(diào)用 Simulink 開(kāi)始仿真。仿真的結(jié)果則通過(guò) PSB 中的電壓檢測(cè)模塊 ,電流檢測(cè)模塊或萬(wàn)用表模塊輸出顯示。元件模塊包括斷路器、變壓器、互感、長(zhǎng)線、飽和變壓器、串聯(lián) RLC 電路、并聯(lián) RLC 電路等 。電力電子模塊包括二極管、 GTO、 MOSFET 理想開(kāi)關(guān)等 。連接模塊包括零線、 L 連接器、 T 連接器、總線、地線等。下圖 ， 圖 圖 參數(shù)設(shè)置 其參數(shù)比較簡(jiǎn)單，僅有一個(gè)直流電壓需要設(shè)置對(duì)話框有一個(gè)measurements的下拉菜單可選擇 NONE VOLTAGE 選 voltage表示進(jìn)行測(cè)量none就好似不測(cè)量。下圖 微電網(wǎng)的孤島檢測(cè)研究 三相逆變器接口建模 17 圖 其參數(shù)設(shè)置如下 1. configuration 是選擇連接方式是 星型還是三角型 2. Nominal frequency 頻率設(shè)置 3. Active power 有功功率 4. Inductive reactive power感性無(wú) 功設(shè)置 5. Capacitive reactive power 容性無(wú)功設(shè)置 6. Measurements 可選擇測(cè)量電壓電流設(shè)置 通用橋式電路在 SimPowerSystems/Power Electronics/Universal Bridge中可直接用做逆變器或整流器使用 見(jiàn)下圖 南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 其參數(shù)設(shè)置如下 1. number of bridge arms：橋臂數(shù)目可設(shè) 123分別代表一 二 三個(gè)橋臂各自含有 2個(gè)開(kāi)關(guān)器件， 4個(gè)開(kāi)關(guān)器件， 6個(gè)開(kāi)關(guān)器件。 2. snubber resistance Rs：緩沖電路的電阻 3. snubber capacitance Cs：緩沖電路的電感 4. power electronic device：電力電子器件類型。 PWM調(diào)制方式在逆變器和整流中都有廣泛應(yīng)用。 2. carrier frequency：三角載波頻率 3. internal generation of modulating signal：是否選用內(nèi)部調(diào)制信號(hào)。 微電網(wǎng)的孤島檢測(cè)研究 三相逆變器接口建模 23 第五章 建模與仿真分析 在 Simulink 中搭建三相逆變器模型 圖 PWM 逆變主電路 三相 SPWM 原理：載波信號(hào) cU 為對(duì)稱三角波，幅值為 cmU ，頻率為 cf ，調(diào)制信號(hào)為三相正弦波 sau ， sbu ， scu ，幅值為 smU ，頻率為 sf 。 由于各相上下橋臂功率器件及互補(bǔ)方式輪流導(dǎo)通，故各相對(duì) n 點(diǎn)的電壓為雙極性 SPWM 波形，該波形與各相上橋臂器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)同步變化。Ua 和 0 之間變動(dòng)，總體呈現(xiàn)單級(jí)線性形狀。在 simpowersystems 的 Electrical Sources庫(kù)中選擇直流電壓源模塊，然后再在 Power Electronics 庫(kù)中選擇 Universal Bridge 模塊，在對(duì)話框中選擇橋臂數(shù) 3，構(gòu)成三相半橋電路，開(kāi)關(guān)器件選帶反并聯(lián)二極管的 IGBT：在 Elements 庫(kù)中選擇三相串聯(lián) RLC 負(fù)載模塊，在對(duì)話框中選為星型連接，按照下圖相連完成了三相逆變器仿真模型的主電路部南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 分。 調(diào)節(jié)三相負(fù)載的有功為 1KW，感性無(wú)功為 500Var。在相應(yīng)模塊的測(cè)量選項(xiàng)和 Multimeter模塊，即可觀察逆變器的輸出相電壓，相電流和線電壓，通過(guò)串聯(lián)的電流表可觀察直流電流的波形。 最終得到的仿真模型如下圖 所示 圖 仿真模型 分析仿真結(jié)果 將仿真時(shí)間設(shè)為 秒，調(diào)制深度 m 設(shè)為 ，輸出基波頻率設(shè)為 50HZ，載波頻率設(shè)為基頻的 20 倍運(yùn)行后得到的仿真結(jié)果如下圖 所示 微電網(wǎng)的孤島檢測(cè)研究 三相逆變器接口建模 25 圖 仿真曲線 分別為交流相電壓，相電流，線電壓和直流電流波形 。 把調(diào)制深度設(shè)為 得到下圖 仿真曲線和 FFT 分析 南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 圖 仿真曲線和 FFT 分析 線路電壓的幅值為 ?；ǚ禐?與理論值接近?；ǚ禐?。 相電流的 THD 也降低到 % 。 通過(guò) FFT 分析可知，若進(jìn)一步提高載波頻率，則 相電流更加接近于正弦波形。分布式發(fā)電是近些年倍受關(guān)注的一種發(fā)電形式，它利用太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能等可再生的清潔能源發(fā)電，即保護(hù)了環(huán)境，又節(jié)約了能源，實(shí)現(xiàn)了能源利用的多樣化。當(dāng)分布式發(fā)電的輸出電能大于本地用戶消耗的電能時(shí)，將多余的電能輸入電網(wǎng)，補(bǔ)充電網(wǎng)系統(tǒng)，可以提高分布式發(fā)電電能的利用率。 本文從分析 并網(wǎng)逆變器的防孤島技術(shù)，對(duì)逆變器 控制策略等進(jìn)行研究。 主要內(nèi)容如下第二章介紹孤島效應(yīng)的概念及危險(xiǎn)，并通過(guò)等效電路分析逆變器在并網(wǎng)過(guò)程中發(fā)生孤島效應(yīng)的原因。 第三章介紹并網(wǎng)逆變器的控制技術(shù)，列出了幾種并網(wǎng)控制技術(shù)，對(duì)與并網(wǎng)逆變器的控制策略進(jìn)行了比較選定了本文的控制方法。 第五章是 搭建了三相逆變器的仿真模型，通過(guò) MATAB 的仿真并且通過(guò)改變各種參數(shù)對(duì)輸出的交流相電壓，相電流，線電壓和直流電流波形進(jìn)行了分析。 ，展開(kāi)研 能做到無(wú)縫切換技術(shù)。 微電網(wǎng)的孤島檢測(cè)研究 三相逆變器接口建模 31 參考文獻(xiàn) [1] 韓繼明 ,陳衍妍 . 淺談微電網(wǎng) [J].科技資訊， 2020， NO15： 41 [2] 汪飛 .可再生能源并網(wǎng)逆變器的研究 [D].電力電子及電子傳動(dòng) ， 2020 [3] 胡宇航 .光伏并網(wǎng)系統(tǒng)逆變器接口裝置的控制方法研究 [D]. 武漢大學(xué) ，2020（ 4） . 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