分布式光伏系統的孤島檢測方法的設計

江富春 董恩智 王研 閏超 賈春賀

摘要 分布式光伏發電系統并網點處的電壓諧波由系統擾動、本地負荷和光伏發電系統共同確定，本文通過小波算法和FFT算法同時對并網點電壓信號進行特征量提取并進行動態門檻的判斷，結合兩種方法提高孤島檢測準確性。

【關鍵詞】分布式光伏 孤島檢測

1 引言

利用光伏發電等形式開發利用光能，分布式光伏發電本著就近原則，將光能轉換的電能輸送給附近中小功率的用戶。本文對分布式光伏發電進行了概述，列舉了其存在的問題，并設計了一種新型的分布式光伏系統的孤島檢測方法，以供相關課題的研究的借鑒。

2 分布式光伏發電概述

光伏發電是利用太陽能電池板這種半導體電子器件有效地吸收太陽光輻射能，并通過逆變器使之轉變成電能的發電方式。分布式光伏發電系統，就是利用以光生電效應原理制成的太陽能電池將太陽能直接轉換成電能。

3 分布式光伏發電系統存在的問題

當電網遇到不可控因素發生故障時，分布式發電系統不能根據整個系統的指示進行斷電，而是與某一區域的用戶設備形成一個局域電網，進行電能傳輸，這種非正常情況下形成獨立供電系統的現象稱為孤島效應。分布式光伏發電有很多獨特優勢，同時分布式光伏發電系統在運行的過程中仍會存在很多的問題，例如逆變器參考電流值的確定，最大功率點的控制以及孤島效應問題。

4 孤島檢測方法設計

4.1 設計原理

通過小波算法對并網點電壓信號進行多層小波變換，通過小波系數判別系統諧波突變的發生，動態跟蹤突變判定門檻，計算諧波突變持續的時間;同時對小波系數進行時域重構，分離出高次諧波波形，再通過快速傅里葉變換計算主要諧波信號，計算諧波含量，動態跟蹤含量判定門檻，判別諧波含量是否發生突變，兩個判定共同判定孤島的發生。

4.2 方法說明

首先利用小波分析來準確判定諧波發生的時刻和持續時間（如圖1所示）：

（1）電網波形為工頻f0為50Hz的周期正弦波，實際中由于非線性負載或開關器件存在著工頻整數倍頻率的電壓或電流諧波干擾。在分布式光伏發電系統中，奇次諧波所含比例較重，在低頻段內，尤其是三次諧波和五次諧波，它們的變化也較為明顯，所以我們主要將基波、三次、五次諧波的特征量進行提取和判斷。

（2）首先使用小波分析多分辨率分析方法，采用Daubechies4小波作為小波基函數。

（3）諧波頻帶的劃分，使每個子頻帶盡量含單一的諧波分量，盡量不受其他諧波的影響，同時受DSP處理器的采樣頻率限制，采樣頻率為f_s=6.4kHz。

（4）采取五層分解，可以將所期望的諧波信號有效的分布在各子頻帶中，使算出的小波系數更具代表性。

（5）對原始采樣信號使用Mallat快速算法得到六個小波系數，分別為：

di（n）， i=l，2，…6;

其中d.（n）為小波系數，n為離散采樣時間引索，d1（n）對應的子頻帶為[0，f_s/64]，即0-100Hz，基頻頻率f0正好位于該子頻帶的中央;

（6）設定一個判定門檻，當求出（Dma。-Dmean）/Dmean大于門檻時，認為出現了高次諧波突變點，可以如此計算出高次諧波突變的起止時刻，計算出高次諧波突變持續的時間t0，反之則認為系統穩定。

（7）突變判定門檻的動態設定，功能投入初始化時將突變判定閥值設置為0，判斷突變判定閥值是否為0，如果為0，則將基波的分量系數設置為突變判定閥值，判定結果不會超出門檻。功能開始投入后，實時求出一個周期數據窗口內獲得的各分量系數絕對值的平均值Dmean以及絕對值的最大值Dmas，計算（Dmax-Dmean）/Dmean，并將計算結果存儲。

（8）如果高次諧波突變持續的時間t0大于設定的判定時間門檻T0，則認為滿足突變時間條件;如果還未大于T0時，高次諧波突變點消失，則t0賦值為0，重新等待下一次計算。

（9）如果未發生高次諧波突變，則認為系統穩定，未發生孤島現象。如果發生高次諧波突變，并且持續了時間t0。則認為有可能發生了孤島現象。

（10）系統同時將d1（n）、d2（n）和d3 （n）經過通帶梳狀濾波器之后進行Mallat重構，得到重構后的各次諧波的時域波形y（n）。

（11）再將時域波形y（n）進行快速傅里葉變換得到y（w），再將基波，三次諧波、五次諧波的有效值E1、E2、E3提取出來。E1*100%，E3/El*l00%所占比例大于門檻時，認為高次諧波含有量有了改變，反之則認為系統穩定。

（13）關于幅值判定需要的門檻，需要動態跟蹤系統的運行情況。

功能投入初始化時將幅值門檻Refl和Ref2設置為1;計算基波、三次諧波、五次諧波的有效值E1、E2、E3，分別計算E：/E1*100%、E3/ E1*100%，并將兩個計算結果按組別各自存儲;

（14）關于孤島情況的判定。如果同時滿足突變時間條件和諧波含量條件，則認為有孤島發生，發出跳閘指令。

4.3 方法的優點

本發明通過對電網的電壓信號進行濾波和小波變換，能夠準確分析、判別諧波如三次諧波和五次諧波的突變發生時間，并根據小波重構后的時域波形計算高次諧波含量即幅值，在結合動態跟蹤判決門檻如突變判定閥值、幅值門檻的設定，使得孤島現象的判別更加準確而不盲目，在最大限度減少檢測盲區的存在，保證分布式光伏發電系統并網運行的可靠性。

5 總結

本文對分布式光伏發電進行了概述，論述了其可能存在的問題，并設計了一種分布式光伏發電的孤島檢測方法，以供后續相關課題研究借鑒。

參考文獻

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