范文一:光伏发电孤岛效应检测开题报告
题 目 太阳能光伏并网发电系统
中孤岛效应检测研究 学 院 控制科学与工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电气0703 学 生 韩冬 学 号 20070302024 指导教师 张慧芬
二〇一一年四月二日
毕业设计方案
学院 控制科学与工程学院 专业 电气工程及其自动化
学生 韩冬 学号 20070302024
设计题目 太阳能光伏并网发电系统中孤岛效应检测研究
一、选题背景与意义
1.太阳能光伏并网发电系统属于分布式供电系统,分布式发电是指为了克服传统的大容量电力系统的弊端,在支持已有配电网的经济运行前提下而设计和安装在用户附近的小型发电机组,使得用户的供电质量和可靠性都得到明显增强的发电形式。然而,当大电网处于失电状态时,这些独立的并网发电系统仍可能持续工作,并与本地负载连接处于独立运行状态,这种现象叫做孤岛效应。孤岛效应的出现其危害是非常明显的:由于不清楚断电点在何处,会危及电网检修人员的生命安全;影响配电系统上保护开关的动作程序,对电网保护装置造成冲击;影响电能传输质量,负载端电压和频率将不稳定;电网恢复供电后,电网和分布式供电相位不同步,危害电网自动重合闸过程;单相分布式发电系统会造成三相负载缺相供电。因此,从用电安全和和用电质量等多方面考虑,孤岛状况是不允许出现的。所以,光伏并网发电系统都应具有检测出孤岛状态并能快速有效停止并网运行的能力。太阳能光伏并网发电系统对于缓解传统能源紧张状况,提高用户供电质量和可靠性具有双重意义,而孤岛效应的检测和研究其目的就在于充分保护和发挥分布式供电系统的这些优良特点,最大限度的减轻孤岛效应所带来的危害。
2.目前国际上通用的孤岛效应检测方法大体分为两种:被动式检测技术和主动式检测技术。但由于国内外用电频率和电压上的区别,都有各自的孤岛效应检测标准。国际通行的光伏系统入网标准和分布式入网标准,都对并网逆变器孤岛效应检测标准做出了要求。其中光伏系统入网标准规定当公共点的频率在59.3Hz-60.5Hz之外时,并网系统必须在6个周期内停止供电。在公共点电压U异常时,最大分闸时间如下:U,50,时,最大分闸时间6个周期;50%?U,88%时,最大分闸时间120个周期;88%?U,110%时,并网系统正常工作;110%?U,137%时,最大分闸时间120个周期;137%?U时,最大分闸时间2个周期。我国的光伏系统并网技术要求规定光伏系统并网后频率允许偏差值在?0.5Hz,超过这个范围时过/欠频保护装置须在0.2s内动作,使光伏系统与电网断开。相应的系统对检测到异常电压时做出的反应如下规定:U,50%时,最大分闸时间0.1s;50%?U,85%时,最大分闸时间2.0s;85%?U,110%时,并网系统正常工作;110%?U,135%时,最大分闸时间2.0s;135%?U时,最大分闸时间0.05s。同时还规定,在电网的电压和频率恢复到正常范围的20s-5min,光伏系统不应向电网供电,这一点区别于北美标准的至少延迟5min和德国标准的20s。
- 1 - 济南大学
毕业设计方案
二、设计内容
光伏发电系统属于分布式供电系统。当由于电气故障、误操作或自然因素等原因造成电网中断供电时,各个光伏并网发电系统仍在运行,并且与本地负载连接处于独立运行状态,这种现象被称为孤岛效应。从用电安全与用电质量方面考虑,孤岛状况是不允许出现的。所以光伏并网发电系统都应具有检测出孤岛状态并快速有效停止并网运行的能力。本课题对孤岛效应检测方法进
)大量收集和阅读太阳能光伏发电系统相关资料,在熟悉光伏发电行初步研究。具体要求为:1
系统的基础上,综述孤岛效用检测研究的现状。2)分析孤岛效应产生的机理、孤岛效应发生的
)选出合理的孤岛效用检测方法,用matlab进行仿真。 可能性和危害性。3
三、设计方案
本设计方案主要有以下两方面的内容:首先是综述目前国内外孤岛检测研究的现状,进一步解释孤岛效应产生的原因及其危害;再次是综述多种孤岛检测的方法,并选出其中几种具有优势的检测方法进行全面分析和论述,这也是本设计方案的重点所在。
目前分布式并网发电系统孤岛检测的方法有主动式检测方法和被动式检测方法两种。
被动式检测方法主要根据大电网、分布式发电系统和负载端的公共耦合点(PCC)的电参量变化来判断是否发生孤岛效应。
被动式检测方法的实现形式有如下几种:
1. 过/欠压-过/欠频检测:根据公共端(PCC)电压、频率是否超出正常范围来判断电网状态。
2. 相位偏移检测:电网断电以后,逆变器电压及电流的相位差完全由负载决定,如果所带负载非纯阻性而造成电流及电压产生一定的相位角,那么此时孤岛状态可以被检测出来。
3. 电压谐波检测法:电流控制型逆变器的控制电压为大电网电压,当大电网断电以后,逆变器上会产生失真的电压波形,在这种失真的电压信号控制下输出的电流必然也是失真的电流形,其中含有大量的谐波成分。
4. 检测频率变化率。
主动式检测方法通过对逆变器输出进行主动式干扰,当发生孤岛状态时,主动干扰将造成系统的不稳定。即使在输出功率与负载功率平衡状态下,也会通过扰动破坏系统平衡,造成系统电压、频率明显变动,从而确定孤岛产生。
主动式检测方法的实现形式主要有如下几种:
1. 主动移频法:主动频率偏移法通过采集公共节点处的频率,并作偏移作为逆变器的输出电流频率,由负载和频率偏移电流决定的电压输出也会跟随偏移,如此反复,直到电压偏移值达到过/欠频保护装置的保护范围。原理图如下:
- 2 - 济南大学
毕业设计方案
TZ
?
?
t
0 T
T/2 U
图1 主动移频法原理图
是其对应的周期时间;曲线?:逆变器输出电流波形,T是其曲线?:公共点电压波形,TU
对应的半波周期时间;T为电流截断时间,大小取决于偏移给定。 Z
2. 主动移相法:通过在输出电流过零点处截断一个正平台或负平台,从而获得电流基波超前 或滞后角,该角度驱动系统频率向上或向下持续偏移。相对于主动移频法,主动移相法直接令输出电流提前或滞后一个相位,由该相位驱动系统频率向上或向下持续偏移,该方法同主动移频法原理相似。原理图如下:
?
?
时间/s
0 0.02 0.03 0.01 0.04
图2 主动移相法原理
曲线?:公共点电压波形;曲线?:逆变器电流输出给定(电流相位提前)
3. 其它一些设计思路,比如插入负载法、输出有功无功扰动法、输出电压正反馈法、检测电网阻抗变化等。
其中主动移频法(AFD)和主动移相法具有较大的检测优势,本论文将重点分析。
主动移频法克服了功率平衡时因公共端电参量不发生变化而导致检测失败的缺点,但该检测方法也存在检测盲区和一些不足之处。主动移频的检测盲区在于:如果负载为RLC负载,当主动移频造成的电压电流相位差同由负载决定的相位差相等时,负载端电压频率将不再发生变化,主动检测失效;主动移频技术的不足之处在于:由于频率变化是一个渐进循环的过程,这必将会
- 3 - 济南大学
毕业设计方案
增长检测用时。主动移频技术的另一个不足之处在于:当电网断电后,负载端的电压频率变化是不确定的,而主动施加的频率移动有增大频率或减小频率两种选择,如果两个频率变化相反,必定会进一步增加检测用时。在主动移频技术中,本论文将设计如下几种方法对其缺点进行改进:首先是为了减小主动移频法的检测盲区和响应时间,必须增大频率偏移值,本论文引入正反馈算法,在主动频率偏移过程中不断加剧频率偏移正常值,我们称这种算法为有正反馈的主动移频法(AFDPF);再次是当可能发生孤岛状态时,先判断出负载端的电压频率是出现增大变化还是减小变化,然后再决定主动施加的频率变化是增大还是减小,以缩短检测用时。AFDPF算法是对传
×?空间盲区分析法,盲统AFD算法的改进,但是该算法也有检测盲区,本论文将设计一种Q?0
区分布图的横纵坐标分别表示负载品质因数和负载谐振频率,用该方法表达的盲区分布具有平面化和直观化的效果。最后用matlab进行仿真,仿真结果表明,如果分布式发电系统的负载为纯阻性负载时,主动移频算法对频率的扰动可以无衰减的传递到公共点电压上,使公共点频率随时间呈线性增减变化。如果是RLC负载,主动移频算法对频率的扰动不能完全传递到公共点电压上,频率的变化速率受负载相位角的影响而逐渐衰减,最后停止变化到达新的稳态。
同主动移频法一样,通过改变公共端电压频率来检测孤岛状态的设计方法还有主动移相法。主动移相法中电流提前或落后公共端电压的相位是按一定正弦规律变化的,但完全由负载形式决定的电压电流相位差是与频率是成正比的,因此主动偏移造成的相位差就可能和负载相位差相吻合起来,系统形成平衡运行,公共端电压便不再发生变化,于是进入检测盲区。其原理图如下:
? ? A
? C
B
?
图3 主动移相法检测失败原理图
曲线?:主动偏移相位差随频率变化曲线;曲线?负载相位差随频率变化曲线;
C点:系统原平衡运行点;A,B两点:主动移相后系统新平衡点
针对其检测盲区,引入一个正反馈算法,在该算法中当系统重新进入平衡运行状态时(上图中的A,B两点),将主动移相角额外增加一个偏移增量,以打破平衡状态,同时也加快了检测过程。普通的主动移相法称之为滑动频率偏移法(SMS),加入正反馈算法的主动移相法称之为自动移相法(APS)。同主动移频法相同,SMS和APS两种移相算法的盲区分布也可以用Q×?空?0间盲区分析法分析。最后用matlab进行仿真,仿真结果表明主动移相算法对纯阻性负载的检测是
- 4 - 济南大学
毕业设计方案
没有盲区的,但当负载是RLC负载时,主动移相算法对频率的扰动同主动移频算法一样不能完全传递到公共点电压上,频率的变化速率受负载相位的角的影响而逐渐衰减,最后停止变化到达新的稳态。
四、参考文献
[1]褚小丽.光伏并网中的孤岛效应研究[D].合肥:合肥工业大学,2009
[2]李春玲.基于光伏并网发电系统的孤岛检测[D].天津:天津大学,2008
[3]唐津成.光伏并网逆变器建模和仿真研究[D].南京:东南大学,2008
孤岛检测在光伏并网发电系统中的研究[D].南京:东南大学,2007 [4]袁玲.
[5]殷桂梁,杨丽君,王珺.分布式发电技术[M].北京:机械工业出版社,2008:26-28 [6]赵争鸣.太阳能光伏发电系统及其应用[M].北京:科技出版社,2005:35-41
[7]袁玲,郑建民,张先飞.光伏发电并网系统孤岛检测方法的分析和改进[J].电力系统自动化,2007,
28(3):72-75
[8]禹华军,潘俊民.并网发电逆变系统孤岛检测新方法研究[J].电力系统及自动化学报,2005,
24(3):55-59
[9]郭小强,赵清林.光伏并网发电孤岛检测技术[J].电工技术学报,2007,22(10):176-180 [10]陈为民,陈国成,程春华,等.基于分布式并网发电的新型孤岛检测研究[J].电工技术学报,
2007,17(12):114-118
[11]张超,何湘宁,赵德安.一种新颖的光伏并网系统孤岛检测技术[J].电力电子技术,
2007,24(3):97-99
[12]杨海柱,金新民.基于正反馈频率偏移的光伏并网逆变器反孤岛控制[J].太阳能学报,2005,26
(3):409-412
[13]刘芙蓉,康勇,等.主动移频式孤岛检测方法的参数优化[J].中国电机工程学报,2008,28(1):
95-99
[14]Ropp M E, Begoviv M ,Rohatgi A. Determining the relative effectiveness of islanding
detection methods using phase criteria and non-detection zones[J].IEEE Transactions
on Energy Conversion,2000,15(3):290-296 [15]M.E.Ropp, M.Begovic. Analysis and performance assessment of the active frequency
drift method of islanding prevention[J].IEEE Transactions on Energy Conversion,
1999,14(3):810-816
- 5 - 济南大学
毕业设计方案 五、指导教师评语
指导教师(签字)
2011年4月5日 六、审核意见
系主任(签字)
2011年4月10日
- 6 - 济南大学
范文二:光伏并网发电系统的孤岛效应与防止策略
==========;===============—————————一一
,黛年?。z㈣年。墨
态m黑。。廛‰慧。。。婺竺兰!竺竺!竺!!竺竺!竺!竺
鬻舞芋
竺:::!!::一
文章编号:0254
0096(瑚3l增刊0094—04
光伏并网发电系统的孤岛效应与防止策略
赵
为,余世杰,沈玉梁,苏建徽
(台肥工业大学能源研究所,合肥230IJ09)
摘要:该文详细地介绍和分析了光伏并网发电系统中可能出现的孤岛效应.提出了一种易于实现的防止策略,并通过Ma门ab软件仿真验证丁方案的可行性。关键词:光伏系统;孤岛效应;并网发电中图分类号:TK92
文献标识码:A
O前言
太阳能作为一种绿色可再生能源,正在从补充能源向着替代能源的方向转变。目前,世界各国越来越重视太阳能的光伏并网发电利用:2000年全球光伏组件产量达到2877Mw,比1999年增长了43%(其中日本增长61%,达到128.6Mw,德国增长50%,美国增长23.3%),增长速度超过了IT产业。
在市电的发电设备都会有此问题产生。图l所示为孤岛效应发生时的系统供电状态。一般来说,孤岛效应可能对整个配电系统设备及用户端的设备造成不利的影响,包括HJ:
?电力公司输电线路维修人员的安全危害;?影响配电系统上的保护开关动作程序;?电力孤岛区域所发生的供电电压与频率的不稳定现象;
?当电力公司供电恢复时所造成的相位不同步问题;
负载的欠相供电问题。
当越来越多的光伏并网发电系统并联于交流电网时,发生孤岛效应的机率也就越高t“,所以必须寻求适当策略来应对日趋严重的孤岛效应问题。
由于光伏并网发电系统直接将太阳能逆变后馈送给电网,所以需要有各种完善的保护措施。对于通常系统工作时可能出现的功率器件过流、功率器件驱动信号欠压、功率器件过热、太阳电池阵列输出欠压以及电网过压、欠压等故障状态,比较容易通过硬件电路检测,配合软件加以判断、识别并进行处理。但对于光伏并网发电系统来说,还需要考虑在一种特殊的故障状态下的应对方案,即孤岛效应的防止和对策。
、
?太阳能供电系统因单相供电而造成系统三相
l孤岛效应的概念
所谓孤岛效应,根据美国Salldia国家实验室(sandia
National
}瓯鞠葡鹪嘲酗㈨{|i如l衄
图I孤岛效应发生时的系统供电状态
Fig.1
StaMofthegridwh曲theidanditlgkhappenlng
Laboratories)提供的报告llJ指出当
电力公司的供电,因故障事故或停电维修而跳脱时,各个用户端的太阳能并网发电系统未能即时检测出停电状态而将自身切离市电网路。而形成由太阳能并网发电系统和周围的负载形成的一个电力公司无法掌握的自给供电孤岛。事实上,不只太阳能发电系统会有这个问题的存在,只要是分散式的发电系统,例如:风力发电、燃料电池发电等,或是一般并联
收稿日期:2002_08-20
2孤岛效应的具体分析和国际通行标
准
防止孤岛效应(anti—islanding)的基本点和关键
点是电网断电的检测。
通常在配电开关跳脱时,如果太阳能供电系统
万方数据
赵为等:光伏并嘲发电系统的孤岛效应与防止策略
的供电量和电网负载需求量的间的差异很大,市电网路上的电压及频率将会发生很大的变动,此时可以利用系统软硬件所规定的电网电压的过(欠)电压保护设置点及过(欠)频率保护设置点来检测电网断电,从而防止孤岛效应。
可是当太阳能供电系统的供电量哼网路负载需求量平衡或差异很小时,则当配电开关跳脱后,并网系统附近市电网路【.的电压及频率的变动量将不足以被保护电路所检测到,还是会有孤岛效应的产生。虽然出现这种情况的概率并不高,但在光伏并网系统大规模应用的情况下,孤岛效应必须万无一失的得到防止。根据专用标准IEEE
std.2000
929和
uLl74l,所有的并网逆变器必须具有反孤岛效应的功能,同时这两个标准给出了并网逆变器在电网断电后检测到孤岛现象并将逆变器与电网断开的时间限制【2,…。如下表1所示。
表1卫旺Estd.2000—929mLl74l对孤岛
效应最大检测时间的限制
1■I札l
Thelimltof
antl—islandi“g硝ponse
tlmeinIEEEstd2(100—929/ULl74l
状态
断电后电压幅值
断电后允许的最大电压频率
检测时间
A
05y咖。①
6cvcles
0
5V岫。<
2seconds
矿<0.88y呻。
O
。
88V一≤2、,≤lsec。nds
110‰<
IOV—
D
V<1.37V—/一
2
se∞rlds
El37V。≤V
/Ⅻ,
2
cyck
r<
F
V,。,。
‰:o.7№6。”18
G
%n
,T。鬈5比6刚s
①v∞。指电网电压幅值的正常值。对于我国的单相市电,为交流220V~(有效值)。
②,,m指电嘲电压频率的正常值。对于我国的单相市
电,为50Hz。
孤岛效应检测技术[1,4]一般可分成被动式及主万方数据
察市电的是否受到影响以做为判断依据,因为市电可以看为是一个容量无穷大的电压源。
3
1披动式检测方法
由于发生孤岛情况时,其电压及频率均不稳定,
被动式检测方法利用此点效应来判断是否发生孤岛情况。依参考的电力参数不同,可分成以下几种方法:
3.1
1利用保护电路监测
一般的太阳能发电系统均会装置四种保护电
路:过电压保护、低电压保护、过频率保护及低频率保护。这4种保护电路提供了最基本的保护功能,一但转换器的输出电压、输出频率超过币常的范围时,即将市电视为有故障发生,保护电路即会将并网系统切离市电网路。但是,当转换器的输出功率与负载功率达成平衡时,则会因系统的电压及频率变动过小,使得控制系统无法检测而失去作用。
3.1.2电压谐波检测法(v01ta鼯}IamlonicMonitoring
Method)
此方法适用于电流控制型变流器,因电流控制型变流器主要参考信号为市电电压,当市电故障时,电力转换器的输出电流可能在电力变压器上产生失真的电压波形,而此失真的电压波形被采集再转成为转换器输出电流的参考波型,亦即会造成转换器输出电压将含有较大的谐波成分,因此可由此点判1.3
急剧相位偏移检测(sudden
Phase—shi“De—
此方法用以检测当市电突然断电时,电力转换
电系统脱离市电阿路。但若负载所造成的相位差并主动式检测方式是通过控制变流器输出或外加断是否发生孤岛情况。
3
tection)
器的电压及电流相位差由负载决定,当相位偏移超过某一范围时,即表示市电发生故障,则将太阳能发不大时,则无法检测出来。3.2主动式检测方法
阻抗等方式主动扰动系统。当发生孤岛情况时,主动扰动将造成系统的不稳定,即使是在发电输出功率与负载功率平衡的状态下,也会通过扰动破坏功率平衡状态,造成系统的电压、频率有明显变动,再通过控制单元检测出来将太阳能发电系统与市电隔离,防止孤岛现象的发生。主动方法主要有下列几种方式。
3.2.1输出电力变动方式
3孤岛效应的检测
动式两类。被动式检测技术一般是利用监测市电状态,如电压、频率作为判断市电是否故障的依据。而主动检测法,则是由电力转换器产生一千扰讯号,观
—————————————————————————————————————————————————————————一——————————
96
A
阳能学
报
2003年
通过控制变流器的输出,施以系统一周期性的有效电力或无效电力扰动,当市电中断时,由于系统失去一稳定的参考电源,扰动将造成系统电压或频率明显的变动,而检测出孤岛现象。3.2.2加入电感或电容器
此方法是在电力系统输配线路上加装一电感或电容器,当市电中断或故障时,即将电感或电容器并人,通过无效功率破坏系统平衡状态,达到对电压、频率的扰动,使太阳能发电系统能检测到并与市电解除并联。其中插入的并联阻抗因容量小且短时间插入为宜,以免对系统造成过大影响而发生误动作。
3.2
3自动频率偏移方式
此方式通过偏移市电电压采样信号的频率来做
为变流器的输出电流频率,造成对系统频率的扰动,即而由频率保护电路来检出孤岛现象,但此法会造成系统供电的不稳定以及输出功率因数降低的缺点。
4可行方案和仿真结果
本文结合常见的电流型光伏并网系统提出一种简单易行的主动型孤岛效应检测方式,以并网输出
电流变动的方式来检测市电断电发生。电流变动检
测的原理是通过微处理器的控制,对逆变器的输出电流施以周期性的变动,以达到主动破坏供需平衡的目的。这种方法属于电力变动检测孤岛效应的一种。
采用此种方式的优点,不但避免了采用频率偏移方法所造成的系统不稳定现象,也避免了采用负载变动方式可能导致的成本增加和系统误动作。具有较高的实用价值。图2所示即为使用Matlab的
PowerSystenl
Rlockset建立的系统检测市电断电的
控制方块图。运行时周期性的改变并网指令命令电流的幅值。此时系统常规保护的软硬件照常运作,以检测比较明显的孤岛效应的发生。
依据市电检测的控制流程,可以根据实际需求来设定其检测频率,也可以设定检测时的输出电流振幅。具体的实施方法是在电网频率为50Hz的情况下,每隔1秒种,将并网指令电流的幅值设定为正常值的l/2,并维持两个周期,以防止误判。图3所网输出电流在1次/秒检测下的正常供电波形。图万方数据
测情形。可见,由于系统中有3l欧姆的阻性负载R,消耗的功率接近1.6kw,所以当电网断电后,由于输出电流不变,所以并网系统检测到的电网电压变化很小,并网系统继续T作,产生的交流电能由电阻R消耗。在检测点2处,由于人为将并网指令电流降低了1/2,所以造成r交流电压的明显下降,欠压保护电路很容易就判断出电网断电并立刻关闭逆变器的输出,能较好地实现反孤岛效应。
图2反孤岛效应控制方案仿真框图
Fjg.2
The萄muIatlon
1110d山(正
盥toisland|ng衄【l咀d【n虬k】d
单相电嘲交流电压波形
图3电网正常时,检测频率于
1次/秽下的信号波形
Fig.3
Thedgnai
wave
atthe
h嘲u∞ce
1me俩、鼎eHtheg^disnonnal
图4电网断电时,检测频率于
1次/秒下的信号渡形
ng,3
The
s谵r血w甜e缸thefT钢u鼬ce
1time,,鲫w}1廿1
thegidisbreak0ff
示为并网系统输出220v,1.6kw时,电网电压和并4所示,为电网断电时,检测频率为1次/秒下的检
增刊赵为等:光伏并网发电系统的孤岛效应与防止策略
[参考文献]
l
utility
Inte而ce
0f
P}l。t“Ⅵd【丑ic(Pv)Syst肌碍[s]
f3]
UL
J74l,Rd】741.S!a出Inverr盯andChr辨Rm—
u辨m
J。11nSt¨ens,RusSel|H0nn,JerryGnn,andS遮ifredo
(沁rlzal也.devdopmentIslandl“g
troll嘲for
L4J
HabedillnectedPV
P1砌to砌taicsyst甘ns,[S1
Invene件forgdc|∞n—
new
andt铝tlngd跏aIq㈣chlo
ann—
H,Liebich,BeutlerCh
inulilioy—in【enxmrlecLedp}10tovoltaic
svsten惦
svst咖s:1髑t
data
of
resuhs
of《粕e
invene垲and
in
【R
dia
J.P110l帅【taics州哪ApIdlcatlons
NalHm【I^fmt(m‘*.2【)00.
T)e阳nm帅t,s跚一
la£∞IrdiabiliLy
t}№n1。st
popul“inverters
s州c刊and[AJ.R。c.14th
for
EuPvG。11ferencefc1.
2jlEEEStd9292000,IEEEReo。n珈endedPracth
B“cdona.1997
ISLANDlNG0FPVGRlD-CONNECIED
AND
SYSTEM
PRoⅦNTING
MEll}IOD
SuJianhui
ZhaoWei,YuShiie,ShenYuliang
tEn盯静R…Hhl郴l锄把,池衙Um蛳fyo门‰h舯}吲
Abst’an:I“thispaper,islandingofPVgrid—connectedsyst日nreaIizat{on
磕埘230009.凸2m
intmducedandanalysed.And
this
i汕een
a胁litv
us,
an州sIand崦met}矧is
beenputfonⅣard.The
feasibi吣of
metI划is
beenvalidatethrough
ingtheMatlab∞ftware.
Key哪rds:PVsyst删;iSl蚰diflg;g—d一∞nnected
联系人Bmail:hm—zhaowei@263.net
万方数据
范文三:孤岛效应 光伏 热斑效应
导读:就爱阅读网友为您分享以下“热斑效应”资讯,希望对您有所帮助,感谢您对92to.com的支持!
热斑效应 热斑效应:
在一定条件下,一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件,将被当作负载消耗其他有光照的太阳电池组件所产生的能量。被遮蔽的太阳电池组件此时会发热,这就是热斑效应。这种效应能严重的破坏太阳电池。有光照的太阳电池所产生的部分能量,都可能被遮蔽的电池所消耗。为了防止太阳电池由于热斑效应而遭受破坏,最好在太阳电池组件的正负极间并联一个旁路二极管,以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗。
孤岛效应:
太阳能发电系统与市电系统并联供电时,当市电发生故障系统未能及时检知并切离市电系统,而产生独立供电现象。一旦发生孤岛运转现象时,会造成人员受伤与设备之损坏,故系统设计须具备该效应侦测保护功能。改善的方法就是采用“反孤岛检测”。
1
太阳电池组件热斑效应介绍及检测方法:
太阳电池组件通常安装在地域开阔、阳光充足的地带。在长期使用中难免落上飞鸟、尘土、落叶等遮挡物,这些遮挡物在太阳电池组件上就形成了阴影,在大型太阳电池组件方针中行间距不适合也能互相形成阴影。由于局部阴影的存在,太阳电池组件中某些电池单片的电流、电压发生了变化。其结果使太阳电池组件局部电流与电压之积增大,从而在这些电池组件上产生了局部温升。太阳电池组件中某些电池单片本身缺陷也可能使组件在工作时局部发热,这种现象叫“热斑效应”。
在实际使用太阳电池中,若热斑效应产生的温度超过了一定极限将会使电池组件上的焊点熔化并毁坏栅线,从而导致整个太阳电池组件的报废。据国外权威统计,热斑效应使太阳电池组件的实际使用寿命至少减少10%。
热斑现象是不可避免的,尽管太阳电池组件安装时都要考虑阴影的影响,并加配保护装置以减少热斑的影响。为表明太阳电池能够在规定的条件下长期使用,需通过合理的时间和过程对太阳电池组件进行检测,确定其承受热斑加热效应的能力。
确定太阳电池组件承受热斑加热能力的检测试验叫“热斑耐久试验”。热斑耐久试验过程需严格遵循国际标准IEC 61215-2005,试验内容大致如下:
2
1. 装置
(1)辐照源1,稳态太阳模拟器或自然光,辐照度不低于700W/m2,不均匀度不超过?2%,瞬时不稳定度在?5%以内。
(2)辐照源2,C类(或更好)的稳态太阳模拟器或自然光,其辐照度为1000W/m2?10%。
(3)太阳电池组件I-V曲线测试仪。
(4)一组对试验太阳电池组件遮光增量为5%的不透明盖板。
(5)一个适当的温度探测器。
2. 程序
在太阳电池组件试
验前应安装厂商推荐的热斑保护装置。
(1)将不遮光的组件在辐照源1下照射,测试其I-V特性和最大功率点。
(2)使组件短路,组件在稳定的辐照源1照射下,用适当的温度探测器测定最热的电池单片。
(3)完全挡住选定的电池单片,用辐照源2照射组件。在此过程中组件的温度应该在50??10?。
(4)保持此状态经过5小时的曝晒。
(5)再次测定组件的I-V特性和最大功率点。
3
3. 要求
(1)太阳电池组件无严重外观缺陷;
(2)太阳电池组件最大输出功率的衰减不超过试验前测试值的5%;
由试验过程得知,热斑耐久试验的最终目的是对太阳电池组件厂商的产品质量有严格要求,而试验过程也对试验装置有准确的规定。试验中,关键装置辐照源的选择有稳态太阳模拟器和自然光这2种。众所周知,自然光具有众多非人为的不稳定因素,诸如地区分布、气候变化、风向、温度等。根据实地测试,上海地区夏季正常晴天的中午自然光辐照度仅为700-800W/m2,很难达到1000W/m2的试验要求,更谈何持续5小时的曝晒。
综上,热斑耐久试验通常使用稳态太阳模拟器对太阳电池组件进行检测。中心自主研发的热斑耐久检测设备是实验室模拟热斑条件的必需设备,利用此设备进行热斑耐久加速试验可以尽早暴露质量问题,降低质量风险,提高产品可靠性和使用寿命,不仅适用于组件热斑试验,同时也满足早期光衰减试验要求。设备参数如下:
(1)有效照射面积:1600mm*1000
(2)最大辐射强度:>1000W/m2
(3)光源光谱分布:C级
(4)均匀度:?9.2%,C级
4
(5)瞬时不稳定度:?3%,C级
(6)人机界面控制:PLC控制,样品温度、稳定度、副照度实时显示和积分功能。
百度搜索“就爱阅读”,专业资料,生活学习,尽在就爱阅读网92to.com,您的在线图书馆
5
范文四:太阳能光伏发电与船舶电站并网系统的孤岛效应分析
太阳能光伏发电与船舶电站并网系统的孤岛效应分析
【摘要】 太阳能光伏发电应用于船舶是目前绿色船舶技术发展的一个重要方 向。 随着太阳能电池板转换效率的提高, 光伏电网与船舶电网的并网将成为可能。 船舶电力系统相对容量较小, 易受影响, 及其运行的恶劣环境致使船舶电网断电 几率增加。 船舶电网断电后由光伏发电系统独立向负荷供电形成孤岛效应, 对船 舶运营和安全造成危害。 目前应用于船舶的孤岛检测方法主要分为被动检测和主 动检测, 存在误判和检测效果不好等缺点。 分布式孤岛控制方法检测和控制都在 电网端实现,对并网逆变器的性能要求大大降低。少了对孤岛发电系统的扰动, 能够保证光伏发电系统的高质量供电。 仿真结果证明分布式孤岛控制系统在船舶 光伏发电并网系统发生孤岛效应时,能够迅速使得光伏发电系统与船舶电网断 开, 保证船舶电网和负载的安全及断电后检修工作人员的人生安全。 对研究和设 计采用光伏并网系统船舶的孤岛控制问题具有重要的参考价值。
【关键词】绿色船舶 ; 船舶孤岛 ; 光伏并网 ; 孤岛保护 ; 分布式孤岛控制
0. 引言
太阳能作为清洁的可再生能源, 已在日常生活生产中发挥着越来越重要的作 用。 太阳能的利用主要有两个方面的技术, 即光热技术和光伏技术。 考虑到船舶 运行过程中对于热水的需求量不高, 进行热电转换在有的空间内难以实施, 故而 在船上光热利用的可行性不是很高。 随着光伏技术的不断深入发展, 其效率、 可 靠性和稳定性均有了很大提高, 因而从最初的单纯技术研究逐渐转向实际应用领 域。太阳能光伏发电应用于船舶是目前绿色船舶发展的一个重要方向 [1]。随着 太阳能电池板转换效率的提高, 光伏电网与船舶电网的并网将成为可能。 船用光 伏发电系统中的孤岛效应问题却对船舶运营和安全造成危害。
因此必须有针对性地分析船舶孤岛的特点, 分析已在船舶上应用的若干孤岛 检测的方法及这些方法的特点和存在的问题, 在此基础上, 提出分布式孤岛控制 系统方法来防止孤岛效应带来的危害。
1. 船用光伏发电并网系统的孤岛效应成因分析
如图 1所示, 船舶在正常运行情况下, 由船舶主电网系统及光伏发电系统共 同向船舶上的负载供电, 而在船舶主电网发生故障或检修的情况下, 在与之相关 的开关设备断开后,由光伏发电系统独立向负荷供电。船舶主电网系统断电后, 光伏发电系统与船舶负荷一起组成一个小的孤立电网,称为孤岛(Island ) 。
在光伏发电系统与船舶负荷形成孤岛后, 为了维持孤岛系统的稳定运行, 应 根据分布式电源容量和船舶负荷的大小, 在与船舶主电网系统隔离后, 不需要大 的调节就能够保持孤岛内功率的平衡和电压频率的稳定。 光伏发电系统不仅能够
范文五:太阳能光伏发电与船舶电站并网系统的孤岛效应分析[权威资料]
太阳能光伏发电与船舶电站并网系统的孤岛效应分析
本文档格式为WORD,感谢你的阅读。
【摘要】太阳能光伏发电应用于船舶是目前绿色船舶技术发展的一个重要方向。随着太阳能电池板转换效率的提高,光伏电网与船舶电网的并网将成为可能。船舶电力系统相对容量较小,易受影响,及其运行的恶劣环境致使船舶电网断电几率增加。船舶电网断电后由光伏发电系统独立向负荷供电形成孤岛效应,对船舶运营和安全造成危害。目前应用于船舶的孤岛检测方法主要分为被动检测和主动检测,存在误判和检测效果不好等缺点。分布式孤岛控制方法检测和控制都在电网端实现,对并网逆变器的性能要求大大降低。少了对孤岛发电系统的扰动,能够保证光伏发电系统的高质量供电。仿真结果证明分布式孤岛控制系统在船舶光伏发电并网系统发生孤岛效应时,能够迅速使得光伏发电系统与船舶电网断开,保证船舶电网和负载的安全及断电后检修工作人员的人生安全。对研究和设计采用光伏并网系统船舶的孤岛控制问题具有重要的参考价值。
【关键词】绿色船舶;船舶孤岛;光伏并网;孤岛保护;分布式孤岛控制
0.引言
太阳能作为清洁的可再生能源,已在日常生活生产中发挥着越来越重要的作用。太阳能的利用主要有两个方面的技术,即光热技术和光伏技术。考虑到船舶运行过程中对于热水的需求量不高,进行热电转换在有的空间内难以实施,故而在船上光热利用的可行性不是很高。随着光伏技术的不断深入发展,其效率、可靠性和稳定性均有了很大提高,因
而从最初的单纯技术研究逐渐转向实际应用领域。太阳能光伏发电应用于船舶是目前绿色船舶发展的一个重要方向[1]。随着太阳能电池板转换效率的提高,光伏电网与船舶电网的并网将成为可能。船用光伏发电系统中的孤岛效应问题却对船舶运营和安全造成危害。
因此必须有针对性地分析船舶孤岛的特点,分析已在船舶上应用的若干孤岛检测的方法及这些方法的特点和存在的问题,在此基础上,提出分布式孤岛控制系统方法来防止孤岛效应带来的危害。
1.船用光伏发电并网系统的孤岛效应成因分析
如图1所示,船舶在正常运行情况下,由船舶主电网系统及光伏发电系统共同向船舶上的负载供电,而在船舶主电网发生故障或检修的情况下,在与之相关的开关设备断开后,由光伏发电系统独立向负荷供电。船舶主电网系统断电后,光伏发电系统与船舶负荷一起组成一个小的孤立电网,称为孤岛(Island)。
在光伏发电系统与船舶负荷形成孤岛后,为了维持孤岛系统的稳定运行,应根据分布式电源容量和船舶负荷的大小,在与船舶主电网系统隔离后,不需要大的调节就能够保持孤岛内功率的平衡和电压频率的稳定。光伏发电系统不仅能够提供正常的船舶工作生活用电,还可作为一种紧急供电手段,这种情况下,其功能类似于船舶上的应急电网和蓄电池。
图1 孤岛效应示例
2.船用光伏发电并网系统孤岛效应的特点
现行的船用光伏发电系统并船舶主电网运行规则一般都要求采用防孤岛保护,在配电系统发生故障时主动地将光伏发电系统设备退出。这一方面是为了防止危害严重的非计划孤岛状态的出现,同时也是为了消除光伏发电系统对系统保护和控制的不利影响。但是,基于局部信息的检测方法,尤其是基于电气量变化的被动检测法,其动作没有选择性。
在系统扰动时,容易造成大量光伏发电系统退出运行,引起共模跳闸问题。特别是当系统中出现功率缺额,造成频率、电压降低时,大量光伏发电系统的退出将加大功率缺额,使情况进一步恶化。防孤岛保护在系统受到扰动时就退出光伏发电系统,不能充分利用光伏发电系统的发电能力和紧急备用功能来保证重要负载的供电需求。系统扰动时退出大量光伏发电系统,将增加对主系统的备用要求。退出光伏发电系统后,若因永久故障或重合失败等原因,系统不能及时恢复供电,将影响本地负荷的供电和系统的供电可靠性。
以船用电气设备为例,当大功率的空压机和电动机等启动和停止时,会在电网产生较大的电气变化量(如电流和频率等),这就会引起基于电气扰动检测的逆变器产生误动作而跳闸断开电网。特别地,当船用主发电系统断电时,这会引起船舶停电而危害船舶和人生安全。
船舶电力系统,相对容量较小,易受影响;一般万吨级货船电站总容量大约为1000 kW,正常运行的发电机组是300,500kW,而某些大容量的电动机容量就可达60―70kW,与电站容量之比为1:5,1:10。当大容量电动机起动时,同步发电机的电枢反应去磁效应势必会引起电网电压大幅度下降,发电机组的转速(频率)和电压也会波动厉害。其次,船舶电力系统输电距离短,短路破坏大;当电网某一点发生短路(特别是电路设备)就可能直接影响发电站的运行。且航行时存在着高温、潮湿、盐雾、霉菌、倾斜等不良因素,这些影响船舶电气设备的寿命及动作的可靠性,造成船舶电网断电几率增加,这更加要求船舶电力系统有更优的孤岛防治的方法。
3.船用光伏发电并网系统孤岛效应的检测方法
目前孤岛检测方法主要分为被动检测和主动检测[2]。被动检测法和主动检测法都是基于本地的局部信息,一般安装在光伏发电系统的出口处,即三相逆变器的输出端口。本文仅讨论以逆变器并网的光伏发电系统孤岛检测。
与主配电系统失去联系后,孤岛内的功率往往是不平衡的,光伏发电系统所承担的负荷也会发生变化,从而引起本地电气量的变化。被动检测就是通过检测孤岛形成前后的频率、电压、功率输出等电气量变化,来判断是否与主电网断开。主要包括低频低压、高频高压、频率变化率法、矢量相移法(Vector Shift)和功率波动法等[3-4]。利用低频低压与高频高压法检测孤岛状态的优点是原理简单、实现方便,但由于仅反映频率及电压的大小,容易受重负荷切换或大电源跳闸等原因引起的频率、电压变化的影响,误动率较高。此外,如果孤岛部分的功率基本平衡或发电机有一定的调节能力,形成孤岛以后频率电压也可能基本不变,或变化不超出整定的范围,将会造成孤岛状态的漏检。所以这种检测方式一般仅用在较小容量的分布式发电设备上或仅作为一种辅助的检测手段。所有被动检测法存在的最大问题是,不容易区分大的负荷变化、干扰和孤岛运行,容易引起误跳闸;另外,在孤岛内功率基本平衡时,由于电气量变化很小,被动检测法很难检测到主网的断开。 主动检测通过控制光伏发电系统对系统施加一个外部干扰,然后监视系统的响应来判断是否形成孤岛,一般是通过调制光伏发电系统的有功或无功输出,检测电压和频率的响应变化。有的主动检测还可以构成正反馈,加快孤岛的瓦解。主动检测将向系统施加外部干扰,即使是功率完全平衡的孤岛,也可以通过主动干扰来破坏功率平衡,从而被可靠地检测出来。但外部干扰会影响供电质量,检测的时间也会比被动检测长。当系统中包含多个分布式电源时,各电源主动检测装置发出的干扰信号可能互相影响,降低检测效果。
4.船用光伏发电并网系统孤岛效应的控制模型分析及仿真
4.1 分布式孤岛控制系统模型
分布式孤岛控制中心组成:控制设备(控制中心),检测设备,二级电源(蓄电池或放电电容等),执行机构等,如图2所示。
目前孤岛检测方法主要分为被动检测和主动检测。被动检测法和主动检测法都是基于本地的局部信息,一般安装在分布式发电系统(DG- distributed generation)的出口处,即三相逆变器的输出端口。此种检测方法的缺点(主动式的和被动式的两种)已经在前面提到。
分布式孤岛控制系统的工作原理是:在电网端通过孤岛控制中心来检测和控制,在逆变器端即光伏发电系统端,执行控制指令和响应断路和合闸等操作。所以对并网逆变器的性能要求大大降低,同时也提高了孤岛系统的供电质量。
图2 孤岛控制系统模型
孤岛控制中心工作模式:孤岛控制中心是分布式孤岛控制系统核心。孤岛控制中心工作模式主要包括两个方面---检测和控制。检测是指通过孤岛控制中心对主电网端的电压频率等参数进行检测;控制是指孤岛控制中心按照要求发出针对不同孤岛系统的控制指令。这样孤岛控制中心在电网正常运行时可以利用电网的电来检测和发出指令;在电网断电或需要停电检修时可以利用电容设备放电或蓄电池等二级电源来完成检测功能,而利用孤岛发电系统或二级电源来完成控制功能。在这里孤岛控制中心可类比于船舶电网的应急电源,它与主电网的关系是:在电网有电时用主电网的电,当主电网断电时用二级电源或者孤岛发电系统的电来完成对孤岛发电系统的控制功能。在这里需要指出的是:如果孤岛控制中心用孤岛发电系统的电,那么控制中心的检测设备和控制设备需要隔离,以防止孤岛发电系统的电输送到已断电的电网而引起事故。
4.2 模型仿真及分析
根据图2建立单相并网逆变系统孤岛保护仿真模型如图4所示。仿真参数设置如下:太阳能光伏阵列工作环境温
度为25摄氏度,太阳辐照度为1000W/m2和600W/m2以模拟不同辐照度下光伏阵列的工作输出情况,光伏阵列模型如图3所示。逆变系统使用matlab-simulink自带的通用DC-AC逆变桥,PWM模块参数为2桥臂4脉冲,系统所带负载为RLC并联负载。因船舶电网并网运行必须满足两电机或电网频率,电压,相位差和相序等要求,才能并网运行。则可只模拟并网成功运行后,光伏发电系统和船舶主电网系统在孤岛效应发生时的特性。电网设置为理想的容量无穷大电网,电压为220V,频率为50Hz(中国船舶用50Hz,日本和韩国等国家用60Hz,欧美地区船舶两者都有用)的交流电压源。图5为仿真结果。
图3 光伏阵列模型
图4 孤岛保护仿真模型
由图5可以看出在t=1s时刻电网断电,控制器检测电网电压突降为0,将检测信号发送给逆变系统端的断路开关将之与电网和局部负载断开,从而形成孤岛保护。整个响应过程时间为0.5s,几乎等于断路器断开所需时间,远小于国际标准IEEE Std.2000.929[5]和UL1741规定的最大时间120个周期的限制,如表1所示。与常用的逆变器端检测方法[6]相比较,采用被动式孤岛检测为主,主动频率偏移(AFD)为辅助的孤岛检测方法[7],当电网断电时需要最多52个周期(1.04s)就能检测出孤岛效应。
采用具有过欠电压检测功能的电压相位突变检测方法[8], 孤岛检测跳闸时间为0.095s,约5个周期。从比较可以看出,本文所采用的在电网端实现孤岛检测的方法,相对于逆变器端的主被动检测方法具有可行性。
而且对于有稳压调频功能的孤岛系统,此模型不会将光伏系统与局部负载断开,从而能够充分利用计划孤岛的供电能力。
表1 孤岛保护时间标准
Tab.1 Islanding protection time standard
公共耦合点电压范围 最大跳闸时间
Ua/Vn
lt;50%
50%
lt;Ua/Vn
lt;88%
88%
lt;Ua/Vn
lt;110%
110%
lt;Ua/Vn
lt;137%
137%
lt;Ua/Vn 6周期
120周期
正常运行
120周期
6周期
注:Ua为公共耦合点电压;Vn为电网电压。
图6 逆变器端孤岛检测方法
5.结论
在船舶光伏发电并网系统发生孤岛效应时,分布式孤岛控制系统能够保证船舶电网和负载的安全及断电后检修工作人员的人生安全,且更容易实现对多个孤岛发电系统的控制及提高供电的可靠性;由于检测和控制都在电网端实现,少了对孤岛发电系统的扰动,所以能够保证光伏发电系统的高质量供电。
可见分布式孤岛控制系统既能够防止孤岛效应带来的危害同时也能充分利用孤岛效应来提高电网供电的可靠性。对研究和设计采用光伏并网系统船舶的孤岛控制问题具有重要的参考价值。
参考文献
[1]袁成清,赵亮亮,孙玉伟,严新平.船用太阳能电池可靠性分析[J].船海工程,2010, 6(39):129-131.
[2]杨海柱,金新民.基于正反馈频率偏移的光伏并网逆变器反孤岛控制[J].太阳能学报,2005(6):760-765.
[3]郭小强,赵清林,邬伟扬.光伏并网发电系统孤岛检测技术[J].电工技术学报,2007(4):157-162.
文档资料:太阳能光伏发电与船舶电站并网系统的孤岛效应分析 完整下载 完整阅读 全文下载 全文阅读 免费阅读及下载
阅读相关文档:基于图论存储的手写数字识别研究 卫星遥感数据的正射影像图的制作 浅谈Flash应用程序漏洞挖掘要点与利用分析 电力谐波对电能计量影响的分析与探讨 浅析用电信息采集系统及其在营销管理中的应用 基于Android的学生信息管理系统初探 基于射频识别技术的供热计量系统研究 OTN网络承载**专网平台的实现 企业网络及设备故障原因及对策研究 纽扣型锂电池失效研究 探讨计算机机房节能 计算机网络应用中的泄密隐患防范研究 关于搞好杨山站网络系统和自控系统的思考 数字温度测量系统 留学生内科教学、临床实习及教学查房的带教效果 横风作用下高速列车车―桥系统气动性能分析 大屏幕
最新最全【学术论文】【总结报告】 【演讲致辞】【领导讲话】 【心得体会】 【党建材料】 【常用范文】【分析报告】 【应用文档】 免费阅读下载 *本文收集于因特网,所有权为原作者所有。若侵犯了您的权益,请留言。我将尽快处理,多谢。*
转载请注明出处范文大全网 » 光伏发电孤岛效应检测开题报告