Page 74 - 电力与能源2024年第五期

606 于 雷，等：基于无功扰动的分布式电源孤岛运行检测方法研究

当分布式电源并网运行时，逆变器常采用 P/ 1 )
2 - 2πf i C （4）
Q inv = 3V PCC ( 2πf i L
Q 控制或 V/f 控制；而在孤岛运行模式下，逆变器
常采用下垂控制策略。此外，在并网运行模式下， 式 中 V PCC——PCC 的 电 压 ；f i—— 该 电 压 的 频
分布式电源大多采用最大功率跟踪控制策略，以 率；R，L，C——RLC 就地负荷中的等效电阻、等
提高新能源的利用率，而有功功率平衡与无功功 效电感与等效电容。
率的平衡则通过大电网实现。在孤岛运行模式 RLC 就地负荷的品质因数可表示为

下，分布式电源需采用变功率跟踪控制策略，以确 R
Q f = 2πf 0 RC = （5）
保发电功率与就地负荷功率的平衡。 2πf 0 L
本文以采用 P/Q 控制的分布式电源为例，分 式中 f 0——RLC 就地负荷的谐振频率。
析其孤岛运行的检测方法。P/Q 控制策略模拟了 由式（3）～式（4）可知，分布式电源运行于孤
传统的同步发电机的下垂特征，可通过调整分布 岛模式时，无功功率可表示为
式电源的输出功率来调节其输出电压。 f 0 f i )
Q inv = P inv Q f - （6）
如图 1 所示，在 P/Q 控制下，并网逆变器的控 ( f i f 0

制策略包含两个控制环：外环为功率环，内环为电 为 了 简 化 分 析 ，对 式（6）进 行 线 性 化 处 理 ，
可得：
流环。功率环又分为无功功率环和有功功率环，
1
电流环则分为直轴电流环和交轴电流环。功率环 f 0 f i ) f 0 f 0)
ΔQ inv = ΔP inv Q f - - Δf i P inv Q f 2 +
与电流环均采用 PI 控制器进行调节。 ( f i f 0 ( f i
为了进一步提高新能源的利用率，分布式电 （7）
即，当分布式电源运行模式从并网模式切换
源常运行在单位功率因数下，即无功功率环的无
到孤岛模式时，PCC 处的频率偏移可表示为
功功率参考值设置为 0，而有功功率环的有功功率
参考值则设为最大输出功率。 ( )
f i
f 0
ΔP inv Q f - - ΔQ inv
Δf i = f i f 0 （8）
2 孤岛运行检测 ( )
1
f 0
P inv Q f 2 +
当分布式电源处于并网运行状态时，公共耦 f i f 0
当分布式电源采用 P/Q 控制策略时，Q inv=0，
合点处的功率可表示为
考虑到最恶劣的情况，分布式电源的输出有功功
（1）
ΔP = P load - P inv
（2） 率与 PLC 就地负荷的有功功率平衡，此时 PCC 处
ΔQ = Q load - Q inv
式中 ΔP——电网输出的有功功率；ΔQ——电 无频率偏差，因此无法通过频率变化来判断分布
网输出的无功功率；P load——RLC 就地负荷消耗 式电源是否发生了脱网。为了解决这一问题，可
的有功功率；Q load——RLC 就 地 负 荷 消 耗 的 无 功 以通过外部向分布式电源系统注入无功功率扰动
功 率 ；P inv —— 并 网 逆 变 器 输 出 的 有 功 功 率 ； Q dis，此时 PCC 处的频率偏差可表示为

Q inv——并网逆变器输出的无功功率。 Q dis
Δf i =- （9）
1
当分布式电源因故障脱网，转入孤岛运行模 ( )
f 0
P inv Q f 2 +
式时，RLC 就地负荷消耗的功率完全由分布式电 f i f 0
源提供，此时 PCC 处的电压幅值、频率和相位将 由式（9）可知，PCC 处的频率偏差与注入的
受控于新能源发电的有功功率和无功功率，而失 无功功率成正比。
去大电网的频率支撑和电压支撑。此时，P inv 与
3 结果分析
Q inv 可分别表示为
为验证本文所提出的分布式电源孤岛运行检
2
V PCC
P inv = 3 （3）
R 测方法的有效性与可靠性，利用 Matlab/Simulink