單相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)及其反孤島策略的仿真研究

l 并網(wǎng)系統(tǒng)控制策略
為了使逆變器輸出良好的并網(wǎng)電流波形，必須對逆變器的輸出并網(wǎng)電流進行閉環(huán)控制，而采用傳統(tǒng)的PI控制來跟蹤正弦給定信號時，存在如下一些局限性：
(1)當跟蹤信號為快速變化的正弦波時，從理論上來說，整個系統(tǒng)是個有差系統(tǒng)，不可能做無靜差跟蹤；
(2)雖然可以通過增大比例系數(shù)來減小穩(wěn)態(tài)誤差，但是，比例系數(shù)增大會導致控制精度的降低，甚至會使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩；另外，增大比例系數(shù)還可能會同時放大噪聲信號，因此，比例系數(shù)不可能取的太大。
1．1 重復控制策略
采用單純的PI控制，由于無法有效改善逆變器非線性因素的影響，必須引入新的控制策略和控制環(huán)節(jié)。20世紀80年代，Inoue等人根據(jù)內(nèi)模原理提出了重復控制思想。在穩(wěn)定的閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)設置一個可在以產(chǎn)生與參考輸入同周期的內(nèi)部模型，從而使系統(tǒng)實現(xiàn)對外部周期性參考信號的漸近跟蹤。重復控制系統(tǒng)如圖l所示。由于它具備優(yōu)秀的魯棒性，對于消除非線性負載及其他周期性干擾引起的波形畸變具有明顯的效果。

重復控制器由周期延遲環(huán)節(jié)z-N、一階低通濾波器Q(z)和補償器S(z)組成。P(z)為受控對象的傳遞函數(shù)，d為擾動信號，Ⅳ為每周期采樣次數(shù)，S(z)為一個補償環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)在中低頻段為單位增益，無相位滯后環(huán)節(jié)。雖然重復控制能夠?qū)χ芷谛詤⒖颊医o定信號實現(xiàn)無穩(wěn)態(tài)誤差的跟蹤控制，但存在對誤差的跟蹤控制滯后一個參考周期后才輸出的特點。綜合考慮，將重復控制與PI控制兩種策略結合起來，使系統(tǒng)兼具良好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性。
1．2 重復控制系統(tǒng)仿真
本仿真系統(tǒng)中，參考正弦波為50Hz，逆變器的開關頻率為20kHz，因此采用頻率fs=20kHz，故可以確定每周期的采樣拍數(shù)N=400。顯然周期延時環(huán)節(jié)z-N=z-400，取濾波器的Q值為0．95。圖2所示為仿真模型圖，圖3為仿真結果圖?？芍?，將重復控制應用在并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)中，改善了發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流波形，改善了穩(wěn)態(tài)誤差。

2 孤島效應
2．1 孤島效應的產(chǎn)生
所謂孤島效應，根據(jù)美國Sandia國家實驗室提供的報告指出，當電力公司的供電，因故障事故或停電維修而跳脫時，各個用戶端的太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)未能即時檢測出停電狀態(tài)而將自身切離市電網(wǎng)絡，而形成由太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和周圍的負載形成的一個電力公司無法掌握的自給供電孤島。
光伏并網(wǎng)系統(tǒng)與本地負載相連，通過投閘開關連接到配電網(wǎng)上，其拓撲結構如圖4所示，當電網(wǎng)停電時則形成孤島。
2．2 孤島效應的檢測
當孤島一旦產(chǎn)生將會危及電網(wǎng)輸電線路上維修人員的安全；影響配電系統(tǒng)上的保護開關的動作程序，沖擊電網(wǎng)保護裝置；影響傳輸電能質(zhì)量，電力孤島區(qū)域的供電電壓與頻率將不穩(wěn)定；當電網(wǎng)供電恢復后會造成相位不同步；單相分布式發(fā)電系統(tǒng)會造成系統(tǒng)三相負載欠相供電。因此對于一個并網(wǎng)系統(tǒng)必須能夠進行孤島效應檢測。
孤島效應檢測技術在并網(wǎng)逆變器側(cè)主要可分為主動式檢測和被動式檢測。另外，孤島效應也可以在電網(wǎng)側(cè)進行遠程檢測，比如利用電力載波通訊等手段實時監(jiān)控電網(wǎng)狀態(tài)。孤島效應檢測是逆變器并網(wǎng)不可缺少的保護檢測之一。孤島檢測的方案也多種多樣，各方案特點分析以及適用場合總結見表1。