電子負載在逆變器防孤島檢測平臺中的應用

李暉

摘要：近年來隨著科技技術的發展電能已經成為社會生活的重要能源，電能質量從一定程度上會影響社會生活是否可實現正常運行。隨著當前大量中小型分布式電源接入供電系統中，進而使孤島現象逐漸暴發，如何有效防范孤島成為當前國內外研究學者高度重視的問題。在本研究中有必要針對分布式電源在并網前進行防孤島性能檢測，當前防孤島性能檢測平臺其負載大多采用RLC負載，該裝置設計簡單，但在實際測試過程中其電能消耗較大，此外該裝置成本高?；诖?，本研究提出了基于電子負載式的防孤島檢測平臺，利用電子負載來代替RLC，將其作為檢測平臺的重要負載部分，并進一步證明該檢測平臺的可行性。

關鍵詞：電子負載;逆變器;防孤島;檢測;平臺;應用

引言

當前對于分布式電源防孤島在性能檢測過程中采用可調RLC負載防孤島系統檢測裝置，該裝置成本高而且體積較大，此外在測試過程中需要耗費較多的電能，從一定程度上來看，這種檢測裝置無法作為分布式電源防孤島系統檢測裝置?；诖?，在本研究中提出電子負載分布式電源防孤島性能檢測平臺，該平臺采用電子負載作為負載裝置，電子負載使用雙sVPWM背靠背結構拓撲電路設計，可分為前、后兩個電路，以盡可能降低電能消耗。

1孤島以及防孤島相關分析

從其概念上來看，孤島也被稱為是孤島效應，是指供電線路中電網一側由于多種原因突然斷電之后，線路中電源輸出功率與線路中輸接入荷載正常運行功率一致，此時有效進入負載與分布式電源的連接狀態即孤島效應。根據受控性可以將孤島分為人為性以及非人為性孤島，其中非為人為性孤島是不受人為控制，而人為性孤島是按照預先設置的策略，有計劃的孤島。由于考慮人為性孤島其受控性能較好，可實現人為有效調節，盡可能避免孤島效應的危害，因此在本研究中主要探討的是非人為孤島。

從孤島的成因來看，主要是由于在維護過程中電網某測點或者進線口位置進行斷電處理，由于受到外界因素和人為因素的影響，設備故障，導致突發性系統電源中斷，供電配電系統及負載投切。當系統存在孤島效應時，電網無法有效控制孤島區域內電壓幅值以及電壓頻率，甚至會出現被供電區域頻率及電壓不穩，甚至對設備帶來一定損傷。除此之外，如果負載容量高于電源容量，此時會使分布電源處于過載運行狀態，如果該電源長時間過載會被燒毀或者擊穿，發生誤導，之后分布式電源輸出電量是與電網電量不同步。當恢復電網供電之后，由于線路電流會導致線路再次跳閘，甚至損壞電網設備或逆變器，從一定程度上影響電力系統的正常使用。防孤島是指通過科學技術的手段，及時檢測孤島，并在一段時間內消除孤島，在處理過程中常采用的方法是在電網故障或檢修停電過程中，可以使用線路特定設備準確進行孤島檢測，之后將孤島發生區域的發電裝置與電網斷離。

2設計負載結構以及參數

當前電子負載前級負載模擬變換電路的拓撲結構類型較多，在本研究中可以使用三相轎式電壓型拓撲結構，該結構具有良好的適用性。由于將前級負載模擬轉變為輸出端，輸入端，進而可獲得后期饋能電路，因此這種拓撲結構也適用于后期饋能電路中。

在確定負載直流側電壓和主電路結構時，如果沒有考慮實際運行情況中各電量高頻開關分量以及開關變換器死區效應導致的電能損耗，在處于最大占空比狀態時，交流側基波相電壓分子是與直流側母線電壓存在下列關系的。

當電子負載處于正常運行狀態時，要求其滿足前期模擬轉換器電路直流側母線電壓高于交流側電壓峰值，能夠防止其與IGBT并聯的續流二極管，在交流側電壓高于直流側電壓時被強制采用整流狀態，這種狀態會使交流側電流處于不可控。除此之外，要求在處于最大功率下，變換器直流側電壓可以使負載輸入電流四象限運行，結合開關變換器直流側電壓

最終綜合多個因素可確定電子負載，電路電流，電壓和頻率為220伏，50赫茲。

在設計直流側電容參數時，對于直流電直流側電容來說其主要用于前級模擬變換電路以及后級饋能電路能量緩沖，并能夠實現直流側電壓穩定的效果。在直流側電容參數設計過程中，要求直流側電容電壓波動范圍控制到最小，以防止交流電壓干擾，獲得良好的電流控制效果?？紤]電容電壓，最大電壓波動限制，因此單相電子負載直流側電容取值如下公式所示。

而對于三相電子負載直流側電容的取值如下公式所示。

3 構建三相電子負載數學模型

根據三相電子負載前級負載模擬轉換過程中的主電路結構，由于前期負載模擬轉換以及后級饋能部分電路結構相似，可按照所推導數學模型，將變換

根據該公式，三相電子負載前級負載模擬變換部分主電路數學模型，該模型能夠用于不同的頻段中，但由于其為數學模型，因此在計算過程中流程復雜，如果將其應用于控制電路時會增加設計難度。為降低設計難度，需要將開關函數處于一個周期內并進行傅里葉分解，最終可獲得電路在某一穩定狀態下小信號線性數學模型。

4 基于電子負載分布式電源防孤島檢測平臺設計

首先需要確定主電路的結構，如下圖所示為基于電子負載分布式電源防孤島檢測平臺裝置運行原理圖。

在該圖中，整個檢測平臺是由電子負載，即能夠用于不同線性負載模擬，在具體測試過程中可替代RLC負載;分布式電源即待測對象;斷路開關能夠用于電網側通斷控制，模擬電網正常運行以及故障斷電運行環境。當存在孤島時如果未按規定時間消除孤島，此時會自動斷開斷路開關，可以起到被動保護效果。U/i采樣模塊能夠用于采集線路，電流電壓指數據處理模塊主要對采集模塊采集數據進行分析處理，負載參數控制模塊也被稱為是負載控制回路，根據數據處理模塊數據控制電子負載模擬其所需的RLC負載，電壓檢測模塊能夠用于并網點電壓的檢測，觀察電壓波形進而判斷該電源防孤島系統是否滿足相關要求。

5 設計負載部分控制回路策略

在設計過程中主要針對將電子負載置入檢測平臺之后，需要對負載部分控制回路進行相關設計。相對來說，電子負載控制回流中后級饋能控制策略是與單獨電子負載后級饋能策略設計一致的，因此在針對后級電路設計過程中可以參考單獨電子負載后級電路控制，但在無功功率或給定有功條件下獲取方式有一定差別。具體來看，對于單獨電子負載來說獲取給定有功功率參考值，首先需要將給定值只有電壓與實際電壓進行比較作差，將該差值基因調節器與實際電壓乘積獲得給定功率參考值，而針對給定無功率參考值，在獲取過程中是無功功率參考值與實際無功功率之差，將該差值經過調節器獲得給定無功功率調節范圍。對于檢測平臺中電子負載來說，在獲取給定有功功率過程中是將給定直流電壓和實際電壓做差之后，將開始進行調節器與實際電壓乘積，將乘積獲得的數據與分布式電源輸出功率做差，最后將? 該差值經過調解器調解之后獲得給定有功功率參考值。對于分布式電源，防孤島性能從一定程度上是電網并網逆變器孤島檢測方法，通常采用主、被動結合的原則，為考慮孤島檢測優缺點，在本研究中采取基于電壓有功和頻率無功，正反饋算法進行孤島檢測。

小結

總而言之，在本研究中以分布式電源防孤島性能檢測作為研究對象，設計背靠背結構電子負載，利用該平臺能夠實現對分布式電源防孤島系統的相關檢測。

參考文獻

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