單相光伏并網(wǎng)系統及其反孤島策略的仿真研究

l 并網(wǎng)系統控制策略
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(jìn)行閉環(huán)控制，而采用傳統的PI控制來(lái)跟蹤正弦給定信號時(shí)，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(shí)，從理論上來(lái)說(shuō)，整個(gè)系統是個(gè)有差系統，不可能做無(wú)靜差跟蹤；
(2)雖然可以通過(guò)增大比例系數來(lái)減小穩態(tài)誤差，但是，比例系數增大會(huì )導致控制精度的降低，甚至會(huì )使系統產(chǎn)生振蕩；另外，增大比例系數還可能會(huì )同時(shí)放大噪聲信號，因此，比例系數不可能取的太大。
1．1 重復控制策略
采用單純的PI控制，由于無(wú)法有效改善逆變器非線(xiàn)性因素的影響，必須引入新的控制策略和控制環(huán)節。20世紀80年代，Inoue等人根據內模原理提出了重復控制思想。在穩定的閉環(huán)系統內設置一個(gè)可在以產(chǎn)生與參考輸入同周期的內部模型，從而使系統實(shí)現對外部周期性參考信號的漸近跟蹤。重復控制系統如圖l所示。由于它具備優(yōu)秀的魯棒性，對于消除非線(xiàn)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，d為擾動(dòng)信號，Ⅳ為每周期采樣次數，S(z)為一個(gè)補償環(huán)節，使系統在中低頻段為單位增益，無(wú)相位滯后環(huán)節。雖然重復控制能夠對周期性參考正弦給定信號實(shí)現無(wú)穩態(tài)誤差的跟蹤控制，但存在對誤差的跟蹤控制滯后一個(gè)參考周期后才輸出的特點(diǎn)。綜合考慮，將重復控制與PI控制兩種策略結合起來(lái)，使系統兼具良好的穩態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。
1．2 重復控制系統仿真
本仿真系統中，參考正弦波為50Hz，逆變器的開(kāi)關(guān)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N=400。顯然周期延時(shí)環(huán)節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)逆變器系統中，改善了發(fā)電系統的輸出電流波形，改善了穩態(tài)誤差。

2 孤島效應
2．1 孤島效應的產(chǎn)生
所謂孤島效應，根據美國Sandia國家實(shí)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(shí)，各個(gè)用戶(hù)端的太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統未能即時(shí)檢測出停電狀態(tài)而將自身切離市電網(wǎng)絡(luò )，而形成由太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統和周?chē)呢撦d形成的一個(gè)電力公司無(wú)法掌握的自給供電孤島。
光伏并網(wǎng)系統與本地負載相連，通過(guò)投閘開(kāi)關(guān)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(shí)則形成孤島。
2．2 孤島效應的檢測
當孤島一旦產(chǎn)生將會(huì )危及電網(wǎng)輸電線(xiàn)路上維修人員的安全；影響配電系統上的保護開(kāi)關(guān)的動(dòng)作程序，沖擊電網(wǎng)保護裝置；影響傳輸電能質(zhì)量，電力孤島區域的供電電壓與頻率將不穩定；當電網(wǎng)供電恢復后會(huì )造成相位不同步；單相分布式發(fā)電系統會(huì )造成系統三相負載欠相供電。因此對于一個(gè)并網(wǎng)系統必須能夠進(jìn)行孤島效應檢測。
孤島效應檢測技術(shù)在并網(wǎng)逆變器側主要可分為主動(dòng)式檢測和被動(dòng)式檢測。另外，孤島效應也可以在電網(wǎng)側進(jìn)行遠程檢測，比如利用電力載波通訊等手段實(shí)時(shí)監控電網(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(diǎn)分析以及適用場(chǎng)合總結見(jiàn)表1。