单相光伏并网发电系统 及孤岛检测的研究(提交稿)

宁夏大学继续教育学院毕业论文专业电气工程及其自动化姓名王玉琳学籍号14703320261021设计题目单相光伏并网发电系统及孤岛检测的研究指导教师________________________ 2016 年1 月9 日摘要本文首先介绍了光伏并网发电系统的整体结构，其中包含单相光伏并网逆变器的分类、并网逆变器的控制目标及控制算法。

为了抑制并网后电网电压波动对系统性能的影响，本文提出了改进型并网逆变电流跟踪方式，通过电网电压的前馈控制，从而减少电网电压对并网电流的影响。

然后本文又对孤岛效应及孤岛检测进行了研究分析，基于几种常用的孤岛检测方法，本文采了用主动式并网电流幅值扰动法对光伏并网发电系统实现反孤岛效应。

关键词：光伏孤岛目录第一章绪论 (1)1.1 课题研究的背景及意义 (1)1.2 中国光伏并网发电系统的现状 (1)1.2.1 光伏并网发电系统 (1)1.2.2 中国光伏并网的发展现状 (2)1.3 光伏并网发电孤岛效应问题 (3)1.3.1 孤岛效应 (3)1.3.2 孤岛效应的危害 (3)1.3.3 孤岛效应研究现状 (4)1.4 本文主要内容 (4)第二章单相光伏并网发电系统控制策略分析 (5)2.1 单相光伏并网发电系统的控制 (5)2.1.1 单相光伏并网逆变器的分类 (5)2.1.2 单相光伏并网逆变的控制目标 (6)2.2 并网逆变电路的控制方法 (7)2.2.1 定时比较PWM控制方法 (7)2.2.2 滞环控制电流瞬时值控制方法 (8)2.2.3 SPWM控制方法 (8)2.3 本章小结 (9)第三章光伏并网发电系统的孤岛效应及检测方法 (10)3.1 孤岛检测的原理 (10)3.2 孤岛检测的标准 (11)3.3 孤岛效应检测的方法 (12)3.3.1 内部孤岛检测法 (13)3.3.1.1被动式检测 (13)3.3.1.2主动式检测法 (15)3.3.2 外部孤岛检测法 (16)3.4 本章小结 (18)第四章总结 (19)参考文献 (20)第一章绪论1.1 课题研究的背景及意义随着现在科学技术的发展，能源越来越被人们重视。

因为它是人类社会生存的物质基础，是社会发展的动力源泉，更是经济发展与国家稳定安全的重要因素。

自20世纪以来，人类使用的能源以煤、石油和天然气等一次能源为主。

据可靠调查显示，世界范围内煤炭储量约在未来230年左右被消耗殆尽，石油和天然气仅能维持30～60年。

故能源问题已成为制约人类发展的重要因素之一。

据了解，在煤、石油和天然气等一次能源使用过程中，产生大量的二氧化碳和含硫化合物，对人类生存环境造成重大影响，最直接的体现是温室效应和酸雨的产生，这严重的破环了生产区域内的生态平衡。

从环境保、经济和社会的可持续发展角度考虑，继续对现有的能源结构进行调整，而这只有靠先进技术水平去发掘和利用可再生能源。

太阳能的利用现已成为本世纪前所未有的速度发展，并逐步成为人类基础能源的重点。

太阳能具有独特的优势，全球能源专家一致认为：太阳能将成为21世纪最重要的能源之一。

据欧洲能源专家预测，到未来2100年，太阳能在整个能源结构中将占68%的份额。

太阳能资源开发利用有以下几个有点：(1) 储量的无限性。

太阳能是取之不尽用之不竭的可再生能源，每秒辐射的能量大约是16×1023kW，其中到达地球的能量高达8×103kW，相当于燃煤6×109吨标准煤。

如此计算，一年内到达地球表面的太阳能折算成标准煤约为1.892×1016亿吨，是目前世界主要能源探明储量的一万倍。

因此太阳能的开发，将会解决人类常规能源匮乏枯竭的有效途径。

(2) 存在的普遍性。

太阳能虽然会因为纬度不同、气候差异造成辐射的不均匀，但相对于其他能源来说，太阳能对于地球上绝大多数地区具有普遍性，就地可取。

因此可以解决常规能源匮乏的国家和地区解决能源问题提供了美好的前景。

(3) 利用的清洁性和经济性。

太阳能像风能、潮汐能等清洁能源一样，其开发利用几乎不产生任何污染，而且储量无限，因此是人类理想的替代能源。

1.2 中国光伏并网发电系统的现状1.2.1 光伏并网发电系统光伏并网发电系统结构图如图1-1，由太阳能光伏组件、并网逆变器、计量装置组成。

太阳能通过太阳能电池转化为直流电力，再通过并网逆变器将直流电能转换为交流电能馈入电网，可通过计量装置测量并入电网的电能功率，以方便计费。

太阳能光伏阵列图1-1 光伏并网发电系统结构图按照系统的应用地点，光伏并网发电系统可分为住宅用并网光伏系统和集中式并网光伏系统两类。

前者是将光伏系统发的电直接被分配到住宅内的用电负载上多余或不足的电力通过连接电网来调节；后者是将光伏系统的发电直接被输送到电网上，由电网把电力统一分配到各个用电单位。

目前住宅用光伏并网发电系统已在国外得到推广，而集中式并网发电系统由于目前成本较高，应用尚不多，但随着太阳电池价格的下降，可以预期不久的将来会有很大的发展。

1.2.2 中国光伏并网的发展现状我国的太阳能光伏发电系统起步较晚，但是发展速度很快。

我国的光伏电池技术是从60年代发展空间用太阳能电池开发起步的，地面用光伏电池的生产是从1970年代初开始，主要的低成本技术以及生产能力则在80年代中期建立起来。

80年代中期,我国光伏电池/组件总生产能力达到4.5MW，光伏产业初步形成。

经过十年的努力，我国光伏发电技术有了很大的发展，光伏电池转换效率不断提高。

至90年代初中期，我国光伏产业己处于稳定发展时期，生产量逐年稳步增加。

“九五”期间，国家科委开始将太阳能屋顶系统列入国家科技攻关计划，企业界率先在深圳和北京分别建成了17kW和7kW的光伏发电屋顶系统。

1999年，我国光伏电池的主要产品是单晶硅电池和非晶硅电池，多晶硅电池只限于实验室和中试产品，但在2000年之后，多晶硅产品逐步走出实验室，开始形成规模生产，与发达国家相比，技术差距不断减小。

为了推动光伏技术及其产业发展，2003年10月，国家发展改革委员会、科技部制定出未来五年太阳能资源开发计划，发改委“光明工程”将筹资100亿用于推进太阳能光伏发电技术的应用。

至2005年底，太阳能电池产量约为110MW，太阳能电池组件的实际生产量达到220MW以上。

2004年，我国在深圳建成了亚洲最大并网太阳能光伏电站，电站总容量达1MW，年发电能力约为100万kWh。

2008年北京奥运会，国家计划将太阳能光伏发电融入奥运建筑中，各奥运建筑将大范围采用太阳能等绿色能源利用技术，绿色能源的应用正是绿色奥运的具体体现。

2005年2月28日第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过的《中华人民共和国可再生能源法》。

《可再生能源法》已于2006年1月1日起正式实施。

2006年4月国务院能源领导小组会议上已批准国家发改委提出的我国太阳能发电的中长期发展规划、发展重点和目标。

国家发改委还同时发布了《可再生能源发电价格和费用分摊关系试行办法》，国家鼓励可再生能源利用。

我国光伏产业在满足国内市场需要和提高边远无电地区人民的生活水平及特殊工业应用中发挥了重要作用。

综上可知，我国的光伏发电产业必将得到快速地发展。

据专家预测：我国2020年规划总发电量为4.5万亿kWh，光伏发电占总发电量的1%，约为450亿kWh。

若平均光伏发电年产量日照时数以1500小时计，我国2020年光伏总装机容量应为30GW，面对如此巨大的国内市场需求和广阔的发展前景，要实现太阳能光伏发电的快速发展和光伏并网系统的产业化，必须发展具有自主知识产权的光伏并网技术,增加技术积累和鼓励技术创新。

1.3 光伏并网发电孤岛效应问题1.3.1 孤岛效应孤岛效应是指并入大电网中的一个或者多个分布式电源通过输电线路向某块地区的负载提供电能，却和大电网发生脱离，构成了一个孤立运行的区域。

当连接地区电网与大电网之间的传输线路由于某种故障而发生跳闸时，就可能产生孤岛效应。

如果孤岛地区内的负载所消耗的功率和孤岛地区的分布式电源发出的功率相差不大时，孤岛区域内的电压和频率等参数变化会很小，分布式发电系统因为检测不到电网是否已经断开而继续向负载提供电能。

如果负载所消耗的功率与电源发出的功率不匹配时，当孤岛发生后，孤岛地区内的电压和频率将会迅速突破过/欠电压（频率）保护的阈值而自动让分布式发电系统停止工作，孤岛效应也就不会再次出现。

1.3.2 孤岛效应的危害(1)设备损害大电网供电中断后需要恢复供电时，如果光伏并网发电系统和大电网相位或频率不同步将会产生很大的浪涌电流，损坏光伏并网发电和本地负载装置，这样就会导致更为严重的电力中断事故。

其次，由自然灾害等原因造成的输电线路重合闸开关跳闸，大电网很难正常恢复，光伏并网发电系统的存在自动重合闸过程可能会导致重合闸失败。

最后，供电公司在孤岛运行时失去了对传输线路电压和频率的控制，也可能出现光伏发电系统输出电压或频率的不正常而导致运行异常的状况。

(2) 人身安全当发生孤岛时，大电网停电后电气维护人员进入停电地区进行作业，如果此时分布式发电继续向大电网供电，就可能导致工作人员不慎触电，从而引发人身伤害。

1.3.3 孤岛效应研究现状当前有许多针对孤岛检测方法的研究，大部分是在美国、欧洲和日本这些太阳能发电产业发达的国家展开，他们的研究成果较其他股价也相对先进。

而我国在孤岛检测研究领域处在起步阶段，绝大多数孤岛检测方法基于被动检测法中对公共耦合点端电压和频率的检测，对主动式孤岛检测方法的研究比较少。

具体说明使用某种或几种孤岛检测方法是在上世纪90年代制订了针对一般的孤岛检测标准。

因为光伏并网发电技术的要求和大电网的构架和运行方式有关，不同国家对光伏并网发电技术要求的规定也不同，国际上对反孤岛检测方案也没有明确规定。

在这当中IEEE在孤岛检测的性能指标和孤岛检测测试标准领域处于领先地位，IEEE所制定的标准注重光伏并网发电系统中的孤岛检测的具体性能和孤岛检测过程，不仅限于孤岛检测方法。

IEEE制定的标准和IEEE Std.2000-929和IEEE Std.2003-1547已经被众多供电公司作为北美光伏并网逆变器的设备安全标准和光伏并网发电系统和大电网互联标准。

1.4 本文主要内容本文把单相光伏并网发电系统及其孤岛检测作为研究对象，介绍了单相光伏并网发电系统的总体结构、逆变器控制算法，并对单相光伏并网发电系统的孤岛检测问题进行了较为透彻的分析研究。

本文主要研究包括：第一章主要对光伏并网发电系统的研究背景、研究意义、国内外发展现状、光伏并网发电系统中孤岛效应的及其国内外研究现状等问题进行了较为详细的阐述。

第二章介绍单相光伏并网发电系统的结构，包括光伏并网逆变器类型的选择，以及并网逆变器的控制目的及控制算法，并提出了一种改进型并网逆变电流跟踪控制方式。