多变流器接入的交流和直流微电网主动式及非破坏性孤岛检测技术研究

With the large-scale access of the renewable energy generation, the islanding detection technology for the microgrid with multiple distributed converters plays a more important role in system safety and flexible operation of the microgrid. On one hand, for the micrcogrid lacking sufficient energy storage, the synchronization of disturbances on different distributed generators is hardly guaranteed, which reduces the effectiveness of the detection methods. Thus, distributed generators may not rapidly disconnect themselves from the network, which threatens the safety of both the power system and operators. On the other hand, for the microgrid with islanding operation capacity, the methods without forcing the voltage and frequency to deviate their thresholds are the premise to seamlessly switch its operation mode. Therefore, this project intends to carry out the research on islanding detection methods for the microgrid from both active and nondestructive perspectives. The main studies include following aspects: 1) Active and nondestructive islanding detection methods for AC microgrids and influence of phase-locked loop on the islanding detection methods for AC microgrids; 2) Active and nondestructive islanding detection methods for DC microgrids; 3) Applicability analysis of AC and DC microgrid islanding detection methods in the hybrid AC-DC microgrid and their improvement. This project aims to enrich and perfect the existing islanding detection technology system, thus promoting the technology development and widespread application of the microgrid.

随着新能源发电系统的大规模接入，微电网非计划孤岛检测技术成为保障系统安全和实现微电网灵活运行的关键。一方面，对于储能配置不足的微电网，施加在多个分布式电源上的扰动难以保证同步，孤岛检测可能失效，分布式电源无法快速停止运行，严重威胁系统及运维人员安全；另一方面，对于具备孤岛运行能力的微电网，无需迫使电压和频率等超出门槛值就能检测孤岛，是实现微电网运行模式平稳切换的前提。在多变流器接入情况下，针对不同发展阶段和供电方式的微电网，本项目分别从主动式和非破坏性两个角度开展其孤岛检测技术研究，包括：1）交流微电网主动式和非破坏性孤岛检测方法，以及锁相环设计对交流微电网孤岛检测方法的影响；2）直流微电网主动式和非破坏性孤岛检测方法；3）交流和直流微电网孤岛检测方法在交直流混合微电网交流侧和直流侧的适用性分析及改进。本项目旨在丰富和完善微电网孤岛检测技术体系，促进微电网的技术发展和推广应用。

微电网是大量基于可在生能源的分布式电源接入电网的有效解决方案。然而，当微电网发生非计划孤岛时，可能会损坏用电设备，甚至会威胁电网运行维护人员的人身安全。因此，微电网应配置快速准确的孤岛检测方法，以保证电网的安全运行。本项目主要从主动式和非破坏性两个角度分别展开多变流器接入的交流和直流微电网孤岛检测技术研究工作，取得研究成果如下：.(1) 提出了基于自适应无功扰动的主动式交流微电网孤岛检测方法。对于整功率因数运行和同时输出有功和无功的分布式电源，分别分析了其在孤岛发生后无功不匹配与频率偏移之间的关联关系；分析了无功扰动幅值在不同频率处切换对孤岛检测方法的影响，提出了无功扰动自适应切换控制策略，进而提出了基于自适应无功扰动的孤岛检测方法，提高了孤岛检测准确性。.(2) 提出了基于谐波阻抗测量的非破坏性交流微电网孤岛检测方法。分析了奇次谐波电流、偶次谐波电流与分布式电源并网点处基波电压之间的相位关系，提出了谐波电流同步性注入策略，能够保证多逆变器接入情景下扰动信号之间的同步性；分析了并网和孤岛情况下在逆变器出口测量所得谐波阻抗的幅频特性和相频特性，提出了利用谐波阻抗幅值和相位变化的交流微电网孤岛检测方法。.(3) 提出了基于电压扰动的非破坏性直流微电网孤岛检测方法。根据区域微电网内不同光伏阵列所处环境中光照强度和温度均相同的特点，推导了不同容量光伏阵列输出电流之间的关联关系，进而提出了基于环境系数的扰动同步性策略，能够保证多变流器施加的扰动信号同步启动；建立了光伏阵列的静态等值电路和动态等值电路，能够准确反映光伏阵列在不同电压扰动时段的功率变化特性；深入挖掘了基于最大功率跟踪控制策略对光伏阵列端口电压施加梯形电压扰动时蕴含的孤岛检测冗余判据，提出了基于梯形电压扰动的直流微电网孤岛检测方法。