新能源发电中的逆变电源技术.pptx

1第五章第五章 新能源发电中新能源发电中 的逆变电源技术的逆变电源技术 2 主要内容主要内容5.1 新能源发电兴起的背景5.2 逆变电源技术在光伏发电系统中的应用 5.3 逆变电源技术在风光互补发电系统中的应用38080煤炭在山西、陕西、内蒙古煤炭在山西、陕西、内蒙古和新疆和新疆60%60%水能在西部水能在西部大部分天然气在西部大部分天然气在西部缺乏石油、天然气资源缺乏石油、天然气资源探明总资源量8230亿吨标准煤，探明剩余可采总储量1390亿吨标准煤1.新能源发电兴起的背景1.1日益严重的能源危机1.1.1国内常规能源的现状4能源消费 Energy Consumption20032003年，一次能源消费总量为年，一次能源消费总量为16.816.8亿吨标准煤亿吨标准煤 51.1.2国内可再生能源的现状太阳能太阳能理论资源储量每年理论资源储量每年1700017000亿吨标准煤亿吨标准煤 2/32/3的陆地年日照小时超过的陆地年日照小时超过22002200，每平方米年接受太阳辐射能，每平方米年接受太阳辐射能50005000兆焦兆焦61.1.2 可再生能源资源小水电：小水电：1.251.25亿千瓦，亿千瓦，65%65%在西部在西部风能风能 Wind陆地：陆地：2.5亿千瓦亿千瓦海面：海面：7.5亿千瓦亿千瓦71.2 世界能源供求关系紧张新兴工业国家的经济发展：新兴工业国家的经济发展：1 1）中国、印度、东南亚人口大国经济发展迅猛，纷纷从能源出）中国、印度、东南亚人口大国经济发展迅猛，纷纷从能源出口国变为进口国；口国变为进口国；2）我国经济的能源弹性系数快速攀升，重工业化趋势明显；）我国经济的能源弹性系数快速攀升，重工业化趋势明显；3）石油、天然气和煤炭等化石燃料消耗加速，市场价格居高不）石油、天然气和煤炭等化石燃料消耗加速，市场价格居高不下，成为制约国家经济与安全的关键因素；下，成为制约国家经济与安全的关键因素；4）现有的能源供给模式已不能保证经济的可持续发展。）现有的能源供给模式已不能保证经济的可持续发展。争夺能源已成为国际争端和战争的最大诱因。争夺能源已成为国际争端和战争的最大诱因。81.3 世界能源供求关系紧张环保意识的抬头：环保意识的抬头：京都议定书：京都议定书：“主要经济体承诺未来十年间主要经济体承诺未来十年间CO2CO2及有害气体的减排量及有害气体的减排量”欧洲国家：欧洲国家：8%8%，已签署。，已签署。日本：日本：7%7%，已签署。，已签署。美国：美国：6%6%，拒绝签署。（排放第一大国），拒绝签署。（排放第一大国）中国：未限制，已签署。（排放第二大国）中国：未限制，已签署。（排放第二大国）国际压力：国际压力：美国人的拒签理由是要求以中国承诺减排为前提。美国人的拒签理由是要求以中国承诺减排为前提。92.逆变电源技术逆变电源技术在光伏发电系统中的应用在光伏发电系统中的应用10光伏发电系统组成光伏发电系统组成独立供电系统独立供电系统PV组件蓄电池充放电控制器DC负载（或AC负载）并网系统并网系统PV组件逆变器电网AC负载11光伏并网发电系统的分类光伏并网发电系统的分类目前常用的光伏并网发电系统可以按照系统功能分为目前常用的光伏并网发电系统可以按照系统功能分为两类两类：1 1、不含蓄电池环节的、不含蓄电池环节的“不可调度式光伏并网发电系统不可调度式光伏并网发电系统”；2 2、含有蓄电池组的、含有蓄电池组的“可调度式光伏并网发电系统可调度式光伏并网发电系统”。12不可调度式光伏并网发电系统不可调度式光伏并网发电系统不可调度式光伏并网发电系统中，并网逆变器将光伏阵列产生的直流电能转化为和电网电压同频、同相的交流电能。当主电网断电时，系统自动停止向电网供电。白天，当光伏系统产生的交 流电能超过本地负载所需时，超过部分馈送给电网。其它时间，特别是夜间，当本地负载大于光伏系统产生的交流电能时，电网自动向负载提供补充电能。13可调度式光伏并网发电系统可调度式光伏并网发电系统核心逆变器一般核心逆变器一般由并网逆变器和由并网逆变器和蓄电池充电器蓄电池充电器两部分组成。两部分组成。系统中核心逆变器配备有主开关系统中核心逆变器配备有主开关和重要负载开关。对重要交流负和重要负载开关。对重要交流负载而言，系统载而言，系统兼具不间断电源的兼具不间断电源的作用。作用。可调度系统不仅能向电网馈送同可调度系统不仅能向电网馈送同频同相的正弦波电能，而且还可频同相的正弦波电能，而且还可作为电网终端的作为电网终端的有源功率调节器有源功率调节器用于补偿电网终端缺乏的无功分用于补偿电网终端缺乏的无功分量以稳定电网电压，同时亦可抵量以稳定电网电压，同时亦可抵消有害的高次谐波分量。消有害的高次谐波分量。大功率可调度式光伏并网发电装大功率可调度式光伏并网发电装置可以根据运行需要自由确定并置可以根据运行需要自由确定并网电流的大小，有益于网电流的大小，有益于电网调峰电网调峰。提高电网的运行质量。提高电网的运行质量。14可调度式光伏并网发电系统的现状可调度式光伏并网发电系统的现状 可调度式光伏并网系统的储能环节目前主要为蓄电池，将来可能逐步为制氢、燃料电池等新技术所替代。其应用规模当前还很难与不可调度式相比较，因为：1.蓄电池组的寿命较短：目前免维护蓄电池在良好环境下的工作寿命通常估计为5年，而光伏阵列稳定工作的寿命则在2530年左右2.蓄电池组的价格在目前仍相对昂贵；3.蓄电池组较为笨重，需占用较大空间，如有漏液，则会泄漏出腐蚀性液体；此外报废的蓄电池必须进行后处理，否则将会造成“铅污染”；4.不可调度式光伏并网发电系统的集成度高，其安装和调试相对方便，可靠性也高。15光伏并网逆变器的分类光伏并网逆变器的分类 光伏并网系统逆变器按控制方式分类，可分为电压源电压控制、电压源电流控制、电流源电压控制和电流源电流控制四种方法。以电流源为输入的逆变器，其直流侧需要串联一大电感提供较稳定的直流电流输入，但由于此一大电感往往会导致系统动态响应差，因此当前世界范围内大部分并网逆变器均采用以电压源输入为主的方式。逆变器与市电并联运行的输出控制可分为电压控制和电流控制。如果逆变器的输出采用电流控制，则只需控制逆变器的输出电流以跟踪市电电压，即可达到并联运行的目的。由于其控制方法相对简单，因此使用比较广泛。综合以上所述原因，光伏并网逆变器一般都采用电压源输入、电流源输出的控制方式。16并网逆变器的分类并网逆变器的分类工频变压器隔离并网逆变器高频变压器隔离并网逆变器 无变压器绝缘并网逆变器 17光伏并网逆变电源关键技术光伏并网逆变电源关键技术并网电流控制方式光伏阵列的最大功率跟踪多机并联群控优化孤岛效应电磁噪声EMC和EMI系统的各种保护措施高效率的电路结构和控制方式远程数据通讯和管理18并网电流控制并网电流控制滞环控制的电流瞬时值比较方式滞环控制的电流瞬时值比较方式把指令电流i*i*和实际输出电流i的偏差i*-ii*-i作为滞环比较器的输入.通过比较器的输出控制器件V1和V2的通断.V1（或VD1）通时，i i增大；V2（或VD2）通时，i i减小；19并网电流控制并网电流控制环宽过宽时，开关频率低，跟踪误差大；环宽过宽时，开关频率低，跟踪误差大；环宽过窄时，跟踪误差小，但开关频率过高，开关损耗增大；环宽过窄时，跟踪误差小，但开关频率过高，开关损耗增大；输出侧电抗输出侧电抗L大时，大时，i的变化率小，跟踪慢；的变化率小，跟踪慢；输出侧电抗输出侧电抗L小时，小时，i的变化率大，开关频率过高；的变化率大，开关频率过高；滞环控制的电流瞬时值比较方式滞环控制的电流瞬时值比较方式20并网电流控制并网电流控制硬件电路简单易控；硬件电路简单易控；实时控制，电流响应快；实时控制，电流响应快；毋需斩波，输出电压中不含特定毋需斩波，输出电压中不含特定频率的谐波分量；频率的谐波分量；若滞环的宽度固定，电流跟随的若滞环的宽度固定，电流跟随的误差范围是固定的，但电力半导误差范围是固定的，但电力半导体器件的开关频率却是变化的，体器件的开关频率却是变化的，这将导致电流频谱较宽，增加了这将导致电流频谱较宽，增加了滤波器设计的难度，可能会引起滤波器设计的难度，可能会引起间接的谐波干扰。间接的谐波干扰。采用滞环比较器的瞬时值比较方式采用滞环比较器的瞬时值比较方式滞环控制的电流瞬时值比较方式的特点：滞环控制的电流瞬时值比较方式的特点：21并网电流控制并网电流控制定时控制的电流瞬时值比较控制方式定时控制的电流瞬时值比较控制方式 不用滞环比较器，而是设置一个固定的时钟,以固定采样周期对指令信号和被控制变量进行采样，根据偏差的极性来控制开关器件通断在时钟信号到来的时刻，如i i*，V1断，V2通，使i减小每个采样时刻的控制作用都使实际电流与指令电流的误差减小22并网电流控制并网电流控制该方式可以避免器件开关频率过高的情况发生。器件的最高开关频率为时钟频率的1/2。不足之处在于：补偿电流的跟随误差是不固定的。精度相对较低。定时控制的电流瞬时值比较方式定时控制的电流瞬时值比较方式 定时控制的电流定时控制的电流瞬时值比较控制方式的特点：瞬时值比较控制方式的特点：23并网电流控制并网电流控制跟踪实时电流的三角波比较方式跟踪实时电流的三角波比较方式该控制方式原理如图所示，它将指令电流ic*和并网电流ic的实时值进行比较，两者的偏差ic经放大器A后与三角波进行比较，以输出PWM信号。放大器A多采用比例或比例积分放大器，其系数直接影响电流跟踪特性24并网电流控制并网电流控制跟随误差较大；软硬件相对复杂；输出电压中含有主要与三角载波相同频率的谐波；放大器的增益有限；功率器件的开关频率固定地等于三角载波的频率；电流响应相对于瞬时值比较方式为慢。跟踪实时电流的三角波比较方式跟踪实时电流的三角波比较方式跟踪实时电流的三角波比较方式的特点跟踪实时电流的三角波比较方式的特点 25并网电流控制并网电流控制瞬时值比较方式和三角波比较方式各有优缺点，瞬时值比较方式和三角波比较方式各有优缺点，不能孤立地评价孰优孰劣，实际应用中必须根据不能孤立地评价孰优孰劣，实际应用中必须根据系统要求按需选择。两种方法在实际应用中大体系统要求按需选择。两种方法在实际应用中大体上各占一半，基本相当。上各占一半，基本相当。26MPPTMPPT最大功率跟踪控制最大功率跟踪控制太阳电池的原理与构造太阳电池的原理与构造 太阳能电池的基本特性和二极管类似，可用简单的PN结来说明。电池单元是光电转换的最小单元，一般不单独作为电源使用。将太阳能电池单元进行串、并联并封装后就成为太阳能电池组件，功率一般为几瓦、几十瓦甚至数百瓦，众多太阳能电池组件按需要再进行串、并联后形成太阳能电池阵列，就构成了“太阳能发电机（Solar Generator）”。27MPPTMPPT最大功率跟踪控制最大功率跟踪控制理想PN结单元太阳能电池的电流电压(IV)的关系如式所示：I：PN结的电流结的电流(A)；I0：反向饱和电流反向饱和电流(A)；V：外加电压外加电压(V)；q：电子电荷电子电荷(1.610-19C)；K：是玻耳兹曼常数是玻耳兹曼常数(1.3810-23J/K)；T是绝对温度是绝对温度(K)。太阳电池的原理与构造太阳电池的原理与构造 28MPPTMPPT最大功率跟踪控制最大功率跟踪控制太阳能电池阵列的太阳能电池阵列的I-V特性是并网逆变系统进行分析的特性是并网逆变系统进行分析的最重要的技术数据最重要的技术数据 之一，如图所示，它具有非线性特之一，如图所示，它具有非线性特质。质。太阳电池的原理与构造太阳电池的原理与构造 29MPPTMPPT最大功率跟踪控制最大功率跟踪控制太阳能电池阵列的几个重要技术参数太阳能电池阵列的几个重要技术参数 1 1、短路电流、短路电流(Isc)(Isc)：在给定的日照强度和温度下的最大输出电流；在给定的日照强度和温度下的最大输出电流；2 2、开路电压、开路电压(Voc)(Voc)：在给定的日照强度和温度下的最大输出电压；在给定的日照强度和温度下的最大输出电压；3 3、最大功率点电流、最大功率点电流(Im)(Im)：在给定的日照强度和温度下相对应的最大功率点的电流；在给定的日照强度和温度下相对应的最大功率点的电流；4 4、最大功率点电压、最大功率点电压(Vm)(Vm)：在给定的日照强度和温度下相对应的最大功率点的电压；在给定的日照强度和温度下相对应的最大功率点的电压；5 5、最大功率点功率、最大功率点功率(Pm)(Pm)：在给定的日照强度和温度下可能输出的最大功率在给定的日照强度和温度下可能输出的最大功率Pm=ImVmPm=ImVm。太阳电池的原理与构造太阳电池的原理与构造 30MPPTMPPT最大功率跟踪控制最大功率跟踪控制MPPTMPPT的基本概念的基本概念 由于光伏电池的光电转换效率比较低，光伏电池的输出功由于光伏电池的光电转换效率比较低，光伏电池的输出功率受日照强度以及温度影响的特点，为了在限定的条件下率受日照强度以及温度影响的特点，为了在限定的条件下有效利用光伏电池，就要进行最大功率跟踪有效利用光伏电池，就要进行最大功率跟踪(MPPT(MPPTMax Max Power Point Tracking)Power Point Tracking)。光伏并网逆变系统中通常会加入。光伏并网逆变系统中通常会加入一一MPPTMPPT跟踪器。跟踪器。31MPPTMPPT最大功率跟踪控制最大功率跟踪控制几种常用的几种常用的MPPTMPPT算法算法 由P-V特性曲线可以看出：在最大功率点电压的左侧，光伏阵列电池率随其工作点电压的增加而增加；在最大功率点电压的右侧，光伏阵列电池输出功率随其工作点电压的增加而减小。最大功率跟踪(MPPT)的目的通过控制阵列端电压VPV，使阵列能在各种不同的日照和温度环境下智能化地输出最大功率。32MPPTMPPT最大功率跟踪控制最大功率跟踪控制常见的最大功率跟踪控制方法主要有常见的最大功率跟踪控制方法主要有定电压跟踪法定电压跟踪法(CVT)(CVT)；扰动观察法扰动观察法(P&O P&O、爬山法、爬山法)；电导增量法；电导增量法；间歇扫描法；间歇扫描法；模糊控制算法。模糊控制算法。33MPPTMPPT最大功率跟踪控制最大功率跟踪控制定电压跟踪法定电压跟踪法(CVT)(CVT)不同照度下的不同照度下的PV特性曲线特性曲线在日照强度较高时，诸曲线的在日照强度较高时，诸曲线的最大功率点几乎分布于一条垂直线的两最大功率点几乎分布于一条垂直线的两侧侧，这说明当温度一定时，阵列的最大功率输出点大致对应于某个恒，这说明当温度一定时，阵列的最大功率输出点大致对应于某个恒定电压，这就大大简化了系统定电压，这就大大简化了系统MPPTMPPT的控制设计，即人们仅需从生产厂的控制设计，即人们仅需从生产厂商处获得商处获得VmaxVmax数据并使阵列的输出电压钳位于数据并使阵列的输出电压钳位于VmaxVmax值即可。值即可。CVTCVT式的式的MPPTMPPT控制实际上就是把控制实际上就是把MPPTMPPT控制简化为控制简化为稳压控制稳压控制34MPPTMPPT最大功率跟踪控制最大功率跟踪控制CVT控制的优点：控制的优点：控制简单，易实现，可靠性高；控制简单，易实现，可靠性高；系统不会出现振荡，有很好的稳定性；系统不会出现振荡，有很好的稳定性；可以方便地通过硬件实现。可以方便地通过硬件实现。CVT控制的缺点：控制的缺点：控制精度差，特别是对于早晚和四季温差变化剧烈的地区；控制精度差，特别是对于早晚和四季温差变化剧烈的地区；必须人工干预才能良好运行，更难于预料风、沙等影响。必须人工干预才能良好运行，更难于预料风、沙等影响。采用采用CVT以实现以实现MPPT控制，由于其良好的可靠性和稳定性，控制，由于其良好的可靠性和稳定性，目前在光伏系统中仍被较多使用。目前在光伏系统中仍被较多使用。定电压跟踪法定电压跟踪法(CVT)(CVT)的特点的特点 35MPPTMPPT最大功率跟踪控制最大功率跟踪控制扰动观察法基本原理扰动观察法基本原理 扰动观察法是目前实现扰动观察法是目前实现MPPTMPPT的常用方法之一。的常用方法之一。其原理是先扰动输出电压值其原理是先扰动输出电压值(UPV+U)(UPV+U)，再测，再测量其功率变化，与扰动之前功率值相比，若功量其功率变化，与扰动之前功率值相比，若功率值增加，则表示扰动方向正确，可朝同一率值增加，则表示扰动方向正确，可朝同一（+U+U）方向扰动；若扰动后的功率值小于扰）方向扰动；若扰动后的功率值小于扰动前，则往相反（动前，则往相反（-U-U）方向扰动。）方向扰动。36MPPTMPPT最大功率跟踪控制最大功率跟踪控制扰动观察法扰动观察法 37MPPTMPPT最大功率跟踪控制最大功率跟踪控制扰动观察法的优点：扰动观察法的优点：模块化控制回路；模块化控制回路；跟踪法则简明，容易实现；跟踪法则简明，容易实现；扰动观察法的缺点：扰动观察法的缺点：只能在阵列最大功率点附近振荡运行，导致部分功率损失；只能在阵列最大功率点附近振荡运行，导致部分功率损失；初始值及跟踪步长的给定对跟踪精度和速度有较大影响。初始值及跟踪步长的给定对跟踪精度和速度有较大影响。有时会发生程序在运行中的失序（有时会发生程序在运行中的失序（“误判误判”）现象。）现象。扰动观察法的特点扰动观察法的特点 38MPPTMPPT最大功率跟踪控制最大功率跟踪控制扰动观察法的误判扰动观察法的误判 假设日照下降，则对应Vb的输出功率可能为Pc0，工作点在最大功率点左边；当dP/dV0，工作点在最大功率点右边。光伏电池光伏电池P-V和和dP/dV-V关系关系 41MPPTMPPT最大功率跟踪控制最大功率跟踪控制电导增量法的优点：电导增量法的优点：当光伏电池上的光照强度产生变化时，输出端电压能平稳地追当光伏电池上的光照强度产生变化时，输出端电压能平稳地追随其变化，电压波动较扰动观察法小。随其变化，电压波动较扰动观察法小。电导增量法的缺点：电导增量法的缺点：依赖于高精度的电压电流检测且算法较为复杂，计算量大，对依赖于高精度的电压电流检测且算法较为复杂，计算量大，对硬件硬件(尤其是处理器和存储器尤其是处理器和存储器)要求比较高，因而整个系统的硬要求比较高，因而整个系统的硬件造价也会比较高。件造价也会比较高。电导增量法的特点电导增量法的特点 42MPPTMPPT最大功率跟踪控制最大功率跟踪控制间歇扫描法基本原理间歇扫描法基本原理间歇扫描法实现间歇扫描法实现MPPTMPPT的核心思想是的核心思想是定时地扫描定时地扫描一段一段(一般一般为为0.50.50.90.9倍的开路电压倍的开路电压)阵列电压，同时记录下不同电阵列电压，同时记录下不同电压下对应的阵列电流值，经过压下对应的阵列电流值，经过比较不同点的太阳能电池阵比较不同点的太阳能电池阵列的输出功率列的输出功率就可以方便地得出最大功率点，而不需要一就可以方便地得出最大功率点，而不需要一直处于搜寻状态。直处于搜寻状态。在一天的运行过程中，光伏阵列在短时间内的工作点变化不在一天的运行过程中，光伏阵列在短时间内的工作点变化不大，根据太阳能电池的伏安特性曲线，并结合光伏发电系统大，根据太阳能电池的伏安特性曲线，并结合光伏发电系统盼实际运行情况，在较短时间间隔内只在缩小的跟踪范围内盼实际运行情况，在较短时间间隔内只在缩小的跟踪范围内扫描一次；扫描一次；每隔较长一段时间后，才在整个跟踪范围内对各每隔较长一段时间后，才在整个跟踪范围内对各工作点扫描一次。工作点扫描一次。这样控制的目的是当光照变化不大时，就延长扫描间隔时间，这样控制的目的是当光照变化不大时，就延长扫描间隔时间，从而进一步减少工作点被扰动的次数，提高系统运行的稳定从而进一步减少工作点被扰动的次数，提高系统运行的稳定性，改善系统控制性能。性，改善系统控制性能。43MPPTMPPT最大功率跟踪控制最大功率跟踪控制间歇扫描法间歇扫描法44MPPTMPPT最大功率跟踪控制最大功率跟踪控制间歇扫描法的优点：间歇扫描法的优点：这种方法一般不会产生振荡，同时避免了其它各种方案需要由这种方法一般不会产生振荡，同时避免了其它各种方案需要由于搜索振荡引起的功率损失。在太阳电池阵列容易产生遮挡的于搜索振荡引起的功率损失。在太阳电池阵列容易产生遮挡的应用中，如光伏建筑、太阳能汽车、太阳能游艇等，这种应用中，如光伏建筑、太阳能汽车、太阳能游艇等，这种MPPT方案具有较高的应用价值。方案具有较高的应用价值。间歇扫描法的缺点：间歇扫描法的缺点：需要有连续输出的光伏系统中无法应用，如光伏水泵、不可调需要有连续输出的光伏系统中无法应用，如光伏水泵、不可调度式光伏并网系统；同时该方法需要有较大的存储空间和运算度式光伏并网系统；同时该方法需要有较大的存储空间和运算能力。能力。间歇扫描法的特点间歇扫描法的特点 45MPPTMPPT最大功率跟踪控制最大功率跟踪控制模糊控制算法模糊控制算法 由于日照变化的不确定性、光伏电池阵列的温度的变化、由于日照变化的不确定性、光伏电池阵列的温度的变化、负载的变化和光伏电池的负载的变化和光伏电池的I-VI-V曲线的非线性，所以固定光伏曲线的非线性，所以固定光伏电池的最大功率点是随环境和负载的变化而时刻变化的。电池的最大功率点是随环境和负载的变化而时刻变化的。针对这样的非线性系统，使用模糊控制方法进行控制，将针对这样的非线性系统，使用模糊控制方法进行控制，将会取得理想的控制效果。会取得理想的控制效果。基于模糊集合和模糊算法的模糊理论可以得出一系列的模基于模糊集合和模糊算法的模糊理论可以得出一系列的模糊控制规则，由糊控制规则，由DSPDSP十分简明地执行。该法过程直观、简单，十分简明地执行。该法过程直观、简单，无需被控对象的精确数学模型无需被控对象的精确数学模型,且设计的模糊控制器规则少。且设计的模糊控制器规则少。46MPPTMPPT最大功率跟踪控制最大功率跟踪控制简单、直观，无需被控对象的精确数学模型。简单、直观，无需被控对象的精确数学模型。使用模糊逻辑控制进行光伏系统的使用模糊逻辑控制进行光伏系统的MPPT。具有很好。具有很好的动态性能和精度。有着十分广阔的应用前景。的动态性能和精度。有着十分广阔的应用前景。模糊控制算法模糊控制算法的特点的特点 47孤岛效应孤岛效应孤岛效应是指由于电气故障、误操作或自然因素等原因孤岛效应是指由于电气故障、误操作或自然因素等原因使并网逆变器与电网之间连接的断路器跳闸时，光伏并使并网逆变器与电网之间连接的断路器跳闸时，光伏并网系统未能及时检测出停电状态并脱离电网，太阳能发网系统未能及时检测出停电状态并脱离电网，太阳能发电系统和周围负载组成一个电力公司无法掌控的供电孤电系统和周围负载组成一个电力公司无法掌控的供电孤岛。岛。48孤岛效应孤岛效应 一般来说，孤岛效应会对整个配电系统的设备和用户端设备一般来说，孤岛效应会对整个配电系统的设备和用户端设备产生不良影响，主要有：产生不良影响，主要有：由于并网逆变器一直处于供电状态，相连的电网处于带电状态，由于并网逆变器一直处于供电状态，相连的电网处于带电状态，可能危及电网线路维护人员的安全。可能危及电网线路维护人员的安全。孤岛运行的局部电网可能与主电网不同步，因而与主电网再次孤岛运行的局部电网可能与主电网不同步，因而与主电网再次相连时可能会造成很大的浪涌电流，损害电站和电网负载的用相连时可能会造成很大的浪涌电流，损害电站和电网负载的用电设备。电设备。干扰电网的正常合闸。干扰电网的正常合闸。电网不能控制孤岛的电压和频率。因此可能造成用户用电设备电网不能控制孤岛的电压和频率。因此可能造成用户用电设备的损坏。的损坏。电网必须具备向用户输送高质量电能的能力，这就要求分散供电网必须具备向用户输送高质量电能的能力，这就要求分散供电电源必须具备防止孤岛效应发生的能力。随着越来越多的太电电源必须具备防止孤岛效应发生的能力。随着越来越多的太阳能发电系统并网运行，孤岛效应发生的可能性也在增加，因阳能发电系统并网运行，孤岛效应发生的可能性也在增加，因此解决孤岛问题尤其的重要。此解决孤岛问题尤其的重要。49孤岛效应孤岛效应孤岛效应检测技术一般可分成被动式及主动式两孤岛效应检测技术一般可分成被动式及主动式两类。类。被动式检测：一般是利用监测市电状态，如电压、被动式检测：一般是利用监测市电状态，如电压、频率作为判断市电是否故障的依据。频率作为判断市电是否故障的依据。主动检测法：由电力逆变器定时产生干扰讯号，主动检测法：由电力逆变器定时产生干扰讯号，观察市电是否受到影响以做为判断依据，因为市观察市电是否受到影响以做为判断依据，因为市电可以看为是一个容量无穷大的电压源。电可以看为是一个容量无穷大的电压源。50孤岛检测方法孤岛检测方法51被动检测法被动检测法过过/欠频检测欠频检测法法是在是在PCCPCC点电压的频率超过正常范围（点电压的频率超过正常范围（f1,f2f1,f2）时，）时，停止逆变器的并网运行的一种方法。停止逆变器的并网运行的一种方法。其中其中f1f1、f2f2为电网频率正常范围的上下限。为电网频率正常范围的上下限。过过/欠压检测法欠压检测法过过/欠压检测法是在公共耦合点（欠压检测法是在公共耦合点（PCCPCC）电压超出正常）电压超出正常范围（范围（U1,U2U1,U2）时，停止逆变器并网的一种方法。）时，停止逆变器并网的一种方法。52被动检测法被动检测法相位跳变检测法相位跳变检测法 相位突变检测是逆变器监测其端电压和输出电流之间相位突变检测是逆变器监测其端电压和输出电流之间相位是否发生突变相位是否发生突变 ,若突变超过设定阈值若突变超过设定阈值,则说明检测则说明检测到孤岛。到孤岛。电压谐波检测法电压谐波检测法正常时公共耦合点电压的总谐波畸变率通常较低，正常时公共耦合点电压的总谐波畸变率通常较低，孤岛时总谐波畸变率较高。可检测谐波畸变来判断孤岛时总谐波畸变率较高。可检测谐波畸变来判断孤岛。孤岛。被动检测法的共有缺点是存在非检测区。被动检测法的共有缺点是存在非检测区。53主动检测法主动检测法输出电能变动方式输出电能变动方式通过控制变流器的输出，施以系统周期性的有功电能通过控制变流器的输出，施以系统周期性的有功电能或无功电能扰动，当市电中断时，由于系统失去稳定或无功电能扰动，当市电中断时，由于系统失去稳定的参考电源，扰动将造成系统电压或频率明显的变动，的参考电源，扰动将造成系统电压或频率明显的变动，而检测出孤岛现象。而检测出孤岛现象。加入电感或电容器加入电感或电容器此方法是在电力系统输配线路上加装一电感或电容器，此方法是在电力系统输配线路上加装一电感或电容器，当市电中断或故障时，即将电感或电容器并入，通过当市电中断或故障时，即将电感或电容器并入，通过无效功率破坏系统平衡状态，达到对电压、频率的扰无效功率破坏系统平衡状态，达到对电压、频率的扰动，使太阳能发电系统能检测到并与市电解除并联。动，使太阳能发电系统能检测到并与市电解除并联。其中插入的并联阻抗应容量小且短时间插入为宜，以其中插入的并联阻抗应容量小且短时间插入为宜，以免对系统造成过大影响而发生误动作。免对系统造成过大影响而发生误动作。54主动检测法主动检测法有源频率偏移法有源频率偏移法此方法是通过周期性的向此方法是通过周期性的向PV PV 系统输出电流引入一个系统输出电流引入一个微小的频率偏移量来实现对孤岛的检测。微小的频率偏移量来实现对孤岛的检测。该方法可减该方法可减小小非检测区方法引入的电流谐波会降低非检测区方法引入的电流谐波会降低PVPV系统输出电系统输出电能的质量在多台能的质量在多台PV PV 系统并网工作的情况下，若频率系统并网工作的情况下，若频率偏移方向不一致，其作用会相互抵消。偏移方向不一致，其作用会相互抵消。滑差频率偏移法滑差频率偏移法SMS SMS 和和AFD AFD 类似，两者主要区别在于类似，两者主要区别在于AFD AFD 引入频率偏引入频率偏移移f f，而，而SMS SMS 引入相角偏移引入相角偏移SMSSMS。同同有源频率偏移有源频率偏移法法一样也会产生负面影响一样也会产生负面影响55正反馈频率漂移法正反馈频率漂移法主要思想是首先判断当前电网电压频率的漂移方向，然后主要思想是首先判断当前电网电压频率的漂移方向，然后周期性的对输出电流频率施以相应的扰动，同时观测实际周期性的对输出电流频率施以相应的扰动，同时观测实际的电流输出频率。当输出电流频率跟随扰动量变化时，即的电流输出频率。当输出电流频率跟随扰动量变化时，即输出电流频率由并网逆变器控制而不是跟随电网电压频率输出电流频率由并网逆变器控制而不是跟随电网电压频率时，就成倍的增加扰动量，以达到输出电流频率快速变化时，就成倍的增加扰动量，以达到输出电流频率快速变化触发反孤岛频率检测的目的。触发反孤岛频率检测的目的。主动检测法主动检测法即输出电流频率由并网逆变器控制而不是跟随电网电压频即输出电流频率由并网逆变器控制而不是跟随电网电压频率时，就成倍的增加扰动量，以达到输出电流频率快速变率时，就成倍的增加扰动量，以达到输出电流频率快速变化触发反孤岛频率检测的目的。化触发反孤岛频率检测的目的。56OFROFR和和UFRUFR分别是过频和欠分别是过频和欠频检测频检测；TlPRTlPR：生成生成PWMPWM波时三角载波时三角载波的定时器周期值波的定时器周期值；TlPR0TlPR0：50HZ50HZ时的定时器周期值时的定时器周期值；DertDert和和Dert0Dert0是定时器周期是定时器周期值的调节量和调节初值值的调节量和调节初值；T T（k k）、）、T T（k-1k-1）是实测）是实测网压第网压第k k、k-1k-1个周期的周个周期的周期值。期值。Num1Num1、num2num2是欠频和过频是欠频和过频的周期数。的周期数。57锁相环锁相环在光伏并网发电逆变电源中，为了保证并网电流和在光伏并网发电逆变电源中，为了保证并网电流和电网电压严格同频、同相（只有在功率调节器中出电网电压严格同频、同相（只有在功率调节器中出于无功功率补偿的需要，才可控地实现一定的相位于无功功率补偿的需要，才可控地实现一定的相位差），必须使用锁相环（差），必须使用锁相环（PLLPhase-Locked PLLPhase-Locked Loop)Loop)。锁相环是指能够自动追踪输入信号频率与相位的闭锁相环是指能够自动追踪输入信号频率与相位的闭环控制系统。环控制系统。58锁相环锁相环1932 1932 年年,由由DeBellescize DeBellescize 所提出的同步检波理论，他所提出的同步检波理论，他本人率先发表了对锁相环概念的描述，但并未引起普本人率先发表了对锁相环概念的描述，但并未引起普遍重视。遍重视。19471947年，锁相环才第一次被应用于电视接收机水平和年，锁相环才第一次被应用于电视接收机水平和垂直扫描的同步技术。由于技术相对复杂及成本较高，垂直扫描的同步技术。由于技术相对复杂及成本较高，当时主要应用于太空领域。当时主要应用于太空领域。七十年代，随著半导体及相关电路技术的发展，逐渐七十年代，随著半导体及相关电路技术的发展，逐渐出现了多种单片锁相环芯片，逐渐降低了成本，为锁出现了多种单片锁相环芯片，逐渐降低了成本，为锁相技术的进步和发展提供了条件。相技术的进步和发展提供了条件。随著数字技术的发展，出现多种随著数字技术的发展，出现多种数字式数字式PLLPLL，目前高集，目前高集成度的成度的PLLPLL也已在电机转速控制、电网频率调整、电力也已在电机转速控制、电网频率调整、电力系统自动化、雷达技术、较为复杂的家用电器及其它系统自动化、雷达技术、较为复杂的家用电器及其它一些高技术领域中得到广泛的应用，在光伏并网发电一些高技术领域中得到广泛的应用，在光伏并网发电系统中它同样具有十分重要的作用。系统中它同样具有十分重要的作用。59锁相环锁相环模拟锁相环（模拟锁相环（APLL）数字锁相环（数字锁相环（DPLL）混合锁相环（混合锁相环（HPLL）软件锁相环软件锁相环(SPLL)APLLAPLL、DPLLDPLL、HPLLHPLL都是以硬件方式实现锁相功能的，有着较都是以硬件方式实现锁相功能的，有着较为复杂的硬件电路，还遇及一些硬件难以克服的难题，如直为复杂的硬件电路，还遇及一些硬件难以克服的难题，如直流零点漂移、器件饱和、必须初始校准等。基于以上原因，流零点漂移、器件饱和、必须初始校准等。基于以上原因，软件锁相技术（软件锁相技术（SPLLSPLL）作为一种较新的研究课题越来越受到作为一种较新的研究课题越来越受到重视。重视。60软件锁相环软件锁相环SPLLSPLL的基本组成如图所示，输入信号是经过整形的的基本组成如图所示，输入信号是经过整形的 TTLTTL电平信号。鉴相软件可以识别出软件计数器输出的取样电平信号。鉴相软件可以识别出软件计数器输出的取样信号相位与输入信号相位之间的相位差；环路滤波软件信号相位与输入信号相位之间的相位差；环路滤波软件控制着环路相位校正的速度与精度；控制着环路相位校正的速度与精度；PCCPCC为可编程控制为可编程控制计数器，也可将其称为本地受控定时器，其计数周期受计数器，也可将其称为本地受控定时器，其计数周期受环路滤波软件的控制。环路滤波软件的控制。61软件锁相环软件锁相环F240F240芯片的捕获单元可以记录捕获输入引脚上的电平转换。芯片的捕获单元可以记录捕获输入引脚上的电平转换。1 1、2 2、3 3、4 4四个捕获单元都有一个相应的捕获输入引脚。四个捕获单元都有一个相应的捕获输入引脚。每个捕获单元均可选择每个捕获单元均可选择GPGP定时器定时器2 2或或3 3作为其时间基准。作为其时间基准。当在捕获输入引脚当在捕获输入引脚CAPxCAPx上检测到一个设定的转换时，上检测到一个设定的转换时，GPGP定定时器时器2 2或或3 3的值被捕获并存储在相应的的值被捕获并存储在相应的2 2级深度级深度FIFOFIFO堆栈中。堆栈中。用户可自定义转换检测（上升沿、下降沿或两者均检测），用户可自定义转换检测（上升沿、下降沿或两者均检测），捕获操作不影响与任何捕获操作不影响与任何GPGP定时器对应的任何定时器对应的任何GPGP定时器操作。定时器操作。从一个捕获输入的转换发生到选定从一个捕获输入的转换发生到选定GPGP定时器的计数器值被定时器的计数器值被锁入的延迟为锁入的延迟为3.53.54.54.5个个CPUCPU时钟周期。时钟周期。62软件锁相环软件锁相环锁相环的实质就是以锁相环的实质就是以TrefTref和和TinTin两个值作为参考输入和反两个值作为参考输入和反馈输入，通过馈输入，通过“锁相调节器锁相调节器”使输出到使输出到TPRTPR中的值与参考中的值与参考输入输入TrefTref保持一致。其原理框图如下所示：保持一致。其原理框图如下所示：由于周期由于周期(或频率或频率)与相位之间满足简单的积分关系，而与相位之间满足简单的积分关系，而周期周期(或频率或频率)的检测在技术上较相位检测方便，因此在的检测在技术上较相位检测方便，因此在实际系统中往往取周期实际系统中往往取周期(或频率或频率)为独立变量。为独立变量。63软件锁相环软件锁相环软件锁相的具体实现由输入信号硬件采样和锁相软件软件锁相的具体实现由输入信号硬件采样和锁相软件配合实现。配合实现。锁相环的输入信号为电网电压采样后通过硬件电路整锁相环的输入信号为电网电压采样后通过硬件电路整形成的与其同步的形成的与其同步的TTLTTL方波信号。将该方波信号送入方波信号。将该方波信号送入F240F240的的CAP1CAP1引脚，引脚，F240F240内部软件为内部软件为CAP1CAP1口分配一个计口分配一个计数时基，同时设定该时基为递增计数模式，只捕捉数时基，同时设定该时基为递增计数模式，只捕捉TTLTTL信号的上升沿，这样每个电网电压周期都会在信号的上升沿，这样每个电网电压周期都会在0000相位处使得相位处使得F240F240产生一次产生一次CAPCAP中断。中断。软件设定每次软件设定每次CAPCAP中断时复位计数器为中断时复位计数器为0 0重新计数，这重