基于simulink的Passive anti-islanding-UVP/OVP and UFP/OFP被动反孤岛模型仿真

Posted 2022-08-06 fpga和matlab

目录

一、理论基础

二、案例背景

1.问题描述

2.思路流程

三、部分MATLAB程序

四、仿真结论分析

五、参考文献

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一、理论基础

      一个性能完善的光伏并网发电系统，需要各种保护措施保证用户的人身安全，同时防止设备因意外而造成的损坏。由于光伏发电系统和电网并联工作，因此光伏发电系统需能及时检测出电网故障并切断其与电网的连接。如果不能及时发现电网故障，就会出现光伏发电系统仍向局部电网供电的情形，从而使本地负载仍处于供电状态，造成设备损坏和人员伤亡。这种现象被称为孤岛效应。

       目前孤岛检测主要分为被动式检测和主动式检测两种。被动式检测是利用电网断电瞬间，逆变器输出功率与局部负载功率不平衡造成的逆变器输出端电压值和频率变化作为孤岛效应检测的依据。其具有检测方法简单，对系统运行无干扰等优点。但是如果在电网停电的瞬间，逆变器输出功率与局部负载功率达到平衡，该方法将失去作用。 

      主动式检测是在系统工作中，对逆变器输出电流、频率或相位施加一定的扰动信号，并对其进行检测。如果电网正常，因电网的巨大平衡作用，逆变器输出不受扰动信号的影响;一旦电网出现故障，这些扰动量就会在逆变器输出端逐步累计，直至超出规定范围，从而反映出电网故障。与被动式检测方法相比，主动式检测方法具有精度高，检测盲区小的优点。但当局部电网存在多个分布式能源系统时，主动式检测效果下降，严重时甚至无效。
        被动式检测主要有电压频率检测、相位检测、频率检测三种方法，在实际中均有一定的应用。但是由于被动式孤岛检测方法对逆变器输出功率与负载功率是否匹配有较高的要求，因此存在较大的检测盲区。所以在此不做详细的描述。
       UVP/OVP和UFP/OVP检测算法通过设置两个门下来判断，表达式如下所示：

     

     从上面的算法公式可以看到，但是由于UVP/OVP和UFP/OVP检测算法检测范围局限性较大，检测的盲区较大，在F和U检测范围只能得电压和频率就无法检测了。

二、案例背景

1.问题描述

首先，这个电力系统，我们做如下的设置，即：

230V/50Hz，单相（single phase or 1 phase）。

    然后，仿真的具体要求为：

负载：小型电网 single phase 1kW grid-connected PV systems 

根据 IEEE 1547 standard 对反孤岛的要求

·Voltage： 240V ± 10%， 

·frequency：50Hz ± 1%

·Quality Factor, Qf:  Qf < 2.5 (Qf = 0 , 0.02,0.04, … , 2.4)

·Required Islanding detection time: tdetect<0.2s  and isolated to the load

·THD: <5%

2.思路流程

        整个反孤岛模型，采用simulink进行建模，在matlab2010b中，建立仿真模型，其中UVP/OVP和UFP/OVP检测算法通过内嵌matlab封装，供simulink调用。

三、部分MATLAB程序

UVP/OVP和UFP/OVP检测算法matlab2010b程序如下：

function Out = UVP_OVP_up(In);
V     = In;
Level = 264;

if V > Level || abs(V-Level) <= 0.05
   Out = 1;
else
   Out = 0;
end

function Out = UFP_OFP_low(In);
V     = In;
Level = 49;

if V < Level || abs(V-Level) <= 0.05
   Out = 1;
else
   Out = 0;
end

function Out = UFP_OFP_up(In);
V     = In;
Level = 51;

if V > Level || abs(V-Level) <= 0.05
   Out = 1;
else
   Out = 0;
end

function Out = UVP_OVP_low(In);
V     = In;
Level = 216;

if V < Level || abs(V-Level) <= 0.05
   Out = 1;
else
   Out = 0;
end

simulink整体模型如下：

四、仿真结论分析

       从仿真结果可知，采用UVP/OVP & UFP/OFP这种主动反孤岛的方式，系统能够较快的检测到孤岛，同时，对整个系统的波形效果影响不大，但是采用被动的反孤岛（anti-Islanding）方式，其存在较大的盲点。

五、参考文献

[1] Zeineldin H H ,  Kirtley J . Performance of the OVP/UVP and OFP/UFP method with voltage and frequency dependent loads[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2009, 24(2):772-778.A2-12