分別使用OVP-UVP和OFP-UFP演算法以及AFD檢測演算法實現反孤島檢測simulink建模與模擬

可编程芯片开发發表於2024-10-02
演算法

1.課題概述

分別使用OVP-UVP和OFP-UFP演算法以及AFD檢測演算法實現反孤島檢測simulink建模與模擬。

2.系統模擬結果

3.核心程式與模型

版本：MATLAB2013b

function sys=mdlOutputs(t,x,u)
%定義全域性變數
global f_i;            
global f_vo;
global f_v_hb;
global f_v_lb;
global theta_i;
global theta_vo;
global isIslanding;
global num0;
global num1;
global step;
global step1;
global k;

%鎖相環輸出
theta_vo=u(2);
%電壓相位為0時更新頻率
if abs(theta_vo) < 0.04	
  %數字鎖相環輸出的電壓頻率
f_vo=u(1);    
end

%判斷是否不是孤島效應
if(isIslanding==0)	
    %併網電壓相位是否過零  
    if abs(theta_vo)<0.04    
      %判斷併網電壓頻率是否越界，根據1547規定，1%的調整，所以就是正負0.5Hz
      if (f_vo>50.5) || (f_vo<49.5)	
            sys         = [0 0];
            %如果超出則為孤島檢測到了
isIslanding = 1;
      else         
      %原始的AFD
f_i=f_vo+2.5;
theta_i=theta_vo;
      end
    else
        if(pi-theta_i<0.03) && (pi-theta_vo>0.03) 
theta_i=pi;
        elseif(2*pi-theta_i<0.03) && (2*pi-theta_vo>0.03) 
theta_i=2*pi;                    
        elseif (pi-theta_vo<0.03) && (pi-theta_i>0.03)
theta_i=pi;
        elseif (2*pi-theta_vo<0.03) && (2*pi-theta_i>0.03)
theta_i=2*pi;
        else
theta_i=theta_i+2*pi*f_i*1e-4;
        end
    end
    %非孤島輸出正弦波
    sys(1)=sin(theta_i);
else
    %孤島輸出零
sys(1)=0;
end

sys(2)=f_vo;

　　

function Out = UVP_OVP_low(In);
V     = In;
Level = 216;
if V < Level || abs(V-Level) <= 0.05
   Out = 1;
else
   Out = 0;
End
	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

　　

4.系統原理簡介

反孤島檢測是電力系統中一個重要的安全保護措施，用於在分散式發電系統中檢測孤島效應的發生。孤島效應是指當分散式發電系統與主電網斷開連線後，仍然繼續向本地負載供電的情況。為了確保電力系統的穩定性和安全性，需要及時準確地檢測出孤島效應並採取相應的控制措施。本文將詳細介紹使用OVP-UVP（過壓-欠壓保護）演算法、OFP-UFP（過頻-欠頻保護）演算法以及AFD（主動頻率偏移）檢測演算法實現反孤島檢測的原理，並使用標準的數學公式進行推導和解釋。

4.1 OVP-UVP演算法

OVP-UVP演算法是一種基於電壓幅值的反孤島檢測方法。該方法透過監測分散式發電系統輸出電壓的幅值來判斷是否發生孤島效應。當分散式發電系統與主電網斷開連線後，由於負載的變化和發電機的自激作用，輸出電壓的幅值可能會發生變化，超過或低於正常範圍。

1. 過壓保護（OVP）

當分散式發電系統輸出電壓的幅值超過一定閾值時，認為發生了過壓故障，可能意味著孤島效應的發生。過壓保護的閾值一般設定為額定電壓的110%至120%。

2. 欠壓保護（UVP）

當分散式發電系統輸出電壓的幅值低於一定閾值時，認為發生了欠壓故障，同樣可能意味著孤島效應的發生。欠壓保護的閾值一般設定為額定電壓的80%至90%。

設分散式發電系統輸出電壓的幅值為V，額定電壓為V_n，則過壓保護和欠壓保護的判斷條件可以表示為：

過壓保護：V >V_n × (1 + α)，其中α為過壓保護係數，一般取0.1至0.2。

欠壓保護：V <V_n × (1 - β)，其中β為欠壓保護係數，一般取0.1至0.2。

4.2 OFP-UFP演算法

OFP-UFP演算法是一種基於頻率的反孤島檢測方法。該方法透過監測分散式發電系統輸出電壓的頻率來判斷是否發生孤島效應。當分散式發電系統與主電網斷開連線後，由於負載的變化和發電機的自激作用，輸出電壓的頻率可能會發生變化，超過或低於正常範圍。

1. 過頻保護（OFP）

當分散式發電系統輸出電壓的頻率超過一定閾值時，認為發生了過頻故障，可能意味著孤島效應的發生。過頻保護的閾值一般設定為額定頻率的105%至110%。

2. 欠頻保護（UFP）

當分散式發電系統輸出電壓的頻率低於一定閾值時，認為發生了欠頻故障，同樣可能意味著孤島效應的發生。欠頻保護的閾值一般設定為額定頻率的90%至95%。

設分散式發電系統輸出電壓的頻率為f，額定頻率為f_n，則過頻保護和欠頻保護的判斷條件可以表示為：

過頻保護：f >f_n × (1 + γ)，其中γ為過頻保護係數，一般取0.05至0.1。

欠頻保護：f <f_n × (1 - δ)，其中δ為欠頻保護係數，一般取0.05至0.1。

4.3 AFD檢測演算法

AFD（主動頻率偏移）檢測演算法是一種主動式的反孤島檢測方法。該方法透過向分散式發電系統注入一個微小的頻率偏移訊號，然後監測輸出電壓的頻率變化來判斷是否發生孤島效應。當分散式發電系統與主電網斷開連線後，注入的頻率偏移訊號會導致輸出電壓的頻率發生變化，從而被檢測到。

設注入的頻率偏移訊號為Δf，分散式發電系統輸出電壓的實際頻率為f_actual，則AFD檢測演算法的判斷條件可以表示為：

| f_actual - f_n | > Δf

其中，| x |表示x的絕對值。當實際頻率與額定頻率的差值的絕對值大於注入的頻率偏移訊號時，認為發生了孤島效應。

OVP-UVP、OFP-UFP和AFD是三種常用的反孤島檢測演算法。它們分別基於電壓幅值、頻率和主動頻率偏移的原理來實現對孤島效應的檢測。在實際應用中，可以根據具體的系統需求和效能指標選擇合適的演算法或組合使用多種演算法來提高檢測的準確性和可靠性。同時，還需要注意選擇合適的閾值和引數以確保演算法的靈敏度和誤報率滿足要求。

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