分别使用OVP-UVP和OFP-UFP算法以及AFD检测算法实现反孤岛检测simulink建模与仿真

1.课题概述

分别使用OVP-UVP和OFP-UFP算法以及AFD检测算法实现反孤岛检测simulink建模与仿真。

2.系统仿真结果

3.核心程序与模型

版本：MATLAB2013b

function sys=mdlOutputs(t,x,u)
%定义全局变量
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;

%锁相环输出
theta_vo=u(2);
%电压相位为0时更新频率
if abs(theta_vo) < 0.04	
  %数字锁相环输出的电压频率
f_vo=u(1);    
end

%判断是否不是孤岛效应
if(isIslanding==0)	
    %并网电压相位是否过零  
    if abs(theta_vo)<0.04    
      %判断并网电压频率是否越界，根据1547规定，1%的调整，所以就是正负0.5Hz
      if (f_vo>50.5) || (f_vo<49.5)	
            sys         = [0 0];
            %如果超出则为孤岛检测到了
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
    %非孤岛输出正弦波
    sys(1)=sin(theta_i);
else
    %孤岛输出零
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.系统原理简介

       反孤岛检测是电力系统中一个重要的安全保护措施，用于在分布式发电系统中检测孤岛效应的发生。孤岛效应是指当分布式发电系统与主电网断开连接后，仍然继续向本地负载供电的情况。为了确保电力系统的稳定性和安全性，需要及时准确地检测出孤岛效应并采取相应的控制措施。本文将详细介绍使用OVP-UVP（过压-欠压保护）算法、OFP-UFP（过频-欠频保护）算法以及AFD（主动频率偏移）检测算法实现反孤岛检测的原理，并使用标准的数学公式进行推导和解释。

4.1 OVP-UVP算法

        OVP-UVP算法是一种基于电压幅值的反孤岛检测方法。该方法通过监测分布式发电系统输出电压的幅值来判断是否发生孤岛效应。当分布式发电系统与主电网断开连接后，由于负载的变化和发电机的自激作用，输出电压的幅值可能会发生变化，超过或低于正常范围。

1. 过压保护（OVP）

       当分布式发电系统输出电压的幅值超过一定阈值时，认为发生了过压故障，可能意味着孤岛效应的发生。过压保护的阈值一般设置为额定电压的110%至120%。

2. 欠压保护（UVP）

      当分布式发电系统输出电压的幅值低于一定阈值时，认为发生了欠压故障，同样可能意味着孤岛效应的发生。欠压保护的阈值一般设置为额定电压的80%至90%。

       设分布式发电系统输出电压的幅值为V，额定电压为V_n，则过压保护和欠压保护的判断条件可以表示为：

过压保护：V >V_n × (1 + α)，其中α为过压保护系数，一般取0.1至0.2。

欠压保护：V <V_n × (1 - β)，其中β为欠压保护系数，一般取0.1至0.2。

4.2 OFP-UFP算法

        OFP-UFP算法是一种基于频率的反孤岛检测方法。该方法通过监测分布式发电系统输出电压的频率来判断是否发生孤岛效应。当分布式发电系统与主电网断开连接后，由于负载的变化和发电机的自激作用，输出电压的频率可能会发生变化，超过或低于正常范围。

1. 过频保护（OFP）

       当分布式发电系统输出电压的频率超过一定阈值时，认为发生了过频故障，可能意味着孤岛效应的发生。过频保护的阈值一般设置为额定频率的105%至110%。

2. 欠频保护（UFP）

       当分布式发电系统输出电压的频率低于一定阈值时，认为发生了欠频故障，同样可能意味着孤岛效应的发生。欠频保护的阈值一般设置为额定频率的90%至95%。

      设分布式发电系统输出电压的频率为f，额定频率为f_n，则过频保护和欠频保护的判断条件可以表示为：

过频保护：f >f_n × (1 + γ)，其中γ为过频保护系数，一般取0.05至0.1。

欠频保护：f <f_n × (1 - δ)，其中δ为欠频保护系数，一般取0.05至0.1。

4.3 AFD检测算法

       AFD（主动频率偏移）检测算法是一种主动式的反孤岛检测方法。该方法通过向分布式发电系统注入一个微小的频率偏移信号，然后监测输出电压的频率变化来判断是否发生孤岛效应。当分布式发电系统与主电网断开连接后，注入的频率偏移信号会导致输出电压的频率发生变化，从而被检测到。

       设注入的频率偏移信号为Δf，分布式发电系统输出电压的实际频率为f_actual，则AFD检测算法的判断条件可以表示为：

| f_actual - f_n | > Δf

       其中，| x |表示x的绝对值。当实际频率与额定频率的差值的绝对值大于注入的频率偏移信号时，认为发生了孤岛效应。

       OVP-UVP、OFP-UFP和AFD是三种常用的反孤岛检测算法。它们分别基于电压幅值、频率和主动频率偏移的原理来实现对孤岛效应的检测。在实际应用中，可以根据具体的系统需求和性能指标选择合适的算法或组合使用多种算法来提高检测的准确性和可靠性。同时，还需要注意选择合适的阈值和参数以确保算法的灵敏度和误报率满足要求。