光伏并网系统孤岛效应仿真检测模型

资 源 简 介

该项目利用MATLAB/Simulink环境构建了一个完整的光伏并网发电及孤岛效应监测系统。系统模型涵盖了光伏阵列、Boost升压电路、最大功率点跟踪控制、三相并网逆变器以及公用电网和本地RLC负载。核心功能是模拟在电网发生断路故障时，光伏供电系统进入孤岛运行状态的过程，并实时触发检测机制。模型实现了多种检测策略的集成，包括被动检测技术（如过/欠压保护、过/欠频保护）以及主动检测技术（如主动频率偏移法AFD、滑模频率偏移法SFS等）。通过在该仿真平台上模拟不同的负载匹配情况（品质因数变化），可以验证检测算

详 情 说 明

基于光伏并网发电系统的孤岛效应仿真检测模型

项目介绍

本项目是一个用于研究分布式光伏并网系统在电网失压（孤岛状态）下的行为及其检测技术的数学仿真模型。该模型在MATLAB环境下通过脚本实现，模拟了从光伏能量获取、直流/交流变换到并网运行及孤岛触发的全过程。其设计核心在于验证被动检测与主动检测（如AFD）在面对平衡负荷（高品质因数RLC负载）时，能否有效识别孤岛效应并及时切断并网连接，从而避免分布式电源对检修人员或用电设备造成的安全威胁。

功能特性

1. 光伏阵列动态模拟：模拟10kW光伏系统，支持光照强度实时变化（如0.5s时的突变）及温度对输出功率的影响计算。
2. 三相逆变器双闭环控制：实现直流母线电压外环（PI控制）和简化电流内环，确保直流侧能量平稳转换为交流电。
3. 复合孤岛检测策略：

* 被动检测：实时监控PCC（公共连接点）的过/欠压（OVP/UVP）及过/欠频（OFP/UFP）。 * 主动检测（AFD）：通过在输出电流中引入受控的频率扰动（主动频率偏移法），在孤岛发生时强制拉动系统频率偏离正常范围。

1. RLC本地负载模拟：配置可调品质因数（Qf）的并联负载，精确模拟谐振状态下的检测盲区（NDZ）。
2. 实时可视化分析：动态展示PCC电压、系统频率、功率波动以及检测报警信号的触发延迟。

使用方法

1. 确保您的计算机中安装了MATLAB环境（建议2020b及以上版本）。
2. 将仿真脚本下载至MATLAB的工作目录下。
3. 在MATLAB命令行窗口中运行程序脚本。
4. 仿真结束后，程序会自动弹出波形图窗口，并在命令行输出电网断开时间、检测到孤岛的时间以及响应延迟的具体数值。

系统要求

• 软件平台：MATLAB R2018a 或更高版本。
• 工具箱要求：基础MATLAB环境即可运行，无需额外的Simulink模块库（该版本已将逻辑整合在脚本中）。

实现逻辑说明

仿真程序遵循以下核心逻辑流程：

1. 物理参数参数化

系统设定10kHz采样率，预设1.0秒仿真时长。配置10kW级光伏系统参数、LC滤波器参数及直流侧大电容。重点设定负载为并联RLC，其特征频率锁定在50Hz，且品质因数设为2.5，这代表了极具挑战性的检测环境。

2. 仿真步进循环

程序通过时间映射循环（k=1:length(t)）模拟真实的离散控制过程，每个步长内执行以下子任务：

• 功率流计算：根据当前光照和温度计算光伏侧可提供的最大功率。
• 锁相环同步：并网时锚定电网相位；孤岛发生后，由内部频率积分决定相位，受主动偏移影响。
• 双闭环控制执行：外环PI调节器根据直流电压偏差计算出d轴电流指令，从而维持能量平衡。
• AFD算法介入：在生成电流相位指令时，利用斩波系数（cf）对正弦波进行不对称调制，在电流中引入偏移趋势。

3. 系统动态与环境响应

程序根据电网开关状态切换物理模型：

• 并网模式：PCC点电压和频率强制由外部电网定值决定。
• 孤岛模式：模拟频率漂移公式 df = (f0 * cf) / (2 * Qf)。此时，频率偏移量取决于主动注入的扰动强度与负载品质因数的比例。

4. 判别与报警机制

检测逻辑每一时刻都在扫描两类数据：

• 电压有效值是否超出 193.6V - 242V 范围。
• 频率是否超出 49.5Hz - 50.5Hz 范围。

一旦条件满足，立即触发跳闸信号并记录时间点。

关键算法与算法细节分析

主动频率偏移法 (AFD)

在该模型中，AFD通过修改电流相位实现。核心公式为 theta_inv = theta + pi * cf * abs(sin(theta))。这种机制确保在并网时扰动被强电网抑制，而在孤岛发生后，该扰动会导致输出电压频率相对于额定频率产生累积偏移。

孤岛检测盲区 (NDZ) 模拟

模型通过精确配置RLC参数，使得负载在50Hz时的无功功率为零。由于负载功率与逆变器输出完全匹配，被动检测在孤岛触发瞬间无法感知电压或频率的变化。此时，模型展示了AFD如何通过破坏这种能量平衡，强迫系统频率在极短时间内（本仿真演示中通过系数加速展示）突破频率保护阈值。

简化物理系统建模

区别于传统的Simulink模块堆砌，本代码通过状态变量微分方程的简化形式（如直流母线电压的动态更新方程）在脚本中重构物理过程。这种方法极大地提升了仿真速度，同时保证了控制逻辑与物理响应之间的时间一致性。