光伏微网主动式孤岛检测方法综述?
余运俊,张燕飞,万晓凤,张翔
(南昌大学信息工程学院自动化系,南昌330031)
摘要:在分布式光伏发电并网系统中,孤岛检测是其必备的基本功能,既要能快速准确地检测出孤岛效应,又要能尽量减小对电能质量的影响三文章介绍了主动式孤岛检测方法的基本原理,将其划分为基于电压偏移原理检测法二基于频率偏移原理检测法和基于相位偏移原理检测法三类,讨论了每种检测方法的优点和缺点,并对每类检测方法的可靠性二对电能质量的影响以及适用场合作了比较三主动式孤岛检测方法的未来研究方向是进一步提高其检测效率二减小或消除检测盲区以及降低对电网的污染度三在实际应用中,合理选用两种或多种不同原理的主动式孤岛检测法相互配合使用,将是主动式孤岛检测法发展的趋势三
关键词:光伏发电;微网;主动式孤岛检测;电压偏移;频率偏移;相位偏移
中图分类号:TM464,TM615一一一一一一文献标识码:A文章编号:1001-1390(2014)01-0022-08 Active Islanding Detection for PV Micro-Grid:A Survey
YU Yun-jun,ZHANG Yan-fei,WAN Xiao-feng,ZHANG Xiang (Automation Department,School of Information Engineering,Nanchang University,Nanchang330031,China)
Abstract:In distributed photovoltaic power generation grid-connected systems,islanding detection is an essential function,which requires quick and accurate island effect detection,at the same time with minimum impact on power quality.This paper introduces the basic principle of active islanding detection methods,and divides these methods in-to three types:voltage shift,frequency shift,and phase shift based methods.Advantages and disadvantages of each type of methods are discussed.The reliability,impact on power quality and applied occasions of each type are com-pared.To improve the detection efficiency,reduce or eliminate the blind spot detection as well as reduce the degree of contamination of the grid are the main directions for further research.In practical applications,the rationally com-bined use of two or more different principles will be the trend of active islanding detection methods.
Key words:photovoltaic power generation,micro-grid,active islanding detection,voltage shift,frequency shift, phase shift
0一引一言
分布式光伏发电作为一种新型的二可提高能源综合利用效率的太阳能应用发电方式,具有广阔的发展前景[1-2]三光伏微网是在分布式光伏发电的基础上形成的一种新型的供电方式,它将将光伏发电设备二负荷二蓄电池组以及光伏逆变器等装置有机结合,形成一个单一可控的独立供电系统,既可以单独为本地负载供电,又可以与电网并网运行[3]三孤岛运行是指当电网由于电气故障二误操作或者自然因
?基金项目:江西省科技支撑计划资助项目(2013BBE50102);
国际科技合作专项项目(S2014GR0288)素等原因中断供电时,光伏微网供电系统作为独立的电源继续向电网输出电能和向本地负载供电,从而形成一个电网无法控制的自给供电孤岛[4-5]三在分布式光伏发电系统处于孤岛运行状态时,可能会影响电能质量甚至损坏电气设备,严重时可能会危及维护人员的人身安全三因此,无论是从安全方面还是从可靠性方面考虑,都应该及时有效地检测出孤岛运行状态,并将光伏逆变器从公共连接点(PCC)处断开,这就是孤岛检测[6-7]三
目前孤岛检测的方法可分为三大类,分别是主动式检测二被动式检测和通信式检测[7-10]三主动式检测法的检测精度和准确率高二检测盲区小甚至无
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检测盲区,但会影响电能质量;被动式检测法不会影响电能质量,但存在较大的检测盲区[10];通信式检测法实时性强,稳定性高,对电能无影响,但成本较高,操作复杂,经济利润低[7]三本文以主动式孤岛检测法为主要对象,将其分为三大类进行详细介绍,分析并比较每种检测方法的优点和缺点以及主要应用场合,最后对每类方法的有关性能作了总结三
1一主动式孤岛检测法的介绍
主动式检测法是向光伏逆变器的输出引入一定规律的扰动信号(如电流幅值二频率和相位)来判断是否发生孤岛效应[11]三当电网正常工作,光伏逆变器并网运行时,由于电网的钳制作用,引入的扰动信号几乎不能使电网发生变化;当电网发生故障断开时,光伏逆变器孤岛运行时,引入的扰动量会不断累积,一旦超出允许范围,便可检测出孤岛效应三并网运行的光伏逆变器输出电流公式为i inv=I inv sin(ωt+φ),可见,可以通过对幅值二角频率和相位引入扰动信号,分别产生电压二频率和相位偏移,从而实现主动式孤岛检测三本文将主动式检测分为三大类,分别是基于电压偏移原理二基于频率偏移原理和基于相位偏移原理,下面分别对每类检测方法进行介绍三1.1一基于电压偏移原理的检测方法
1.1.1一阻抗测量法(Impedance Measurement,IM)
对光伏逆变器的输出电流幅值周期性地引入扰动信号,使其输出功率发生变化,进而使其输出电压发生变化三当并网运行时,光伏发电系统端的等效阻抗很小,电流变化产生的电压变化也很小三当电网断开时,光伏发电系统端的等效阻抗为负载阻抗,此时的等效阻抗明显增大,引入的扰动电流信号产生的电压变化也很大,足以触发过/欠压保护(OUV),从而检测出孤岛效应三这相当于测量d u a/ d i inv的值,即利用阻抗值来检测孤岛效应,因此称为阻抗测量法[12-13]三
IM的主要优点是在理论上不存在检测盲区(NDZ);单逆变器时,IM可以打破负载与光伏发电系统间的功率平衡,利用OUV检测出孤岛;由于并网的等效阻抗与孤岛的等效阻抗相差很大,不需要精确测量阻抗值三
IM的主要缺点是在多逆变器的情况下,引入的电流扰动信号可能会相互抵消,使得电压变化小于预定阀值,导致NDZ变大;对于容量较大的分布式光伏发电系统,IM会引起电网的不稳定,因此IM不适用于多台小型光伏发电系统或单台大型光伏发电系统的场合三
1.1.2一特定频率阻抗测量法(Specific Frequency Im-pedance Measurement,SFIM)
SFIM是电压谐波检测法的特例,该方法对光伏逆变器人为地引入特定频率的电流谐波[14]三当并网运行时,谐波电流流入电网,不会引起电压异常;当电网断开时,谐波电流流入本地负载,若本地负载是线性的,将会产生同频的谐波电压,当谐波电压较大时,便可检测出孤岛效应三
SFIM的主要优点是检测成功率高且检测范围较宽;在多逆变器的情况下检测效率也不会降低三SFIM的主要缺点是引入的谐波电流可能会引起设备的误动作,故要限制引入的谐波电流的大小;在多逆变器组成的并网系统中引入相同的谐波电流,还有可能造成并网时谐波电压太大,从而误判孤岛,故在实际应用中很少采用这种方法三
1.1.3一Sandia电压偏移(Sandia Voltage Shift,SVS) SVS是将正反馈加到光伏逆变器输出电压幅值上,正反馈的作用是当电压增大或减小时,逆变器将增大或减小其输出功率和输出电流[15]三当并网运行时,由于电网的电压钳制作用,输出功率的变化对电压几乎没有影响;当电网断开时,若电压增大或减小,负载上的电流也增大或减小,由于正反馈作用电压将进一步增大或减小,进而输出功率也将增大或减小,在PCC出电压也将增大或减小,最终将通过触发OUV来检测孤岛三
SVS的主要优点在于对带有光伏微网控制器的系统而言,SVS易于实现;合理选择正反馈系数后, SVS的检测效率很高三
SVS的主要缺点在于SVS对整个系统的暂态响应和电能质量产生不利的影响,电压幅值的变动将影响光伏逆变器的输出功率,从而使其偏离最大功率点[13]三
1.1.4一电压前馈正反馈检测法(Voltage Feed For-ward Positive Feedback,VFFPF)
VFFPF的具体算法为将光伏逆变器的输出电压前馈,经过预设算法,输出量作为电流幅值扰动量[16]三预设算法公式为:
I d=K(U a-U m+U d)(1)
U d=K d
,一一一U a>U m
-K d,一一U a?U m
{(2)
式中I d为电流幅值扰动量;K为反馈系数;U a为逆变器输出的电压峰值;U m主电网的电压峰值;U d为周
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期扰动量,初始值为0,每隔1s将其设置为预设值三为了加快检测速度,文献[16]还提出了改进算法,将预设算法公式变换为:
I d=K(U a-U m+U d)3(3)当光伏逆变器并网运行时,此时U a=U m,电压正常;当电网断开时,U a>U m或U a?U m,根据正反馈的作用,进一步使U a的值增大或减小,直至超出预设的电压阀值,以触发OUV来检测孤岛三VFFPF的主要优点是通过引入电流幅值扰动信号和正反馈的作用,打破系统发生孤岛后可能出现的电压平衡,并提高了检测速度,实现了单台或多台光伏逆变器并网运行时孤岛检测,消除了NDZ三VFFPF的主要缺点是由于加入了电流幅值扰动信号,电能质量会有所下降;实际的电网电压有波动,电压准确度的确定很关键三
1.1.5一负序电压正反馈检测法(Negative Sequence Voltage Positive Feedback,NSVPF)
NSVPF是在光伏逆变器并网运行时引入负序电压正反馈[17]三当电网正常时,由于电网的电压钳制作用,几乎检测不到负序电压;当电网断开时,在PCC处会产生一定的负序电压,由于存在正反馈的作用,PCC处的负序电压将持续增大,若PCC点的负序电压有效值与正序电压有效值的比值,即PCC处正常工作电压的不平衡度大于2%,短时不平衡度大于4%[18],即可判断是否发生孤岛效应三NSVPF的主要优点为检测灵敏度高,检测方法无盲区,且负序电压具有非破坏性;适用于单台或多台光伏逆变器三
NSVPF的主要缺点为电压谐波对提取负序电压的精度影响较大;正反馈系数的值不好确定三根据上述描述的检测方法,表1总结基于电压偏移原理的主动式孤岛检测法的有关性能比较,主要涉及到孤岛检测的可靠性(检测盲区)二电能质量的高低以及应用场合三
表1一基于电压偏移孤岛检测法的比较
Tab.1一Islanding detection method comparison based on voltage offset
检测方法可靠性电能质量应用场合
IM中等偏上,没有NDZ中等,引入电流幅值扰动,PQ值受影响单台小型光伏逆变器并网SFIM高,没有NDZ低,引入谐波,电能质量严重受影响单台光伏逆变器并网SVS高,没有NDZ中等,电压幅值连续变化,PQ值受影响单台或多台光伏逆变器并网VFFPF高,没有NDZ中等,引入电流幅值扰动,PQ值受影响单台或多台光伏逆变器并网NSVPF高,没有NDZ高,负序电压具有非破坏性单台或多台光伏逆变器并网
1.2一基于频率偏移原理的检测方法
1.2.1一主动频率偏移法(Active Frequency Drift,AFD) AFD是周期性地向光伏逆变器的输出电流引入微小频率偏移电流扰动信号,即电流扰动信号的频率为50Hz?Δf[19-20]三当逆变器并网运行时,逆变器输出的电压频率被电网钳制,保持正常频率;当电网断开时,逆变器输出的电压由输出电流和本地负载阻抗共同决定,其电压频率受到电流频率的影响而逐渐偏离正常值,最终触发过/欠频保护(OUF),从而检测出孤岛三
AFD的主要优点为易于实现,效率较高;NDZ较小,对于纯电阻性负载,没有检测盲区三
AFD的主要缺点为引入的畸变电流,会造成谐波污染,严重影响电能质量;在多逆变器的情况下,引入的电流频率可能会相互抵消,导致NDZ变大,降低了检测效率三
针对传统的AFD中可能存在抵消负载频率变化的缺点,文献[19]提出了先判断频率的变化趋势,施加合适的斩波率,加强相同方向无功不匹配程度,促使系统频率向同一趋势的方向变化,使频率快速偏离正常范围,加快孤岛检测三文献[21]还提出了通过控制无功电流的大小来实现电流频率的偏移,从而实现PCC处电压频率的偏移,进而检测出孤岛三该方法谐波污染小,克服了有功电流波动的缺点,提高了电压的稳定性三该方法不仅适用于单相光伏并网系统,也适用于三相光伏并网系统三
1.2.2一带正反馈的主动频率偏移法(Active Frequen-cy Drift With Positive Feedback,AFDPF) AFDPF是对AFD方法的改进,也称为Sandia频率偏移法(SFS),对光伏逆变器的输出电压频率运用了正反馈,加速了逆变器输出电压频率偏离正常值[22-24]三该算法公式可表示为:
cf k=cf k-1+F(Δωk)(4)式中cf k是第k周期的斩波率;F(Δωk)是第k周期电
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压的采样角频率ωk与电网角频率ω0之间的偏差Δωk的正反馈函数;当F(Δωk)为线性函数时即F(Δωk)=kΔωk,此检测方法的NDZ要比AFD小得多三当并网运行时,此算法试图加快逆变器输出的电压频率变化,但由于电网钳制作用会保持正常的频率;当电网断开时,微小偏移的频率会不断积累,且由于正反馈的作用,频率偏差Δωk会进一步增大或减小,cf也随之增大或减小,最终导致逆变器的输出电压频率超出正常的范围,直至触发OUF,检测出孤岛三AFDPF的主要优点为在相同的频率偏移下, NDZ比AFD小很多,而且还能够加速频率的偏移;在多台光伏逆变器共同运行的情况下,不会产生稀释效应[13],保证了检测的准确度三AFDPF的主要缺点为会引起逆变器输出电能质量的轻微下降,对负载和电网频率波动检测不灵敏[25]三
针对AFDPF存在的缺点,文献[25]提出了一种改进型的AFDPF算法,对逆变器的输出引入电流频率扰动后,通过检测输出电压频率的交替变化来判断扰动效果三当频率正常时,在偶周期采用与AFD-PF一样的方法进行电流扰动,奇周期不进行扰动,这样有利于减小频率对输出电能质量的影响,在下一个偶周期以同样的扰动量进行反向扰动三若连续3次出现频率异常,则说明电网故障,在接下来的周期里一直用同样的方法进行操作,直至电压频率超出正常范围以触发OUF,检测出孤岛三
1.2.3一结合脉动斩波因数的主动式移频法(AFD-PCF)
文献[26]提出了一个运用斩波因数,而不是用增益系数改进型的AFDPF方法,在孤岛期间形成交替的脉冲波形,使得频率更快的偏移三斩波因数为:
cf=cf max,一T cf max_on
cf min,一T cf min_on
0,一其他
ì
?
í(5)
式中cf max和cf min分别是cf的最大值和最小值三实际上,该方法迫使频率在第一个周期内变大,然后在第二个周期内变小三通过施加一个如标准所要求的电网电流总谐波失真(THD),使用分析计算方法可获得正序和负序斩波因数值,因此,该方法可以保证电网电能质量的要求三
AFDPCF的主要优点是NDZ比AFDPF小;总谐波畸变率较低,电能质量高;稳定性高三AFDPCF的主要缺点是并没有消除盲区;检测时间较长,降低了检测速度三1.2.4一GE移频法(General electric frequency schemes, GEFS)
GEFS是以正反馈为基础的移频孤岛检测方法,与频率偏移法相类似,该方法基于频率估计的正反馈来增大无功电流参考值,并通过滤波及增益系数设计来保证系统稳定性[27]三增大无功电流将导致无功功率的增大,使得在孤岛时RLC负载进一步增大系统频率,使其快速超正常范围以触发OUF,检测出孤岛三
GEFS的主要优点是其正反馈系数不会被电能质量所限制,能消除NDZ;且稳定性是可控的三1.2.5一频率突变检测法(Frequency Jump Detection, FJD)
FJD是对AFD的一个修改,概念上类似于阻抗测量法三该方法是在输出电流波形(不是每个周期)中加入死区,频率按照预先设置的模式加入[28]三当并网运行时,逆变器的输出电压频率被电网钳制,不会发生波动;当电网断开时,FJD通过与FAD一样的方法来迫使频率发生偏移,最终偏离正常范围值,触发OUF检测出孤岛三
FJD的主要优点是对于单台逆变器工作时,这种检测方法的效率是非常高的;若设计的模式合理,几乎没有NDZ三
FJD的主要缺点是与AFD一样,在多台逆变器运行的情况下,如果频率偏移方向不相同,会降低孤岛检测的效率三
根据上述描述的检测方法,表2总结基于频率偏移原理的主动式孤岛检测法的有关性能比较,主要涉及到孤岛检测的可靠性(检测盲区)二电能质量的高低以及应用场合三
1.3一基于相位偏移原理的检测方法
1.3.1一滑模频率偏移法(Slide-Mode Frequency Shift,SMS)
SMS是对光伏逆变器的输出电流与PCC处电压间的相位差运用正反馈,进而使其频率发生偏移, SMS其实是通过移相达到移频的[29-30]三引入SMS 孤岛检测算法后,光伏逆变器的输出电流频率不变,但其相位发生偏移三引入电流相位扰动量的初始相位角计算公式如下:
θSMS=θm sin(π2四f-f g
f m-f g)(6)式中θm为最大相位偏移;f m为最大相位偏移对应的频率;f g为主电网频率;f为PCC处频率三
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表2一基于频率偏移孤岛检测法的比较
Tab.2一Islanding detection method comparison based on frequency offset
检测方法可靠性电能质量应用场合AFD中等,没有消除NDZ低,引入谐波,电能质量严重受影响单台光伏逆变器并网AFDPF中等偏上,NDZ比AFD小中等,频率连续变化,PQ值受影响单台或多台光伏逆变器并网AFDPCF中等偏上,NDZ小,稳定性高高,谐波畸变率低,是可控的单台或多台光伏逆变器并网GEFS高,没有NDZ且稳定性高高,对谐波畸变率没影响单台或多台光伏逆变器并网FJD中等,NDZ很小低,引入谐波,电能质量严重受影响单台光伏逆变器并网
一一当并网运行时,由于锁相环作用,电网提供固定的频率和相位,光伏逆变器工作点稳定在电网频率;当电网断开时,引入的相位偏移会使逆变器的输出电压频率波动,在正反馈的作用下,会使相位差进一步增大,最终使频率超出正常范围,触发OUF检测出孤岛三
文献[29]中提到SMS算法采用的公式为:θSMS=10??sin(π2四Δf3)(7)若移植到我国,由于电网参数不同,原参数可能不适用,故SMS的各参数应重新整定三文献[30]中提出引入的电流相位扰动量的计算公式取为:
θSMS=5??sin(π2四Δf)(8)仿真结果表明在品质因数小于2.5的负载时没有NDZ,且相位偏移量相对较小三
SMS的主要优点是容易实现,检测效率高,且NDZ较小;检测效率不受多逆变器同时工作的影响三
SMS的主要缺点是会改变逆变器输出电流的相位,进而影响电能的质量;当初始相位角与负载相位角之和为0时会出现较大的NDZ三
针对SMS法在初始相位角与负载相位角之和为0时会出现NDZ的情况,文献[31]提出了一种改进的SMS法三改进型的SMS算法的移相公式如下:θIM-SMS=n(f-f g)+F(f-f g)θ0(9) F(f-f g)=1,一一一一f?f g
-1,一一一f {(10) 与传统的SMS相比,该种方法引入了额外的相位角偏移量F(f-f g)θ0,附加了额外的相位角偏移量在正反馈的作用下使得孤岛检测的可靠性提高,θ0可以取很小的值,使得谐波也相应的减小三改进型的SMS不但进一步减小了NDZ,也缩短了孤岛检测的时间三1.3.2一自动相位偏移法(Automatic Phase Shift, APS) APS实质上是对SMS的改进,也是利用正反馈来检测孤岛效应的发生,该方法在孤岛运行时引入了附加的相位偏移,从而打破了可能存在的平衡运行点,因此效率比SMS要高[32]三采用APS孤岛检测算法,其引入电流相位扰动量的初始相位角计算公式如下: θAPS[k]=2πα(f(k-1)-f g f g)+θ0[k](11)θ0[k]=θ0[k-1]+Δθ四sgn(Δf ss)(12) sgn(Δf ss)= 1,一一一一Δf ss>0 0,一一一一Δf ss=0 -1,一一一Δf ss<0 ì ? í(13) 式中α为相位角调节因子;f(k-1)为上一周期所检测的频率;f g为主电网频率;θ0[k]为附加的相位角偏移量;Δθ为固定相位角增量;Δf ss为上两周期的频率差三 当并网运行时,系统工作在电网电压额定频率处,Δf ss等于0,不引入附加的相位角θ0;当电网断开时,则引入了附加的相位角,从而打破了原来可能存在的平衡工作点三由于正反馈的作用θ0不断增大或减小,θAPS也随之不断地增大或减小,导致频率进一步增大或减小,最终使频率超出正常范围,触发OUF 检测出孤岛三 APS的主要优点是设置了初始相位偏移角,使得能在断网的瞬间触发频率偏移,避免了稳定运行状态的发生,且加速了频率偏移的速度三 APS的主要缺点是很难确保每个稳定运行点都在OUF之外,并且由于只有可能的稳定运行点才加入附加的相位偏移,使得APS的响应较慢,在某些负载下可能会失效三 为了克服APS的缺点,文献[33]提出了一种自 62 适应逻辑APS的孤岛检测方法,该方法同样采用SMS方法中的相位偏移,可叠加新的偏移量,通过前N个周期的平均值来推断实际频率的变化,并通过2 个连续的N/2个周期进行比较,消除了相位偏移三该方法不仅提高了孤岛检测的精度和速度,也提高了输出功率的质量三但文献[34]提出这种自适应逻辑APS不适用于所有的容性负载,因为在容性负载下附加的相位偏移可能起不到减小NDZ和增强扰动的功能三故该文献提出了一种主动移相式的新算法,移相角公式为: θ=kΔf=k(f-f g)(14)式中k为反馈系数,该算法比较简洁,只要反馈系数取得合理,可移最大限度地减小扰动引起的电流畸变,对电能质量的影响小,而且可以满足孤岛检测的要求三 1.3.3一自适应主动频率偏移法(Adaptive Active Fre-quency Shift,AAFS) 为了克服AFDPF算法中导致的谐波问题,文献[35]提出了一种自适应主动频率偏移法,该方法采用直接加入相角的方式来移相的三定义输出电流超前PCC处电压的相角为: θAAFS=θ0四sign(f-f g)+F(Δf)四(f-f g)(15)F(Δf)= n0,一一一一一一一一一一f(k)-f g?0.5 n0+a四Time[Δε(k)<0],f(k)-f g >0.5 { (16)式中θ0为初始相位角;sign(f-f g)为(f-f g)的符号;F(Δf)是一个与频率变化有关的函数;n0为正反馈系数;a为布长因子;Δε(k)为频率变化率的差值;f(k)为第k个周期的电压频率;Time[Δε(k) <0]为|f(k)-f g|>0.5时,Δε(k)<0出现的次数三国家标准GB/T15945-2008[36]规定电网的正常频率偏差允许值为0.2Hz;当功率容量较小时,偏差允许值可以放宽0.5Hz三当电网断开时,AAFS根据孤岛发生后相邻频率的变化情况来自动增加正反馈系数,避免直接采用过大的正反馈系数导致的电网波动,从而降低了引入相位扰动对电能的影响三 AAFS的主要优点是NDZ小,检测速度快和自动移相算法谐波含量低,且在一定程度上降低了主电网正常运行时所引入的扰动对逆变器输出电流的影响三 根据上述描述的检测方法,表3总结了基于相位偏移原理的主动式孤岛检测法的可靠性(检测盲区)二电能质量的高低以及应用场合的比较三 表3一基于相位偏移孤岛检测法的比较 Tab.3一Islanding detection method comparison based on phase offset 检测方法可靠性电能质量应用场合SMS中等,NDZ较大中等,无谐波引入,对功率因数影响小单台或多台光伏逆变器并网APS中等,NDZ较小,效率高中等,无谐波引入,对功率因数影响小单台或多台光伏逆变器并网AAFS中等偏上,NDZ小中等偏上,对功率因数影响很小单台或多台光伏逆变器并网 2一三类检测方法的比较 主动式孤岛检测方法有很多,本文基于电压偏移原理检测法二基于频率偏移原理检测法和基于相位偏移原理检测法三大类分别进行了分析,每类检测方法又有多种方法组成,每种方法都有各自的使用特点和应用场合三针对不同的微网系统和应用场合,就需要合理选择一种孤岛检测的方法或者多种检测方法相结合的手段来达到反孤岛保护的目的三各类方法的特点分析及应用场合总结如表4所示三 表4一三类孤岛检测方法的特点及应用场合 Tab.4一Characteristics and applications of three types of islanding detection methods 检测方法特点应用场合 基于电压偏移不存在NDZ;检测速度很快;检测范围较宽;PQ值受影 响;影响系统的暂态响应和电能质量三 主要应用于单相恒流控制逆变器;检测速度要求较快的场合;若引 入Park坐标变换,可扩展到三相逆变器并网系统三 基于频率偏移没有消除NDZ,但NDZ较小;检测响应时间短;容易实 现,效率较高;引入的谐波会严重影响电能质量三 主要应用于单相电流控制型逆变器并网检测;适合于输出波形质量 要求不高的场合;检测速度要求较快的场合三 基于相位偏移对RLC并联负载存在NDZ;检测效率很高;相位的偏移 使得功率因数不为1;相位偏移对电能质量有影响三 主要应用于单相电流控制型逆变器并网检测;适合于输出波形质量 要求不高的场合; 72 一一目前,研究较多的主动式检测方法主要有:阻抗测量法二Sandia电压偏移法二主动频率偏移法二Sandia 频率偏移法和滑模频率偏移法等三相对于基于电压偏移原理和基于相位偏移原理的检测方法来说,频率的稳定性更好一些,基于频率偏移的检测方法更加地可靠[37]三所以,主动频率偏移法由于检测效率很高,具有易于实现二成本低及实用性强等特点已被广泛讨论,并且得到了实际的应用[37]三还有Sandia 频率偏移法综合了检测方法的有效性二输出电能质量和对电网暂态响应的影响问题,如果配合Sandia 电压偏移法一起使用的话,将会更加有效三 3一孤岛检测方法的研究进展和方向 随着分布式光伏发电越来越广泛的应用,对孤岛检测的研究也越来越受到电网方面的重视三目前,孤岛检测的研究主要集中在孤岛检测方法的研究二孤岛检测有效性评估以及孤岛效应的利用方面[38]三近年来,欧美二德国和日本等国家针对逆变器分布式发电并网系统的孤岛检测方法做了大量的研究,提出的方案均有一定的成效,对后面研究孤岛检测提供了原理上的启示[38]三 在现有的孤岛检测方法中,考虑到孤岛检测系统的可靠性和经济性,主动式孤岛检测法占据了主流三主动式孤岛检测法是为了减小孤岛检测盲区的范围,控制逆变器向系统注入周期性的扰动,然后通过检测注入的扰动造成的影响来判断孤岛的产生,这些扰动一般都是以快速破坏孤岛运行条件为代价的三当系统孤岛运行时,盲区内的孤岛运行的电能质量和电能供应是满足用户和负载需求的三当微网概念提出后,要充分利用孤岛效应,鼓励分布式电源在主电网出现故障时,系统应该继续为用户供电,以减小停电面积,位于检测盲区内的孤岛运行条件是不应该被破坏的,否则会影响电能质量三而目前大多数的主动式检测方法对于微网的孤岛检测都会或多或少地影响电能质量,如何减小或消除孤岛检测中的检测盲区和扰动对电能质量的影响将是主动式孤岛检测研究的重点方向三对现有的孤岛检测方法进行改进,使扰动信号对电能质量的影响程度降到最低三文献[39]针对主动频率偏移法造成电网电能质量过低的问题,对原有算法进行改进,得到了一种对电能质量影响较小的算法,该算法的主要思想是尽可能地减小并网时孤岛检测算法中的截断系数三文献[40]提出了一种间歇性频率扰动正反馈孤岛检测的方法,该方法不仅消除了检测盲区,而且将扰动对电能质量的影响降到了最低,该方法的主要思想是每隔5个工频周期引入一个微小频率扰动,该频率扰动用以打破孤岛后的功率匹配状态三 4一结束语 本文首先介绍了常见主动式孤岛检测方法的基本原理,分析了各种检测方法的优点和缺点以及适用范围,并将其划分为基于电压偏移原理检测法二基于频率偏移原理检测法和基于相位偏移原理检测法三大类分别进行了讨论,总结了每类检测方法的可靠性二对电能质量的影响以及适用场合三 由于主动式孤岛检测法会引入扰动信号,引起电能质量的下降,在以后对主动式孤岛检测法的研究中,应尽量降低引入扰动量造成的谐波污染,减小对电能质量的影响,以实现高效检测并减小或消除检测盲区三主动式孤岛检测方法发展方向为高灵敏度二高准确度二低电网污染度,在单台或多台光伏逆变器并网系统中,可将多种不同原理的主动式孤岛检测法相互配合使用,这样会提高孤岛检测的准确率,这是主动式孤岛检测法发展趋势三 参考文献 [1]黄伟,孙昶辉,吴子平,等.含分布式发电系统的微网技术研究 综述[J].电网技术,2009,33(9):14-18. 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(下转第100页) 92 作者简介 : 王玲(1986 ),女,硕士研究生,主要从事电能质量监测装置的校准及电能质量管理方面的工作三Email:wangling986514@https://www.doczj.com/doc/aa3255627.html,. cn 徐柏榆(1962 ),男,高级工程师,主要从事谐波测量二电力系统滤波及电能质量管理方面的工作三Email:360409837@https://www.doczj.com/doc/aa3255627.html, 李玎(1983 ),女,硕士研究生,主要从事谐波分析二电能质量管理方面的工作三Email:154230324@qq. com 叶李花(1987 ),女,硕士研究生,主要从事电能质 量监测二分析与应用研究方面的工作三Email:yelihua@ceiec https://www.doczj.com/doc/aa3255627.html, 王昕(1977 ),男,硕士研究生,主要从事电能质量监测二分析与管理方面的工作三Email:wangxin@ceiec https://www.doczj.com/doc/aa3255627.html, 裴玉刚(1973 ),男,硕士研究生,主要从事电能质量监测二分析与管理,电能质量问题治理方面的工作三Email:peiyugang@ceiec https://www.doczj.com/doc/aa3255627.html, 收稿日期:2013-03-25;修回日期:2013-09-18 (常会敏一田春雨一编发) (上接第29页) 一一XIAO Long,YANG Guo-hua,BAO Li-fang,et al.Islanding Detec- tion for PV Grid-connected System Based on Improved Slip -mode Frequency Shift [J ].Electrical Measurement &Instrumentation, 2012,49(6):52-56. 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