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光伏并网发电系统孤岛检测技术发表时间：2018-10-22T13:35:17.013Z 来源：《河南电力》2018年9期作者：邵雪瑾[导读] 本文介绍了光伏并网发电系统中的孤岛效应以及影响，分析出出现孤岛现象发生的原因。
（国网宁夏电力公司经济技术研究院宁夏银川市 750002）摘要：本文介绍了光伏并网发电系统中的孤岛效应以及影响，分析出出现孤岛现象发生的原因，并对孤岛检测方法（主动检测法、被动检测法）进行详细的介绍，并提出了结合两种检测方法的一种方案。
关键词：并网发电；孤岛检测引言随着新能源的不断开发和利用，未来将出现更多的由可再生能源组成的分布式供电系统。
分布式供电系统的一个共同特点是，需要通过逆变器将直流电变换成交流电再送到电网上。
正常情况下，这些逆变系统并联在电网上向电网输送有功功率。
但是，当电网处于失电状况（例如大电网停电），这些独立的并网发电系统仍可能持续工作，并与本地负载连接处于独立运行状态，这种现象被称为孤岛（islanding）效应。
从用电安全与用电质量方面考虑，孤岛状况是不允许出现的，由此引出了对孤岛状态进行检测的研究。
国内外专家对此提出了多种不同的研究方法，本文对部分研究方法进行了分析比较，提出主动检测与被动检测相结合的方案，即使用电压与频率的继电器检测方式及相位跳动检测法，而在主动式检测法中，选择输出功率变动方式，进行孤岛效应防治测试。
1孤岛现象发生的原因当太阳能供电的输出功率与负载功率达到平衡时，负载电流会完全由太阳能光伏发电系统提供。
此时，即使电网断电，在太阳能光伏发电系统输出端得电压与频率也不会快速随之产生变化，如此系统便无法正确地判断出电网是否有故障或中断的情形，因而导致孤岛现象的发生。
图2为电力系统图。
当电网端与客户端得公共耦合点PCC的电压与频率超过正常电网电压与频率的最大限制范围时，即会被视为故障发生，并利用输出继电器将逆变器切离负载[6]。
反之，当逆变器产生的有功功率与无功功率正好符合负载功率时，公共耦合点PCC的电压与频率变化量将不会很明显，可能会落在电网所容许的最大限制范围内，如此讨论电网断路器处于关闭及打开的情况下，由于有功功率和无功功率不同，所造成太阳能光伏发电系统上的影响。
光伏并网孤岛效应的检测与分析摘要：目前，分布式发电系统发展的规模口益扩大，更多的分布式光伏并网发电系统接入到公共电网的同时，出现孤岛效应的几率也随之增加。
孤岛效应的产生不仅给分布式发电设备带来危害，而且影响了电能的质量，所以要求能够准确且快速的检出孤岛效应现象。
关键词：孤岛效应；主动频率；负载功率1.引言孤岛效应的检测一般是通过监控并网系统输出端电压的幅值和频率来实现的。
当电网断开时，由于并网系统的输出功率和负载功率之间的差异会引起并网系统输出电压的幅值或频率发生较大的改变，这样通过监控系统输出的电压就可以很方便地检测出孤岛效应。
然而，当负载消耗的功率与光伏系统相匹配的时候，通过这种被动的检测方法就会变得困难。
该项目提出来周期性双向扰动主动频率偏移法无论是感性负荷还是容性负荷或者负载消耗的功率与光伏系统相匹匹配时的孤岛效应检测技术难题。
有效的控制了光伏系统发生孤岛效应时，给相关的设备和维护人员带来的危险。
2.孤岛效应检测方法的分析与选择孤岛是一种电气现象，发生在一部分的电网和主电网断开，而这部分电网完全由光伏系统来供电。
因为孤岛会损害公众和电力公司维修人员的安全和供电的质量，在自动或手动重新闭合供电开关向孤岛电网重新供电时有可能损坏设备。
逆变器通常会带有被动式防止孤岛效应装置。
对于平衡负载很好条件下通电和重新通电两种情况下的孤岛防止还不够充分，所以必须结合主动技术，主动技术是基于样本频率的移位、流过电流的阻抗监测、相位跳跃和谐波的监控、正反馈方法、或对不稳定电流和相位的控制器基础上的。
该研究项目解决了无论是感性负荷还是容性负荷或者负载消耗的功率与光伏系统相匹匹配时的孤岛效应检测技术难题。
安全可靠的保证电力光伏发电设备和财产损失，提高电力系统的服务信誉，可有效维护社会稳定和电网安全。
3.周期性双向扰动主动频率偏移法基本原理正反馈的主动频率偏移法是对对公共耦合点的频率运用了正反馈，提高了孤岛检测的速度。
孤岛现象检测方法孤岛现象的检测方法根据技术特点，可以分为三大类：被动检测方法、主动检测方法和开关状态监测方法(基于通讯的方法)。
一、被动检测方法被动式方法利用电网断电时逆变器输出端电压、频率、相位或谐波的变化进行孤岛效应检测。
但当光伏系统输出功率与局部负载功率平衡，则被动式检测方法将失去孤岛效应检测能力，存在较大的非检测区域(Non-Detection Zone，简称NDZ)。
并网逆变器的被动式反孤岛方案不需要增加硬件电路，也不需要单独的保护继电器。
1)过/欠压和高/低频率检测法过/欠电压和高/低频率检测法是在公共耦合点的电压幅值和频率超过正常范围时，停止逆变器并网运行的一种检测方法。
逆变器工作时，电压、频率的工作范围要合理设置，允许电网电压和频率的正常波动，一般对220V/50Hz电网，电压和频率的工作范围分别为194V≤V≤242V、49.5Hz≤f≤50.5Hz。
如果电压或频率偏移达到孤岛检测设定阀值，则可检测到孤岛发生。
然而当逆变器所带的本地负荷与其输出功率接近于匹配时，则电压和频率的偏移将非常小甚至为零，因此该方法存在非检测区。
这种方法的经济性较好，但由于非检测区较大，所以单独使用OVR/UVR和OFR/UFR 孤岛检测是不够的。
2)电压谐波检测法电压谐波检测法(Harmonic Hetection)通过检测并网逆变器的输出电压的总谐波失真(totalharmonic distortion-THD)是否越限来防止孤岛现象的发生，这种方法依据工作分支电网功率变压器的非线性原理。
如图4-2，发电系统并网工作时，其输出电流谐波将通过公共耦合点a点流入电网。
由于电网的网络阻抗很小，因此a点电压的总谐波畸变率通常较低，一般此时Va的THD总是低于阈值(一般要求并网逆变器的THD小于额定电流的5%)。
当电网断开时，由于负载阻抗通常要比电网阻抗大得多，因此a点电压(谐波电流与负载阻抗的乘积)将产生很大的谐波，通过检测电压谐波或谐波的变化就能有效地检测到孤岛效应的发生。
摘 要我国能源消耗主要依赖于传统化石能源，近年来随着社会经济的持续发展，我国化石能源危机和环境问题日趋严峻，改变我国能源产业结构，开发和利用新能源迫在眉睫。
由于太阳能资源具有清洁无污染、安全可靠、运行经济以及取之不尽用之不竭等优点，决定了其在能源更替中具有不可取代的地位。
以光伏发电技术为代表的新能源发电技术越来越受到国际社会的广泛关注。
在光伏发电系统中，分布式发电系统具有十分重要的地位，分布式电源为电网和本地负载提供能量。
随着越来越多的分布式光伏发电系统应用于能源产业，许多潜在的电网保护问题逐渐引起了人们的重视，其中难点之一就是如何检测出孤岛效应。
孤岛效应会导致电能质量严重受损、电气设备损害以及对运行检修工作者的安全造成威胁，因此应该避免孤岛现象的发生。
通过相关反孤岛设备实时监测系统运行情况，在孤岛发生时检测出孤岛运行状态并触发孤岛保护装置，使光伏并网逆变器尽快与主电网切离以避免上述的危害。
本文以三相光伏并网逆变器为研究对象，对系统中存在的孤岛效应检测问题进行研究，讨论了相关参数对孤岛检测盲区分布的影响，并根据现有反孤岛策略存在的不足，提出一种改进的基于无功功率扰动的孤岛检测算法。
本文阐述了孤岛效应的研究背景、成因以及危害，分析了当前孤岛检测技术的研究现状。
基于逆变器恒功率控制策略对三相光伏并网逆变器进行建模，实现有功/无功功率的灵活控制，为后续所提孤岛检测算法的研究奠定基础。
本文研究分析了孤岛效应发生机理，对几种常见的孤岛检测方法如远程检测法、无源检测法和有源检测法进行对比分析。
与此同时，本文介绍了孤岛检测盲区相关描述方法，并采用f 0norm Q C 描述法对常见反孤岛策略的盲区进行了描述，分析了相关参数对盲区分布的影响，并基于所参与科研项目对现有盲区评估标准提出了几点改进建议。
基于对常见孤岛检测算法及其盲区的分析与研究，本文阐述了基于无功功率扰动反孤岛策略的优越性，并对其基本原理进行了分析。
光伏并网发电系统孤岛检测技术作者：丁振江来源：《科学与财富》2018年第25期摘要：在进行大规模的光伏并网发电系统建设时，合理的运用孤岛检测技术是光伏并网发电系统正常运行的重要保障。
本文主要以进行并网发电后发生的孤岛效对人们正常的生产生活造成的不良影响为例，阐述了孤岛效应的发生原因，并使用无源检测等多种检测方法解决孤岛效应，对每一种检测方法的优缺点，检测盲区，检测范围进行论述，在不破坏光伏并网发电系统正常运行的基础之上，能够有效的避免检测盲区，扩大检测范围，利用孤岛检测技术对光伏并网发电系统进行检测。
关键词：光伏系统；并网发电；孤岛检测；盲区；并网逆变器一、孤岛效应及发生原因随着人类生活水平的日益提高，人们对各种资源的需求急剧增加，那么如何在正常的电力供给结构基础之上提高供电量是电力发展的一个重要议题，全世界的目光集中在了可再生能能源的开发上，取之不尽用之不竭的太阳能成了炙手可热的开发热点，也由此产生了太阳能光伏发电技术，将太阳能光伏发电系统并入到电网系统上，从而提高发电量和发电效率，在这种供电模式下，如何在太阳能光伏发电系统并入电力系统后对电力系统进行保护，也由此产生了在电力供给系统行业的代名词“孤岛效应”[1]。
孤岛效应产生的前提是，电力供给系统由于天气条件的原因或者是一些电路故障等一些外部因素的客观条件的影响，从而导致了电力供给系统向用户中断了电力供应，但并入到电力系统的光伏发电系统仍然运转，向用户持续供电，这样就在电力中断的这个区域形成了孤岛，电力系统无法对这一用电区域进行控制，这一断电区域长时间没有在电力系统的控制范围内对电路的电压和频率进行调节，就会使断电区域的电力系统处于孤岛运行状态，导致用户的负载用电设备没有在额定功率下工作，对用户用电设备造成永久性的损坏，甚至会发生短路，产生电弧，对用户或者是电力维修人员的人身安全造成了威胁。
所以在电力系统发生产生孤岛效应时，快速的对孤岛进行检测和维修，是现代电力系统安全运行的主要保障。
逆变器孤岛检测方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以如下所示：引言部分将对逆变器孤岛检测方法进行概述。
逆变器孤岛现象是指在电力系统中，当主电力断开时，逆变器仍然将电能注入到局部负载中，导致系统形成一个孤岛。
这种孤岛现象对电网安全稳定运行产生了极大的威胁，并可能对逆变器本身造成损坏。
为了解决逆变器孤岛问题，许多研究人员提出了各种孤岛检测方法。
逆变器孤岛检测方法旨在及时准确地检测出孤岛现象的发生，以便采取相应的保护措施防止损害。
这些检测方法可以分为主动式和被动式两类。
主动式孤岛检测方法通过在逆变器输出端采用一些特殊的电路或技术来监测电力系统的运行状态。
这些方法一般会引入一些干预措施以打破孤岛，例如改变同步信号频率或电压等，以实现快速检测和保护。
另一方面，被动式孤岛检测方法则在逆变器输出端不做主动的干预，而是通过检测电力系统的运行参数来判断是否存在孤岛现象。
这些参数包括电压、频率、相位等，当这些参数发生异常或超过设定的范围时，被动式孤岛检测方法将立即发出告警并采取相应的措施。
综上所述，逆变器孤岛检测方法在保障电网安全和逆变器自身安全方面具有重要意义。
本文将对几种常用的逆变器孤岛检测方法进行详细介绍，并对其优缺点进行分析和比较。
通过深入研究和了解这些方法，有助于进一步提高逆变器孤岛检测的准确性和可靠性，保障电力系统的稳定运行。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将以逆变器孤岛检测方法为研究对象，探讨孤岛现象及其危害，并详细介绍目前常用的逆变器孤岛检测方法。
文章的结构如下：第二章为正文部分，将首先介绍孤岛现象及其危害。
在电力系统中，逆变器可能会产生孤岛现象，即在断开与电力系统连接的情况下仍然运行，这可能会对电网造成安全隐患和能源浪费。
我们将深入探讨孤岛现象的原理和危害，以增加对该问题的理解。
接着，在第二章的后半部分，我们将介绍逆变器孤岛检测方法。
当前存在多种方法用于检测逆变器孤岛现象，其中包括被动和主动两种类型。
目录摘要 (III)关键词 (III)Abstract (IV)Key Words (IIV)第一章绪论 (1)1.1选题背景及意义 (1)1.2光伏并网研究现状 (2)国外光伏发电现状 (2)国内光伏发电现状 (2)1.3光伏并网发电孤岛效应问题 (2)孤岛现象的定义 (2)孤岛现象的危害 (3)第二章孤岛检测的检测 (4)2.1孤岛检测的检测标准 (4)2.2孤岛检测的检测方法 (4)远程技术 (4)本地技术 (4)2.3各种检测方法的比较 (5)第三章基于光伏并网控制的孤岛检测 (8)3.1光伏并网发电系统 (8)3.2孤岛检测 (10)法的基本原理 (10)检测结构 (11)3.3 AFD仿真 (12)流程图 (12)仿真搭建 (13)仿真结果 (14)第四章总结与展望 (15)4.1本文工作总结 (16)4.2展望 (16)参考文献 (18)致谢 (19)摘要随着能源问题的日益突出和环境问题的依然严重，新能源的开发和利用愈发受到各国政府的重视，光伏发电是很有潜力的未来能源，绿色环保，被越来越广泛的应用。
而光伏并网发电模式凭借其独特的优点——低耗高能，逐渐被推广使用。
但是不得不提的是，在并网运行模式下，电网断电造成的孤岛效应会对并网各部分设备以及人们的生命安全都构成危险，所以，在电网发生故障的时候，能及时并且准确地检测出孤岛效应就显得尤为重要。
本文主要是在光伏并网系统的基础上进行研究，介绍了孤岛的危害，并要及时地监测它是否出现，而且要在它出现时，切断跟电网的联系。
孤岛监测大致有这两类——被动和主动监测，而前一种方法相较于后一种来说，盲区较大，因此，本文采用的是主动检测中的主动移频法（AFD），最后用Matlab仿真来验证，AFD检测法能在电网出现故障的时候，及时地检测出孤岛效应，切断与电网的连接，防止事故的发生。
关键词：光伏发电，并网，孤岛检测Island Detection Based on Photovoltaic Grid Connected Generation SystemAbstractWith the energy issues have become increasingly prominent, the environmental problems are still serious, new energy development and utilization is increasingly the attention of governments, photovoltaic power generation is a potential future energy, green environmental protection is more and more widely used.And photovoltaic power generation mode with its unique advantages: low energy consumption, has been popularized gradually. But have to mention is that in grid connected operation mode, the islanding power off caused by the will of grid connected various parts of the equipment and people's life safety is dangerous, so when the fault occurs in the power network, timely and accurately detect islanding is particularly important.This paper is mainly based on the grid connected photovoltaic system, introduces the harm of the isolated island, and to monitor it in time, and to cut off the contact with the power grid when it appears. Island monitoring generally in these two types of passive and active monitoring, and the former a method is compared with a, blind area is larger, therefore, the is active in the detection of active shift frequency method (AFD), finally used Matlab simulation to verify, the AFD method to fault occurs in the power grid, timely detected islanding, cut off connection to the grid, to prevent the accident occurrence.Key Words: photovoltaic power generation, grid connected,island detection第一章绪论1.1选题背景及意义能源是一个国家经济不断发展的基本动力。
光伏并网发电系统中的孤岛检测光伏系统孤岛检测并网发电检测盲区1引言面对世界性的能源短缺的现实状况及能源的可持续发展对当今社会的突出影响，光伏并网发电作为新型环保方式之一，越来越受人们的重视，而孤岛效应是光伏并网发电系统中普遍存在的一个问题。
所谓孤岛效应是指当电网由于电气故障、误操作或自然因素等原因中断供电时，各个用户端的太阳能发电系统未能及时检测出停电状态将自身脱离电网，则太阳能发电系统和负载形成一个公共电网系统无法控制的自给供电孤岛。
光伏并网发电系统处于孤岛运行状态时会产生严重的后果：(1)导致孤岛区域的供电电压和频率不稳定；(2)影响配电系统的保护开关动作程序；(3)光伏并网系统在孤岛状态下单相供电，引起本地三相负载的欠相供电问题；(4)电网恢复供电时由于相位不同步导致的冲击电流可能损坏并网逆变器；(5)可能导致电网维护人员在认为已断电时接触孤岛供电线路，引起触电危险。
所以，当电网停电后，必须立刻中止系统对电网的供电，防止孤岛效应的发生。
研究孤岛检测方法和保护措施，对将孤岛产生的危害降至最低具有十分重要的现实。
2孤岛效应的检测标准孤岛现象的巨大危害使得并网发电系统必须要具备反孤岛的功能，IEEE Std. 929-2000规定了相应的反孤岛检测标准，它给出了并网逆变器在电网断电后检测到孤岛现象并使并网逆变器与电网断开的时间限制。
相应的我们国家也根据IEEE的相关标准制定了我国的检测标准，GB/T 15945-2008规定电力系统正常运行条件下频率偏差限值为±0.2Hz，当系统容量较小时，偏差限值可以放宽至±0.5Hz。
GB/T 19939-2005规定并网后的频率偏差值若超过±0.5Hz范围时过/欠频保护应在0.2s内动作，使并网系统与电网断开，相应的系统对检测到异常电压时所做出的反应时间如附表所示，同时还规定在电网的电压和频率恢复到正常范围后的20s~5min，并网系统不影响电网送电。
光伏逆变器孤岛检测方法
1. 被动式孤岛检测方法：
- 电压相位突变检测法：通过检测电网电压相位的变化来判断孤岛现象。
当电网断开时，电压相位会发生突变，逆变器可以检测到这种变化并及时停止供电。
- 频率偏移检测法：通过检测电网频率的变化来判断孤岛现象。
当电网断开时，频率会发生偏移，逆变器可以检测到这种偏移并及时停止供电。
- 电压幅值突变检测法：通过检测电网电压幅值的变化来判断孤岛现象。
当电网断开时，电压幅值会发生突变，逆变器可以检测到这种变化并及时停止供电。
2. 主动式孤岛检测方法：
- 插入阻抗检测法：逆变器在电网断开后主动向电网中注入一个小的无功电流，通过检测电网的阻抗变化来判断孤岛现象。
- 滑膜频率偏移检测法：通过控制逆变器输出电流的频率，使其在电网断开后发生滑膜现象，从而检测孤岛现象。
- 相位跳变检测法：通过控制逆变器输出电流的相位，使其在电网断开后发生跳变，从而检测孤岛现象。
第２４卷第ｌ期２００９年３月电力科学与技术学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＥＬＥＣＴＲＩＣＶ０１．２４Ｎｏ．１ＰＯＷＥＲＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＭａｒ．２００９光伏并网逆变器的孤岛检测技术刘方锐，康勇，张宇（华中科技大学电气与电子工程学院。
湖北武汉４３００７４）摘要：以光伏逆变器为代表的各种并网逆变器通常要求具备孤岛检测功能．被动式的孤岛检测方法存在较大孤岛检测盲区．主动检测法提高了孤岛检测的可靠性，但其在并网逆变器的输出中施加了扰动，影响了并网电能质量．重点分析移频与移相主动孤岛检测算法的工作原理及参数选取原则，并给出相关的参数优化建议，同时探讨多并网逆变器运行时的孤岛检测有效特性，为光伏并网逆变器的孤岛检测设计提供参考．关键词：光伏；并网逆变器；孤岛检测中图分类号：ＴＭ６１５文献标识码：Ａ文章编号：１６７３－９１４０（２００９）０１－０００８－０４ＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｉｓｌａｎｄｉｎｇｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｆｏｒＰＶｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓＬＩＵＦａｎｇ・ｒｕｉ，ＫＡＮＧＹｏｎｇ，ＺＨＡＮＧＹｕ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｓｌａｎｄｉｎｇｄｅｔｅｃｔｉｏｎｉｓ卸ｅｓｓｅｎｔｉａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｆｏｒｍｏｓｔ鲥ｄ—ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙＰＶｎｏｎｅｇｒｉｄ—ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｃｏｎｖｅｎｅｒｓ．Ｔｈｅｐａｓｓｉｖｅｉｓｌａｎｄｉｎｇｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｈａｖｅｌａｒｇｅａｃｔｉｖｅｉｓｌａｎｄｉｎｇｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｄｕｃｅｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓａｒｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｚｏｎｅ．Ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｂｉｌｉｔｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｙｉｎｔｒｏ－ｏｕｔｐｕｔ，ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｎｇｔｏｐｏｏｒｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｓｅｌｅｃｔｉｏｎｒｕｌｅｓｆｏｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｈｉｆｔａｎｄｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｉｓｌａｎｄｉｎｇｄｅｔｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．Ｔｈｅａｌｇｏｒｉｓｍｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｍｕｌｔｉ—ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｏｐｅｒａｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ．ａｒｅａｌｓｏｉｎｖｅｓｔｉｇａ—ｔｅｄ．ＩｔｐｒｏｖｉｄｅｓｂａｓｉｃｉｓｌａｎｄｉｎｇｄｅｔｅｃｔｉｏｎｇｕｉｄａｎｃｅｆｏｒＰＶｇｒｉｄ—ｃｏｎｎｅｃｔｅｄＫｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＶ；酣ｄ—ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｉｓｌａｎｄｉｎｇｄｅｔｅｃｔｉｏｎ随着分布式发电技术的迅速发展，越来越多的可再生能源（如太阳能、风能、生物质能和燃料电池）被转化为电能后通过并网逆变器输送到电网．收稿日期：２００９－０２－２８基金项目：国家自然科学基金（５０８７７０３２）并网逆变器通常要求具备孤岛检测功能‘卜引．并网逆变器的孤岛现象是指电网因故中断供电时逆变器仍向电网传输电能，和本地负载形成一个公共电网作者简介：刘方锐（１９８１一），男．博士．讲师，主要从事分布式发电与新能源利用研究通讯作者：康勇．男，博士，教授，博士生导师；Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｋａｎｇ＠ｍａｉｌ．ｂｕｓｔ．ｅｄｕ．ＳＥｔ万方数据第２４卷第１期刘方锐．等：光伏并网逆变器的孤岛检测技术９系统所无法控制的自给供电孤岛¨】．该现象的发生会威胁到电网维修人员的安全，影响配电系统的保护开关动作程序，在重合闸时可能对用电设备造成损坏等．在并网逆变器的孤岛检测中，仅依靠被动式检测方法检测逆变器与电网问的公共点处电压的异常现象（如过／欠压、Ｅｔ／欠频），则容易漏检。
多采用被动与主动相结合的方法以减小检测盲区．然而主动检测法需对逆变器的输出施加扰动，影响了并网电能质量．因此，对主动检测法提出较高的标准，要求检测效果好且对电网产生的不良影响小．本文重点分析了移频法与移相法的孤岛检测工作原理与参数选取方法，并探讨了这类方法在多机工作运行下的特性，为光伏并网逆变器的孤岛设计提供了理论指导．１孤岛检测概述ＩＥＥＥＳｔｄ．２０００—９２９…规定对于有功功率失配度在５０％以内且本地负载（品质因数不超过２．５）功率因数大于０．９５时，并网逆变器应在２ｓ内检测出孤岛并停止供电．《光伏系统并网技术要求》（ＧＢ／Ｔ１９９３９—２００５）睢’也规定防孤岛效应保护应在２ｓ内动作，将光伏系统与电网断开．同时也规定电网接口的电压幅值在额定值的８５％一１１０％之外或频率在额定值的９９％一１０１％之外时，光伏并网逆变器应与电网断开．当并网逆变器所发出的功率与本地的负载较匹配时，电网中断供电后系统的频率与电压幅值变化较小，仍在正常运行范围内．为此，并网逆变器在被动防孤岛的基础上再配置主动防孤岛保护，以提高孤岛检测的可靠性．主动孤岛检测法通过施加扰动以判断是否发生孤岛Ｈ】，主要作用方式是：１）检测电网断电前后系统阻抗的异常变化‘３’５１；２）将系统的频率或电压拉出正常工作范围【３’６“２Ｊ．前面一种方式被称为阻抗检测法，虽然检测效果较理想，但是对逆变器的硬件配置要求较高，同时实现复杂．仅少数国家如德国要求光伏并网逆变器必须具备该孤岛检测方式．后一种方式所对应的孤岛检测法有有／无功功率扰动法、输出电压正反馈法、移频法和移相法等．对比频率与电压的正常工作范围，将系统的频率拉出正常工作范围是一种更万方数据为有效的途径．因此，移频法与移相法在研究与应用中受到更多的重视．２主动孤岛检测法的运行特性随着分布式发电技术的发展，并网逆变器被广泛运用．在一个局部区域内带有不同主动孤岛检测技术的并网逆变器不可避免的会并联运行．目前，主动孤岛检测技术的研究主要侧重于单台逆变器，其在多机运行下的特性也显得尤为重要．２．１移频法的工作原理移频法主要有主动移频法∞１（ａｃｔｉｖｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｒｉｆｔ，ＡＦＤ）和带正反馈的主动移频法口’６’１叫（ａｃｔｉｖｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｒｉｆｔｗｉｔｈｐｏｓｉｔｉｖｅｆｅｅｄｂａｃｋ，ＡＦＤＰＦ）．ＡＦＤ通过将公共点处电压的频率值进行偏移后作为逆变器输出电流的参考频率来进行孤岛检测，该偏移量为固定值．图ｌ给出了采用ＡＦＤ时并网逆变器输出参考电流及公共点电压波形．当输出电流变为零时将保持一段时间ｔ：直至下半个周期开始．将截断系数旷定义为电流过零点超前（或滞后）电压过零点的时间间隔ｔ：与电压周期ｎ一半的比值．该方法在实际应用中产生的谐波电流较大．通常矿取值为正，使系统仅向频率增加的方向偏移，因而检测盲区较大．图１公共点电压Ｖｐｅｅ与逆变器电流ｉ（ｉｔ为基波）Ｆｉｇｕｒｅ１ＶｏｌｔａｇｅｏｆＰＣＣａｎｄｉｎｖｅｒｔｅｒｏｕｔｐｕｔｇｕｒｒｅｎｔＡＦＤＰＦ在ＡＦＤ的基础上引入频率正反馈加速公共点电压的频率偏离正常值，使检测盲区进一步减小．引入频率正反馈后的截断系数口・钊可表示为ｃｆ＝ｏｆ０＋ｋ（ｆ－ｆ，、．（１）式中舐为无频率误差下的截断系数（即初始截断系数）；后为反馈增益，与正分别为公共点电压频率与电网额定频率。
一旦电网断电后，公共点的电压频率会因为电流中引入的频率偏移量而加速变化，直至频率保护继电器动作．该方法在逆变器输出电流中引１０电力科学与技术学报２００９年３月人的相角与逆变器电流（忽略谐波分量）分别为以巾盯：下ｔｏｔｓ：竿：堑牡．（２）ｉ＾阳肺＝，＾ＦＤＰＦｓｉｎ（ｔｏｔ＋０＾ｍ阡）．（３）ＡＦＤＰＦ的扰动虽然直接作用于输出电流频率，其本质上是在电流与电压间施加相位扰动来检测孤岛．由式（２）可知，ＡＦＤＰＦ既可使系统向频率增加的方向偏移也可向频率减小的方向偏移，主要取决于本地负载的谐振频率．当其与电网额定频率一致时，电网断电时刻频率正反馈所产生的相位扰动为零．矾的作用正是产生初始相位扰动以有效触发频率正反馈的动作，取一个较小值即可．２．２移相法的工作原理移相法主要有滑动移相法一１（Ｓｌｉｐ—ｍｏｄｅｆｒｅ．ｑｕｅｎｅｙｓｈｉｆｔ，ＳＭＳ）与自动移相法（ａｕｔｏｐｈａｓｅｓｈｉｆｔ，ＡＰＳ）１３．１１１．ＳＭＳ是对逆变器输出电流相位进行扰动，电流的相角被设置为上个周期公共点电压的频率与额定频率的函数．逆变器输出参考电流可表示为【３－１１】Ｉ。
Ｓ鹇＝ＩｓＭｓｓｉｎ（２百ｆｉ＋０ｓ雌）．（４）引入的电流相位扰动量为口ｓ惦２丽２儡ｒ＂ｉｎ（詈‘五ｆ－一ｆ抄ｓ（５）式中０。
为最大相角偏移（单位为ｏ）以为产生该相角时的频率．自动移相法是在滑动移相法的基础上进行了改进，加快了在电网断电后的相位偏移量，但是算法稍复杂，系统参数较多．依据ＡＦＤＰＦ的工作原理，滑动移相法同样可以采用线性的频率正反馈加以简化（ＩＭ－ＳＭＳ）如式（６），同时引入初始附加相角以出发频率正反馈的有效动作．０阱。
Ｍｓ＝ｎ（ｆ一‘）＋，Ｕ一正）・００．（６）式中ｎ为反馈增益；吼为常数．当厂一五≥ｏ时，，Ｕ一‘）为ｌ；当，一‘＜ｏ时，Ｆ（厂一‘）为一１．２．３参数选取原则在带频率正反馈的移频和移相法中，反馈增益参数（ｋｓｎ）选取越大则扰动越大，孤岛检测的可靠性越高，但对并网质量的影响越大．通常要求该参数尽量小，既能保证孤岛检测有效性又同时具有较高并网电能质量．并联ＲＬＣ负载的参数设置灵活，在研究与测试孤岛检测性能时常被用来模拟本地负载．定义并联万方数据ＲＬＣ负载的电流超前电压的相角为‘１０Ｊ２】‰＝ｔａｎ—１只（∞ｃ一击）ｌ＝ｔａｎ。
１【Ｑ，（丢一争）】．（７）式中二与Ｑ，为分别为负载的谐振频率与品质因数．并网逆变器多采用并网电流直接控制模式，工作在近似单位功率因数下．当本地ＲＬＣ负载的谐振频率为５０Ｈｚ且所需有功与并网逆变器的输出相匹配时，电网断电后本地系统的电压幅值与频率无变化，代表了检测孤岛最难的情况．因此，要求在此最恶劣的工况下该孤岛方法能准确检测出孤岛，则必须满足逆变器的电流相角比并联ＲＬＣ负载的相角增加得更快¨钆１２１．从而在ｆ＝ｆｏ＝五时，满足：孥ｋ孰，可忙≤苛｜，＝，㈣¨７式中以为移频法或移相法中电流超前电压的相角．由式（８）即可求出反馈参数的最小取值．在满足该最小取值的基础上还可以对算法进一步改进，如改变反馈增益参数．当系统频率与额定频率在一较小范围时，取满足式（８）的最小频率反馈增益，在市电存在时算法产生的扰动较小，对并网质量影响较小．一旦频率之差超过预先设定范围时，表明孤岛存在的可能性偏大，可增加该反馈增益以加速系统偏离正常范围．２．４多机运行下的特性分析当带频率正反馈的移频逆变器与带频率正反馈的移相逆变器在一起工作时，逆变器的总电流相角总是介于单台逆变器的相角之间．由于这些算法的电流相角均由频率正反馈所决定，则合成相角的变化方向与单台逆变器相角随系统频率的变化方向一致．只要逆变器在单机工作时满足孤岛检测要求，则在多机工作时也能满足检测要求．图２—４给出了多机运行下的孤岛检测过程．其中图２为２台ＡＦＤＰＦ逆变器的工作过程．图３为２台ＩＭ—ＳＭＳ逆变器的工作过程．图４为ｌ台ＡＦＤＰＦ逆变器和ｌ台ＩＭ—ＳＭＳ逆变器的工作过程．本地负载的谐振频率为５０Ｈｚ，品质因数为２．５５，由于多机系统的有功与负载所需有功较匹配，电网断电前后系统的电压变化较小．ＡＦＤＰＦ与ＩＭ．ＳＭＳ算法是按式（８）设计，在单台工作时能满足要求，其在多机下也同样能检测出孤岛．第２４卷第１期刘方锐，等：光伏并网逆变器的孤岛检测技术ｌｌ…㈣¨“欠频保护瓣揪１７２’‘。
