并网逆变器的孤岛效应与检测方法

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。

逆变器孤岛检测方法全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：随着太阳能光伏发电系统的快速发展，逆变器作为将直流电转换为交流电的核心设备，扮演着至关重要的角色。

由于电力系统中可能存在的各种故障，逆变器孤岛问题成为了影响发电系统稳定性和安全性的重要因素之一。

逆变器孤岛检测方法的研究和实施对于确保太阳能光伏发电系统的稳定性和安全运行至关重要。

一、逆变器孤岛检测方法的意义逆变器孤岛是指发电系统在断开与主电网连接的情况下，由于逆变器的存在而形成的一个孤岛状态。

如果不及时检测和处理，逆变器孤岛会导致多个问题，如逆变器过载、电网波动、设备损坏、甚至对电网造成严重影响等。

逆变器孤岛检测方法的研究和应用对于发电系统的正常运行至关重要。

1. 电压频率漂移法：通过监测逆变器输出端的电压频率，并与主电网的标准电压频率进行比对，来判断是否存在孤岛状态。

2. 差动电流检测法：通过监测逆变器输出端的差动电流，当差动电流超过设定阈值时，认为存在孤岛状态。

5. 逆变器内部参数监测法：通过监测逆变器内部的参数变化，如电流、电压、功率等，来判断是否存在孤岛状态。

以上是常见的逆变器孤岛检测方法，不同的方法适用于不同的场景和系统，可以根据实际情况进行选择和应用。

以某地某太阳能光伏发电系统为例，通过部署电压频率漂移法和差动电流检测法，成功检测出了逆变器孤岛问题。

在监测到孤岛状态后，系统自动切断逆变器与主电网的连接，有效避免了孤岛状态可能引发的问题，保证了系统的安全和稳定运行。

随着太阳能光伏发电系统的不断发展和应用，逆变器孤岛检测方法也将不断完善和提高。

未来，可以通过人工智能技术、大数据分析、云计算等先进技术，进一步提高逆变器孤岛检测方法的准确性和可靠性，为发电系统的稳定和安全提供更好的保障。

逆变器孤岛检测方法是保障太阳能光伏发电系统稳定性和安全性的重要环节。

通过不断研究和应用逆变器孤岛检测方法，可以有效预防和解决逆变器孤岛问题，确保发电系统的正常运行，为可再生能源发展和电力系统安全提供有力支持。

摘要：介绍孤岛产生原理及其带来的不利影响，简要分析传统的被动式和主动式孤岛检测方法。

针对在孤岛检测中采用的各种策略，进行了比较分析，提出功率扰动方法，并进行了实验验证。

实验结果表明，采用该算法的光伏逆变器满足IEEE Std. 2000-929标准，并验证了提出的孤岛检测方法的有效性。

关键词：光伏系统；孤岛检测；过/欠电压；并网逆变器1前言光伏发电技术已经成为全球增长速度最快的高新技术产业之一。

光伏并网系统通过逆变器直接将直流电变换成交流电送至电网，需要有各种完善的保护措施。

除了通常的电流、电压和频率监测保护外，还需要考虑一种特殊的故障状态，即孤岛效应。

所谓孤岛，具体到光伏并网逆变系统的情况，可以作如下定义：电网由于电气故障、人为或者自然等原因中断供电时，光伏并网系统未能及时检测出停电状态并脱离电网，使该系统和周围的负载组成一个不受电力公司掌控的自给供电孤岛的情况。

太阳能并网系统处于孤岛运行状态时会产生如下严重后果：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。

由此可见，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。

在实际工程中，由于主动式孤岛检测会引入一些功率扰动量，使得系统输出电能质量下降。

为了保证电能质量，本文重点提出一种新的孤岛检测方法，具有快速有效的孤岛检测和对电能质量无影响等特点。

2光伏发电系统孤岛检测方法2.1光伏发电系统孤岛检测基本原理孤岛检测方法一般可以分为被动式（无源）和主动式（有源）两类。

主动式方法有过/欠/压检测、高/低频检测、相位突变检测和电压谐波检测三种检测方法。

而被动式检测法通过观测其电网节点的电压，频率以及相位的变化来判断有无孤岛效应的发生。

1.IEEE Std 929-2000孤岛最大检测时间限制.IEEE标准还以性能为基础，定义了“无孤岛”逆变器：当向下列两种典型负载中的任一种供电时，能够在10个电网周期内检测出孤岛状态并停止供电的并网逆变器：a)负载有功与并网逆变器有功输出存在至少50%的差别（即有功负载小于并网逆变器输出有功的50%或大于其150%）；b)孤岛负载的功率因数小于0.95（超前或滞后）；除上述两种负载情况外，如果负载有功与并网逆变器输出有功的比值在50%到150%之间，且功率因数大于0.95，那么在孤岛负载的品质因数Qf小于或等于2.5时，具有反孤岛功能的并网逆变器也应该能在2s内检测出孤岛状态并停止向输电线路供电。

2孤岛测试电路IEEE Std 929-2000给出了一套标准的测试方法。

测试电路主要由电网，RLC负载和并网逆变器以及电网隔离开关组成。

检测点在电网隔离开关和负载开关之间，其中在选择RLC 参数时牵涉到电路品质因数Q值的选取问题，因为高Q值使电路有朝着并保持于谐振频率处工作的趋势。

在使用频率扰动反孤岛检测时,Q值越高，频率漂移的困难越大。

因此在进行反孤岛测试时，太小或太大的Q值都是不实际和不可取的。

IEEE Std 929工作组成员和十几位电网工程师经过讨论认为选取Qf=2.5符合电网的实际情况。

图2-1为基于逆变器的孤岛效应测试电路图，当电网隔离开关断开时，发电系统处于孤岛状态。

3.孤岛测试流程及方法测试流程基于如图2-1所示的测试电路，IEEE Std 929-2000中给出了对频率和电压保护功能的测试流程：（1）将并网逆变器输出连接到一个模拟的电网环境中，该电网环境可以吸收逆变器发出的能量（频率和电压限制测试中不需要逆变器处于满负荷运行状态）；（2）调整模拟电网的电压幅值和频率，验证并网逆变器正常情况下具有输出有功功率的功能；（3）升高或降低模拟电网的电压幅值，逐一验证表2-1中给出的电压波动情况下的响应时间；（4）以不超过0.5Hz∕s的速率升高或降低模拟电网的频率，验证表2-1中给出的频率波动情况下的响应时间；（5）在与模拟电网断开后，储存当前并网逆变器的输出频率和电压，验证：a.对逆变器进行手动复位不改变其与模拟电网的断开状态；b.具有自动复位功能的逆变器能保持其与模拟电网的断开状态，直到电网的频率和电压恢复正常5分钟后。

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。

关于并网逆变器孤岛效应保护和低电压穿越的判断依据及功能介绍阳光电源股份有限公司2011.4一、概述低电压穿越功能是指当电网电压跌落时并网逆变器能够正常并网一段时间，“穿越”这个低电压时间(区域)直到电网恢复正常；孤岛效应保护是指当电网断电时并网逆变器应立即停止并网发电，保护时间不超过0.2秒。

可以看出，孤岛效应保护与低电压穿越是相互矛盾的，两种功能不能同时并存，需要根据电站规模和要求进行选择，一般原则如下：✧对于小型光伏电站，并网逆变器在电网中所占的容量较小，对电网的影响较小，在电网故障时不会对电网的稳定性产生实质性的影响，所以应具备快速监测孤岛且立即断开与电网连接的能力，即此时并网逆变器应选择孤岛效应保护功能。

✧对于大中型光伏电站，并网逆变器在电网中所占的容量较大，对电网的影响较大，在电网故障时不会对电网的稳定性产生实质性的影响，所以应具备一定的低电压穿越能力，即此时并网逆变器应选择低电压穿越功能。

我司大功率并网逆变器同时具有孤岛效应保护与低电压穿越功能，在实际应用时可通过触摸屏菜单设置，也可通过RS485通讯方式由上位机进行远程设置。

二、低电压穿越功能介绍如图1所示，当并网点电压在图中电压轮廓线及以上的区域内时，并网逆变器必须保证不间断并网运行；并网点电压在图中电压轮廓线以下时，并网逆变器立即停止向电网线路送电。

其中T1=1秒，T3=3秒，也就是说，并网逆变器必须具有在电网电压跌至20%额定电压时能够维持并网运行1秒的低电压穿越能力，如电网电压在轮廓线内能够恢复到额定电压的90%时，并网逆变器必须保持并网运行。

图1：大型和中型光伏电站的低电压耐受能力要求为了实现并网逆变器的低电压穿越功能，并网逆变器需要采用新的软件控制算法，软件控制算法需实时监测电网，并判断电网是否发生电压跌落（平衡或者不平衡跌落）。

当CPU发现电网发生电压跌落故障时，立即启动低电压穿越功能，控制输出电流以及输出的功率，当电网电压在图1所示的曲线以内时，逆变器进入低电压穿越阶段；当电网进入电压恢复阶段，此时并网逆变器输出无功功率起到迅速支撑起电网电压的功能。

光伏并网逆变器的孤岛检测方法作者：邹焕雄施晟来源：《中国科技博览》2017年第06期[摘要]并网的光伏逆变器处于孤岛运行状态时会影响电力系统的安全运行，威胁到线路检修人员的安全，研究并网的光伏逆变器的孤岛检测技术，具有重要的现实意义，本文介绍了被动式孤岛检测和主动式孤岛检测方法，并对主动式孤岛检测方法进行了改进，将公共耦合点的电网频率偏差值引入移相角计算中，形成正反馈，在固定的时间间隔内改变的正负号，清除检测盲区。

中图分类号：TM71 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）06-0270-01前言孤岛效应是指当电网由于各种原因中断供电后，太阳能光伏发电系统未能从电网断开而与负载构成一个电网无法控制的自给供电孤岛。

光伏发电系统处于孤岛运行时会导致孤岛区域供电电压、频率的不稳定，影响配电系统的保护动作，电网恢复供电时的冲击电流可能会损坏逆变器，威胁电网检修人员的安全等[52]。

因此，并网的光伏发电系统必须设有防孤岛保护功能。

1 孤岛检测方法IEEE Std. 929-2000规定了相应的防孤岛检测标准，该标准给出了并网逆变器从电网断开后到检测到孤岛现象并与电网断开的时间限制。

孤岛检测方法分为被动式孤岛检测和主动式孤岛检测。

2 被动式孤岛检测被动式孤岛检测方法根据公共耦合点电压、频率、相位跳变和谐波来判断是否产生了孤岛效应。

孤岛效应等效电路如图1所示。

电网正常工作时PL=Ppv-ΔP=U2R （1）QL=Qpv-ΔQ=U21ωL-ωC （2）其中，U、ω为负载的电压和频率，Ppv、Qpv为负载消耗的有功和无功。

孤岛效应发生后PL’=Ppv-ΔP=U’2R （3）QL’=Qpv-ΔQ=U’21ω’L- ω’C （4）输出电压的幅值不变，当ΔQ=0时，输出电压的频率不变。

因此，通过检测公共节点处的电压或频率跳变来判断孤岛效应存在盲区。

相位突变检测的原理是，光伏系统正常并网运行时，输出电流与公共节点的电压同频同相。

光伏并网发电系统的孤岛检测方法光伏并网发电系统的孤岛检测方法【大比特导读】光伏并网发电系统不允许运行在孤岛状态，因此孤岛检测是光伏并网逆变器的核心技术之一。

本文介绍了光伏并网发电系统孤岛检测的原理和研究进展。

对比分析了常用的孤岛检测方法的优缺点及其改进策略。

摘要：光伏并网发电系统不允许运行在孤岛状态，因此孤岛检测是光伏并网逆变器的核心技术之一。

本文介绍了光伏并网发电系统孤岛检测的原理和研究进展。

对比分析了常用的孤岛检测方法的优缺点及其改进策略。

关键字：分布式并网发电系统，孤岛现象，1引言“孤岛”是指公共电网停止供电后，各个用户端的分布式并网发电系统未能及时检测出停电状态，继续向周围的负载供电，从而形成一个公共电网无法控制的自给供电网络，如图1所示。

孤岛现象可能造成以下危害：威胁电力公司输电线路维修人员的人身安全;影响电能质量，造成孤岛区的电压与频率不稳定，并可能损坏用电设备;对于单相光伏并网的三相系统造成欠相供电问题等[2]。

因此，孤岛检测是光伏并网发电系统中不可缺少的重要环节。

针对分布式发电系统的并网问题，美国电气及电子工程师协会制订的光伏系统并网标准IEEE Std. 929-2000 中规定：(1)PV逆变器输出有功功率与负载消耗功率的失配度大于50%;或：本地负载功率因数小于95%时，电网失压后必须在10个周波内停止向电网供电。

(2)有功功率失配度在50%内且本地负载功率因数大于95%时，逆变器应能在电网失压后2s内停止对电网供电。

上述指标针对的是负载品质因数小于2.5的并联谐振负载。

中国国家标准请参看GB/T20046-2006“光伏(PV)系统电网接口特性”。

2 被动式孤岛检测方法被动式(又称无源法)孤岛检测方法通过被动地监测公共耦合点(Point of Common Coupling， PCC)电压的参数(电压幅值、频率、谐波等)是否超过设定的阈值来控制逆变器是否停止运行。

其特点是：不需要添加扰动，因此检测速度快，输出电能质量高;在多台逆变器并联运行的情况下，检测效率也不会降低;但存在较大的检测盲区(Nondetection Zone， NDZ)，一般应与主动式检测方法结合使用。

推荐性国家标准项目建议书
[注1] 表格项目中带*号的为必须填写项目；
[注2] 修订标准必填被修订标准号，多个被修订标准号之间用半角逗号“,”分隔；
[注3] 如采用国际标准，先选择组织名称，再填采标号及一致性程度标识，多个采标号之间用半角逗号“,”分隔；
[注4] 技术委员会和技术归口单位必须填写其一，若填写技术委员会则必须填写全国TC/SC号；
[注5] 主管部门按照模板帮助文件中的主管部门名称填写；
[注6] 项目成本预算主要包括总额、资金来源情况和成本构成。

FORM 02 (SAC) Page 1 of 2 Version 2005-12
FORM 02 (SAC) Page 2 of 2 Version 2005-12。

并网逆变器单独运行的检测与防止孤岛效应在太阳能光伏并网发电过程中，由于太阳能光伏发电系统与电力系统并网运行，当电力系统由于某种原因发生异常而停电时，如果太阳能光伏发电系统不能随之停止工作或与电力系统脱开，则会向电力输电线路继续供电，这种运行状态被形象的称为“孤岛效应”。

特别是当太阳能光伏发电系统的发电功率与负载用电功率平衡时，即使电力系统断电，光伏发电系统输出端的电压和频率等参数不会快速随之变化，使光伏发电系统无法正确判断电力系统是否发生故障或中断供电，因而极易导致“孤岛效应”现象的发生。

“孤岛效应”的发生会产生严重的后果。

当电力系统电网发生故障或中断供电后，由于光伏发电系统仍然继续给电网供电，会威胁到电力供电线路的修复及维修作业人员及设备的安全，造成触电事故。

不仅妨碍了停电故障的检修和正常运行的尽快恢复，而且有可能给配电系统及一些负载设备造成损害。

因此为了确保维修作业人员的安全和电力供电的及时恢复，当电力系统停电时，必须使太阳能光伏系统停止运行或与电力系统自动分离（此时太阳能光伏系统自动切换成独立供电系统，还将继续运行为一些应急负载和必要负载供电）。

在逆变器电路中，检测出光伏系统单独运行状态的功能称为单独运行检测。

检测出单独运行状态，并使太阳能光伏系统停止运行或与电力系统自动分离的功能就叫单独运行停止或孤岛效应防止。

单独运行检测方式分为被动式检测和主动式检测两种方式。

(1)被动式检测方式。

被动式检测方式是通过实时监视电网系统的电压、频率、相位的变化，检测因电网电力系统停电向单独运行过渡时的电压波动、相位跳动、频率变化等参数变化，检测出单独运行状态的方法。

被动式检测方式有电压相位跳跃检测法、频率变化率检测法、电压谐波检测法、输出功率变化率检测法等，其中电压相位跳跃检测法较为常用。

电压相位跳跃检测法的检测原理如图5-16所示，其检测过程是：周期性的测出逆变器的交流电压的周期，如果周期的偏移超过某设定值以上时，则可判定为单独运行状态。