隨著分布式發(fā)電DG（Distributed Generation）系統(tǒng)的發(fā)展，孤島問題變得越來越突出。所謂孤島[1]是指當(dāng)大電網(wǎng)系統(tǒng)供電因發(fā)生故障或進(jìn)行停電檢修而斷開時(shí)，用戶側(cè)的DG系統(tǒng)未能即時(shí)檢測(cè)出孤島的發(fā)生而將自身切離供電網(wǎng)絡(luò)，形成由DG系統(tǒng)和周圍的負(fù)荷構(gòu)成的一個(gè)自給供電的孤島。這種孤島現(xiàn)象會(huì)對(duì)電氣設(shè)備和檢修人員帶來很大的危害，因此能夠準(zhǔn)確、及時(shí)地檢測(cè)出孤島具有十分重要的意義[2]。

    本文在分析了電壓相位突變方法[3-4]、電壓—有功正反饋方法[5-6]以及基于無功—頻率下垂特性的正反饋無功擾動(dòng)方法[7]的基礎(chǔ)上，提出了基于改進(jìn)電壓/頻率正反饋的孤島檢測(cè)方法。當(dāng)DG系統(tǒng)輸出功率與負(fù)載消耗功率不匹配及負(fù)載呈非阻性時(shí)，采用相位突變方法，此時(shí)能夠快速地檢測(cè)到孤島，并且對(duì)系統(tǒng)電能質(zhì)量無影響；當(dāng)DG系統(tǒng)輸出功率與負(fù)載消耗功率相匹配及負(fù)載呈阻性時(shí)，采用電壓—有功正反饋和基于無功—頻率下垂特性的正反饋無功擾動(dòng)方法，這樣就消除了相位突變法存在的檢測(cè)盲區(qū)，大大提高了孤島檢測(cè)的有效性。
1 孤島檢測(cè)原理分析
    圖1所示為分布式電源經(jīng)逆變器并入大電網(wǎng)的孤島檢測(cè)系統(tǒng)模型。采用并聯(lián)RLC表示本地負(fù)載。

    正常并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，負(fù)載消耗功率為：
    
2 基于改進(jìn)電壓/頻率正反饋的檢測(cè)方法
2.1 基于改進(jìn)電壓/頻率正反饋檢測(cè)方法的基本原理
    相位突變方法檢測(cè)速度快、方法簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)。但該方法與其他被動(dòng)檢測(cè)方法相類似，其孤島檢測(cè)盲區(qū)較大。當(dāng)DG系統(tǒng)輸出功率與負(fù)載消耗功率相匹配時(shí)，相位突變未超出檢測(cè)閾值，導(dǎo)致檢測(cè)失敗。
    電壓-有功正反饋方法和基于無功-頻率下垂特性的正反饋無功擾動(dòng)方法能夠解決DG系統(tǒng)輸出功率與負(fù)載消耗功率相匹配情況下的孤島檢測(cè)，但這兩種方法由于需要向系統(tǒng)注入擾動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)的電能質(zhì)量影響較大，并且在大多數(shù)情況下，DG系統(tǒng)輸出功率與負(fù)載消耗功率一般是不匹配的。因此，本文將這三種方法相結(jié)合形成改進(jìn)的電壓/頻率正反饋檢測(cè)方法，該方法在DG系統(tǒng)輸出功率與負(fù)載消耗功率不匹配時(shí)使用電壓相位突變方法，在DG系統(tǒng)輸出功率與負(fù)載消耗功率相匹配時(shí)使用電壓-有功正反饋/基于無功-頻率下垂特性的正反饋無功擾動(dòng)方法。該改進(jìn)方法減小了電壓相位突變方法單獨(dú)使用時(shí)的檢測(cè)盲區(qū)（即系統(tǒng)功率匹配），并有效降低了單獨(dú)使用電壓-有功正反饋/基于無功-頻率下垂特性的正反饋無功擾動(dòng)方法對(duì)電能質(zhì)量的影響。該方法將電壓-有功正反饋方法和基于無功-頻率下垂特性的正反饋無功擾動(dòng)一起應(yīng)用，既檢測(cè)DG系統(tǒng)輸出電壓的變化，又檢測(cè)頻率的變化，只要其中任一個(gè)檢測(cè)量超出閾值，就可以檢測(cè)出孤島，提高了孤島檢測(cè)的速度。
    基于改進(jìn)電壓/頻率正反饋檢測(cè)方法系統(tǒng)框圖如圖2所示?？梢苑忠韵聝煞N情況說明。

    （1）DG系統(tǒng)輸出功率與負(fù)載功率不匹配：選用相位突變模塊，通過控制裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)Pcc點(diǎn)電壓與DG系統(tǒng)輸出電流之間的相位差是否超過閾值來判定孤島狀態(tài)。這時(shí)應(yīng)用控制模塊斷開電壓-有功正反饋和基于無功-頻率下垂特性的正反饋無功擾動(dòng)模塊，這樣去掉反饋后，就減小了對(duì)DG系統(tǒng)輸出電能質(zhì)量的影響。
    （2）DG系統(tǒng)輸出功率與負(fù)載功率相匹配：選用電壓-有功正反饋和基于無功-頻率下垂特性的正反饋無功擾動(dòng)模塊，這時(shí)通過對(duì)系統(tǒng)有功功率及無功功率的擾動(dòng)，使電壓幅值和頻率發(fā)生偏移，一旦檢測(cè)到電壓幅值或頻率超出檢測(cè)閾值，即可斷定系統(tǒng)發(fā)生了孤島。
2.2 仿真分析

    本文通過Matlab軟件搭建仿真模型進(jìn)行分析，大電網(wǎng)用3個(gè)并聯(lián)的交流電壓源來模擬，其額定電壓為311 kV；隔離變壓器電網(wǎng)側(cè)為D1，逆變器側(cè)為Yg：電壓比為380 V/275 V，額定容量為25 kVA；DG側(cè)直流電源電壓為650 V，逆變器開關(guān)頻率 2 700 Hz，并網(wǎng)逆變器采用IGBT/Diodes器件；LCL濾波器參數(shù)設(shè)置：L1=L2=2 mH，C=20 μF；線路參數(shù)設(shè)置：R=1.2 Ω，L=1 mH；本地負(fù)載采用RLC并聯(lián)，有功功率為10 kW，無功功率為1 kVar。
2.2.1 DG系統(tǒng)輸出功率與負(fù)載功率不匹配
    仿真系統(tǒng)在1 s時(shí)發(fā)生斷網(wǎng)，此時(shí)DG系統(tǒng)孤島運(yùn)行。當(dāng)負(fù)載的有功消耗PR=10 kW，DG系統(tǒng)輸出有功功率P=12 kW時(shí)，系統(tǒng)有功功率不匹配，當(dāng)發(fā)生孤島時(shí)，Pcc點(diǎn)電壓就會(huì)迅速變化，如圖3~圖5所示。

    DG系統(tǒng)在1 s發(fā)生孤島時(shí)，由于DG系統(tǒng)輸出電壓受負(fù)載電流和本地負(fù)載的影響，其電壓幅值將發(fā)生變化，超過電壓越限元件的閾值（U>1.1Un），這時(shí)系統(tǒng)很容易就檢測(cè)到發(fā)生的孤島，如圖3所示。由圖4可知，系統(tǒng)頻率變化不是很大。從圖5相位突變模塊的輸出信號(hào)中可以看到DG系統(tǒng)在接近于1.03 s時(shí)檢測(cè)信號(hào)由0跳變?yōu)?，此時(shí)成功地檢測(cè)到發(fā)生的孤島。
2.2.2 DG系統(tǒng)輸出功率與負(fù)載功率相匹配
    （1）無反饋時(shí)的仿真結(jié)果
    系統(tǒng)在1 s時(shí)斷開，DG系統(tǒng)處于孤島狀態(tài)。當(dāng)負(fù)載的有功消耗PR=10 kW，DG系統(tǒng)輸出有功功率P=10 kW，負(fù)載的無功消耗QLC=1 kVar，DG系統(tǒng)輸出有功功率Q=1 kVar時(shí)，DG系統(tǒng)輸出的功率與負(fù)載消耗功率相匹配。假如此時(shí)不加入反饋，DG系統(tǒng)輸出電壓的變化將會(huì)很小，導(dǎo)致檢測(cè)不到發(fā)生的孤島，如圖6~圖8所示。

    當(dāng)1 s發(fā)生孤島時(shí)，DG系統(tǒng)輸出電壓、系統(tǒng)頻率沒有發(fā)生明顯變化，如圖6~圖7所示，此時(shí)系統(tǒng)將不能檢測(cè)到發(fā)生的孤島。從圖8中可以看到檢測(cè)控制信號(hào)沒有發(fā)生跳變，說明這時(shí)僅依靠相位突變方法將檢測(cè)不出孤島狀態(tài)，即出現(xiàn)了檢測(cè)盲區(qū)。
    （2）有反饋時(shí)的仿真結(jié)果
    DG系統(tǒng)在1 s發(fā)生孤島。此時(shí)系統(tǒng)中加入電壓—有功正反饋/基于無功—頻率下垂特性的正反饋無功擾動(dòng)模塊的仿真波形如圖9、圖10所示。

    從圖9可看出，當(dāng)DG系統(tǒng)在1 s斷開后，由于加入反饋的作用，使DG系統(tǒng)輸出電壓幅值不斷發(fā)生變化，直到超出超過電壓越限元件的閾值（U<0.88Un），這時(shí)很容易就檢測(cè)到發(fā)生的孤島。由圖10所示，在近似1.17 s時(shí)頻率大于50.5 Hz，超出了頻率越限元件的動(dòng)作范圍（f>50.5 Hz），從而檢測(cè)出發(fā)生的孤島。
    通過以上分析，在DG系統(tǒng)輸出功率與負(fù)載消耗功率不匹配的情況下，改進(jìn)電壓/頻率正反饋孤島檢測(cè)方法能夠快速地檢測(cè)到孤島，并且該方法是利用相位突變被動(dòng)檢測(cè)，并沒有在系統(tǒng)中引入擾動(dòng)，減小了對(duì)系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響；在DG系統(tǒng)輸出功率與負(fù)載消耗功率相匹配的情況下，通過電壓-有功正反饋/基于無功-頻率下垂特性的正反饋無功擾動(dòng)模塊，可以檢測(cè)到發(fā)生的孤島。這時(shí)該檢測(cè)方法同時(shí)監(jiān)測(cè)電壓、頻率兩個(gè)變量，提高了檢測(cè)速度，并且減小了單獨(dú)使用相位突變檢測(cè)方法時(shí)存在的檢測(cè)盲區(qū)。
    為了減小傳統(tǒng)的孤島檢測(cè)方法的檢測(cè)盲區(qū)，本文提出了基于改進(jìn)電壓/頻率正反饋的孤島檢測(cè)方法。通過Matlab仿真證明，該方法不僅檢測(cè)靈敏度高、無檢測(cè)盲區(qū)、對(duì)電能質(zhì)量影響小，而且檢測(cè)速度滿足要求。
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