光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中孤島效應(yīng)是亟待解決的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題，我國(guó)于2005年11月發(fā)布關(guān)于光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其中就對(duì)孤島檢測(cè)提出了明確要求。所謂孤島效應(yīng)，根據(jù)美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Sandia National Laboratories)提供的報(bào)告是指在分布式發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中，當(dāng)主體電網(wǎng)由于電氣故障、停電檢修或其他人為因素中斷供電時(shí)，各個(gè)并網(wǎng)系統(tǒng)沒(méi)有檢測(cè)到停電狀態(tài)將自身切離，而是繼續(xù)供電與周圍負(fù)荷形成了電力公司不可控制的自給供電孤島的現(xiàn)象。
　孤島檢測(cè)方法研究主要集中在歐美和日本，電氣電子工程師協(xié)會(huì)IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)率先提出了孤島檢測(cè)性能發(fā)展方向并制定了測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)[1-2]，如IEEE Std.2000.929和IEEE Std.2003.154712。并網(wǎng)技術(shù)要求與配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)作制度有關(guān)，不同國(guó)家對(duì)并網(wǎng)技術(shù)要求的規(guī)定不同，一些代表性國(guó)家的檢測(cè)方案和時(shí)間要求如表1所示。

1 孤島效應(yīng)發(fā)生機(jī)理分析
    光伏并網(wǎng)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，圖中P(Q)、

2 孤島檢測(cè)方法分析比較
    對(duì)孤島檢測(cè)方法的性能要求主要是高靈敏度、高準(zhǔn)確度，低檢測(cè)盲區(qū)、低電網(wǎng)污染。目前常用的孤島檢測(cè)方法分類如圖2所示。

2.1 遠(yuǎn)程檢測(cè)法
　遠(yuǎn)程法是基于電網(wǎng)側(cè)的檢測(cè)方法，利用電網(wǎng)側(cè)自身的監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)到電網(wǎng)故障或電網(wǎng)供電中斷情況后，向并網(wǎng)逆變系統(tǒng)傳送故障信號(hào)。該類方法主要有斷路器跳閘信號(hào)檢測(cè)、電力載波通信PLCC(Power Line Carrier Communication)、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)SCADA(Super-visory Control and Data Acquisition)等，主要適用于大功率并網(wǎng)系統(tǒng)。該類方法不存在檢測(cè)盲區(qū)、可靠性好，但由于需要的設(shè)備多、投資大，性價(jià)比不高不太被人們看好。
2.2 本地檢測(cè)法
    本地技術(shù)法是指在并網(wǎng)逆變器側(cè)的檢測(cè)方法，又分為被動(dòng)式檢測(cè)法(也稱無(wú)源檢測(cè)法)、主動(dòng)式檢測(cè)法(也稱有源檢測(cè)法)和混合法。
2.2.1 被動(dòng)式檢測(cè)法
    被動(dòng)法的檢測(cè)原理是通過(guò)檢測(cè)公共點(diǎn)電壓幅值、相位或頻率、功率、諧波等參數(shù)變化判斷孤島發(fā)生，檢測(cè)形式基本固定。常用的方法有以下幾種：
    (1)過(guò)欠壓、過(guò)欠頻檢測(cè)法(Over/Under Voltage and Over/Under Frequency method，OUV/OUF)
　IEEE Std.2000.929規(guī)定并網(wǎng)系統(tǒng)逆變器必須具有過(guò)/欠壓、過(guò)/欠頻保護(hù)，它是所有孤島檢測(cè)方法的基礎(chǔ)。根據(jù)圖1和功率守恒可知：

    該方法原理簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，只有在逆變器輸出和負(fù)載功率不匹配時(shí)且超出閾值時(shí)才會(huì)有效，但檢測(cè)盲區(qū)較大、難以確定合適的閾值。
    (2)相位突變檢測(cè)PJD(Phase Jump Detection)
    逆變器并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，PCC點(diǎn)的電壓受電網(wǎng)電壓所鉗位，此時(shí)逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓同相位，當(dāng)孤島現(xiàn)象發(fā)生后PCC點(diǎn)電壓的相位將會(huì)發(fā)生變化，由逆變系統(tǒng)輸出電流和負(fù)載阻抗決定，該法就是利用這一原理(如圖3所示)判斷是否發(fā)生孤島。

　(3)電壓諧波檢測(cè)HD(Harmonics Detection)
    此方法是通過(guò)監(jiān)測(cè)PCC點(diǎn)的電壓總諧波畸變率THD(Total Harmonics Distortion)，判斷THD是否超出設(shè)定的閾值范圍。逆變器并網(wǎng)運(yùn)行PCC點(diǎn)與電網(wǎng)的THD基本相等，而電網(wǎng)斷開(kāi)后由于負(fù)載阻抗比電網(wǎng)阻抗大得多，因此會(huì)在公共點(diǎn)產(chǎn)生較大的諧波電壓。
    (4)參數(shù)變化率檢測(cè)法
    此類方法主要包括檢測(cè)判據(jù)為dP/dt的輸出功率變化率檢測(cè)法；判據(jù)為df/dt的頻率變化率檢測(cè)法ROCOF(Rate of Change of Frequency)；判據(jù)為df/dP的系統(tǒng)頻率變化和負(fù)載功率變化之比檢測(cè)法,此類方法靈敏性高簡(jiǎn)單易行、檢測(cè)速度快，但當(dāng)負(fù)載和逆變器功率匹配時(shí)均會(huì)失效。
2.2.2 主動(dòng)檢測(cè)法
    主動(dòng)式檢測(cè)方法通過(guò)有意地給系統(tǒng)注入擾動(dòng)信號(hào)破壞功率平衡，根據(jù)逆變器輸出電流的表達(dá)式：
    
    可知對(duì)電流幅值Im、電流頻率f、電流相位?漬施加擾動(dòng)，使處于孤島狀態(tài)下的PCC點(diǎn)電壓參數(shù)(幅值、頻率或諧波含量等)超出正常范圍，來(lái)確定電網(wǎng)的存在與否以達(dá)到檢測(cè)出孤島的目的，常用方法有以下幾種。
    (1)阻抗測(cè)量法IM(Impedance  Monitoring)
    通過(guò)對(duì)逆變器輸出電流iinv幅值進(jìn)行擾動(dòng)，使有功功率變化，檢測(cè)PCC點(diǎn)電壓的變化，即相當(dāng)于檢測(cè)dUpcc/Iinv。該方法原理簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、電流諧波小，但是對(duì)逆變輸出功率影響大，且不適用于多臺(tái)逆變器并網(wǎng)運(yùn)行。參考文獻(xiàn)[3]加入周期性無(wú)功擾動(dòng)電流，并將電壓頻率前饋使頻率在電網(wǎng)斷開(kāi)時(shí)迅速越限。該方法不影響電網(wǎng)頻率，不向電網(wǎng)注入諧波，對(duì)逆變器輸出功率因數(shù)的影響小。
    (2)有源頻率偏移法AFD(Active Frequency Detection)
    通過(guò)使逆變器輸出電流的頻率發(fā)生一定的偏移，使頻率超出預(yù)設(shè)的閾值來(lái)檢測(cè)孤島，主動(dòng)頻率偏移法是目前改進(jìn)最多、最常用的有源檢測(cè)法。逆變器引入頻率偏移的電流波形如圖4所示，定義斬波系數(shù)cf為：cf=2Tz/Tu，將這樣的電流加到負(fù)載上，電壓相應(yīng)以更短的時(shí)間到達(dá)零點(diǎn)，系統(tǒng)檢測(cè)到Upcc與I之間的相位差，逆變器輸出頻率超出閾值檢測(cè)出孤島，當(dāng)AFD造成的相位差和負(fù)載阻抗角在工頻及其附近相等時(shí)該方法失敗。

    參考文獻(xiàn)[4]從正反兩面施加頻率的擾動(dòng)來(lái)改進(jìn)AFD，消除負(fù)載對(duì)單一頻率擾動(dòng)方向的平衡作用,參考文獻(xiàn)[5]將正負(fù)半周的擾動(dòng)修改為只在正半周期進(jìn)行擾動(dòng)，并網(wǎng)工作的電流THD 僅為1.61%，對(duì)電能質(zhì)量的影響較小。
   
    (5)Sandia電壓偏移法SVS(Sandia Voltage Shift)
     此方法類似于正反饋有源頻率偏移法，不同的是對(duì)PCC點(diǎn)電壓引入正反饋，定義逆變器輸出電流為：
    
其中A為正反饋增益系數(shù)，U0為額定電壓。孤島發(fā)生時(shí)Upcc的微小變化引起Iinv的劇變，正反饋又使這一變化一直循環(huán)直至Upcc的變化超出閾值檢測(cè)出孤島。其檢測(cè)效率非常高，但會(huì)對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)和電能質(zhì)量產(chǎn)生影響且成本較高。
2.2.3 混合法
    顧名思義，混合法即根據(jù)實(shí)際情況權(quán)衡利弊，把主動(dòng)法和被動(dòng)法有機(jī)結(jié)合起來(lái)?yè)P(yáng)長(zhǎng)避短，克服各自的缺點(diǎn)、充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，快速、更可靠地檢測(cè)出孤島獲得滿意的檢測(cè)結(jié)果，常見(jiàn)的孤島檢測(cè)法的性能評(píng)價(jià)如表2所示。

    參考文獻(xiàn)[8]將過(guò)／欠壓和過(guò)/欠頻檢測(cè)法與改進(jìn)主動(dòng)式AFD方法相結(jié)合，不影響電網(wǎng)的頻率，不向電網(wǎng)注入諧波，不存在檢測(cè)盲區(qū)。參考文獻(xiàn)[9]提出一種基于電壓相位突變檢測(cè)與改進(jìn)型主動(dòng)電流擾動(dòng)法相結(jié)合的新型組合式孤島檢測(cè)方法。二者分別作為獨(dú)立的檢測(cè)模塊，加周期性的擾動(dòng)之前，首先判斷輸出電壓的變化情況，然后施加與電壓變化方向相同的擾動(dòng)。
    本文介紹了近年來(lái)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中孤島檢測(cè)方法，綜合經(jīng)濟(jì)性和有效性考慮研究方向趨于本地法中的主動(dòng)式檢測(cè)法，研究表明把主動(dòng)式和被動(dòng)式進(jìn)行有機(jī)結(jié)合的混合法可以使逆變器輸出電能質(zhì)量更優(yōu)、反孤島能力更強(qiáng)。由于孤島檢測(cè)技術(shù)尚不成熟，仍有廣闊的發(fā)展前景和研究空間，未來(lái)研究趨勢(shì)還有以下幾方面：(1)多臺(tái)逆變器并網(wǎng)工作時(shí)如何使檢測(cè)性能不被影響；(2)現(xiàn)階段單相孤島檢測(cè)的研究應(yīng)用相對(duì)比較多，三相并網(wǎng)孤島檢測(cè)及防護(hù)需要以后做針對(duì)性的研究； (3)最終孤島效應(yīng)不會(huì)僅僅局限于如何防護(hù)，利用孤島效應(yīng)將會(huì)使光伏并網(wǎng)系統(tǒng)更加靈活、智能，這將是研究孤島效應(yīng)的最終目的。
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