光伏并網發(fā)電系統(tǒng)中孤島效應是亟待解決的重點和難點問題，我國于2005年11月發(fā)布關于光伏系統(tǒng)并網技術要求的國家標準，其中就對孤島檢測提出了明確要求。所謂孤島效應，根據美國Sandia國家實驗室(Sandia National Laboratories)提供的報告是指在分布式發(fā)電并網系統(tǒng)中，當主體電網由于電氣故障、停電檢修或其他人為因素中斷供電時，各個并網系統(tǒng)沒有檢測到停電狀態(tài)將自身切離，而是繼續(xù)供電與周圍負荷形成了電力公司不可控制的自給供電孤島的現(xiàn)象。
　孤島檢測方法研究主要集中在歐美和日本，電氣電子工程師協(xié)會IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)率先提出了孤島檢測性能發(fā)展方向并制定了測試標準[1-2]，如IEEE Std.2000.929和IEEE Std.2003.154712。并網技術要求與配電網的結構和運作制度有關，不同國家對并網技術要求的規(guī)定不同，一些代表性國家的檢測方案和時間要求如表1所示。

1 孤島效應發(fā)生機理分析
    光伏并網時的結構示意圖如圖1所示，圖中P(Q)、

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

2.1 遠程檢測法
　遠程法是基于電網側的檢測方法，利用電網側自身的監(jiān)控系統(tǒng)檢測到電網故障或電網供電中斷情況后，向并網逆變系統(tǒng)傳送故障信號。該類方法主要有斷路器跳閘信號檢測、電力載波通信PLCC(Power Line Carrier Communication)、網絡監(jiān)控數(shù)據采集系統(tǒng)SCADA(Super-visory Control and Data Acquisition)等，主要適用于大功率并網系統(tǒng)。該類方法不存在檢測盲區(qū)、可靠性好，但由于需要的設備多、投資大，性價比不高不太被人們看好。
2.2 本地檢測法
    本地技術法是指在并網逆變器側的檢測方法，又分為被動式檢測法(也稱無源檢測法)、主動式檢測法(也稱有源檢測法)和混合法。
2.2.1 被動式檢測法
    被動法的檢測原理是通過檢測公共點電壓幅值、相位或頻率、功率、諧波等參數(shù)變化判斷孤島發(fā)生，檢測形式基本固定。常用的方法有以下幾種：
    (1)過欠壓、過欠頻檢測法(Over/Under Voltage and Over/Under Frequency method，OUV/OUF)
　IEEE Std.2000.929規(guī)定并網系統(tǒng)逆變器必須具有過/欠壓、過/欠頻保護，它是所有孤島檢測方法的基礎。根據圖1和功率守恒可知：

    該方法原理簡單易于實現(xiàn)，只有在逆變器輸出和負載功率不匹配時且超出閾值時才會有效，但檢測盲區(qū)較大、難以確定合適的閾值。
    (2)相位突變檢測PJD(Phase Jump Detection)
    逆變器并網運行時，PCC點的電壓受電網電壓所鉗位，此時逆變器輸出電流與電網電壓同相位，當孤島現(xiàn)象發(fā)生后PCC點電壓的相位將會發(fā)生變化，由逆變系統(tǒng)輸出電流和負載阻抗決定，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HD(Harmonics Detection)
    此方法是通過監(jiān)測PCC點的電壓總諧波畸變率THD(Total Harmonics Distortion)，判斷THD是否超出設定的閾值范圍。逆變器并網運行PCC點與電網的THD基本相等，而電網斷開后由于負載阻抗比電網阻抗大得多，因此會在公共點產生較大的諧波電壓。
    (4)參數(shù)變化率檢測法
    此類方法主要包括檢測判據為dP/dt的輸出功率變化率檢測法；判據為df/dt的頻率變化率檢測法ROCOF(Rate of Change of Frequency)；判據為df/dP的系統(tǒng)頻率變化和負載功率變化之比檢測法,此類方法靈敏性高簡單易行、檢測速度快，但當負載和逆變器功率匹配時均會失效。
2.2.2 主動檢測法
    主動式檢測方法通過有意地給系統(tǒng)注入擾動信號破壞功率平衡，根據逆變器輸出電流的表達式：
    
    可知對電流幅值Im、電流頻率f、電流相位?漬施加擾動，使處于孤島狀態(tài)下的PCC點電壓參數(shù)(幅值、頻率或諧波含量等)超出正常范圍，來確定電網的存在與否以達到檢測出孤島的目的，常用方法有以下幾種。
    (1)阻抗測量法IM(Impedance  Monitoring)
    通過對逆變器輸出電流iinv幅值進行擾動，使有功功率變化，檢測PCC點電壓的變化，即相當于檢測dUpcc/Iinv。該方法原理簡單、容易實現(xiàn)、電流諧波小，但是對逆變輸出功率影響大，且不適用于多臺逆變器并網運行。參考文獻[3]加入周期性無功擾動電流，并將電壓頻率前饋使頻率在電網斷開時迅速越限。該方法不影響電網頻率，不向電網注入諧波，對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，使頻率超出預設的閾值來檢測孤島，主動頻率偏移法是目前改進最多、最常用的有源檢測法。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載上，電壓相應以更短的時間到達零點，系統(tǒng)檢測到Upcc與I之間的相位差，逆變器輸出頻率超出閾值檢測出孤島，當AFD造成的相位差和負載阻抗角在工頻及其附近相等時該方法失敗。

    參考文獻[4]從正反兩面施加頻率的擾動來改進AFD，消除負載對單一頻率擾動方向的平衡作用,參考文獻[5]將正負半周的擾動修改為只在正半周期進行擾動，并網工作的電流THD 僅為1.61%，對電能質量的影響較小。
   
    (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PCC點電壓引入正反饋，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出孤島。其檢測效率非常高，但會對系統(tǒng)暫態(tài)響應和電能質量產生影響且成本較高。
2.2.3 混合法
    顧名思義，混合法即根據實際情況權衡利弊，把主動法和被動法有機結合起來揚長避短，克服各自的缺點、充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，快速、更可靠地檢測出孤島獲得滿意的檢測結果，常見的孤島檢測法的性能評價如表2所示。

    參考文獻[8]將過／欠壓和過/欠頻檢測法與改進主動式AFD方法相結合，不影響電網的頻率，不向電網注入諧波，不存在檢測盲區(qū)。參考文獻[9]提出一種基于電壓相位突變檢測與改進型主動電流擾動法相結合的新型組合式孤島檢測方法。二者分別作為獨立的檢測模塊，加周期性的擾動之前，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。
    本文介紹了近年來光伏并網發(fā)電系統(tǒng)中孤島檢測方法，綜合經濟性和有效性考慮研究方向趨于本地法中的主動式檢測法，研究表明把主動式和被動式進行有機結合的混合法可以使逆變器輸出電能質量更優(yōu)、反孤島能力更強。由于孤島檢測技術尚不成熟，仍有廣闊的發(fā)展前景和研究空間，未來研究趨勢還有以下幾方面：(1)多臺逆變器并網工作時如何使檢測性能不被影響；(2)現(xiàn)階段單相孤島檢測的研究應用相對比較多，三相并網孤島檢測及防護需要以后做針對性的研究； (3)最終孤島效應不會僅僅局限于如何防護，利用孤島效應將會使光伏并網系統(tǒng)更加靈活、智能，這將是研究孤島效應的最終目的。
參考文獻
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