4 光伏發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測方法分析

　　反孤島效應(yīng)的關(guān)鍵是電網(wǎng)斷電的檢測，且檢測時間越短效果越好。在電網(wǎng)的配電開關(guān)斷開時，如果太陽能供電系統(tǒng)和電網(wǎng)負(fù)載需求量不平衡，則市電網(wǎng)中的電壓、頻率和相位將會產(chǎn)生較大的變動，此時可以利用電網(wǎng)電壓的過/欠壓保護(hù)和頻率異常波動來保護(hù)檢測電網(wǎng)斷電，從而防止孤島效應(yīng)。孤島檢測方法一般可以分為被動式（無源）和主動式（有源）兩類。

　　4.1 被動式（無源）孤島檢測方法

　　孤島形成前后，系統(tǒng)的電氣量一般都會發(fā)生變化。被動式檢測方法就是通過檢測并網(wǎng)系統(tǒng)與電網(wǎng)的公共耦合點（pcc）處的電壓、頻率以及相位的變化來判斷是否有孤島發(fā)生的。發(fā)生孤島現(xiàn)象的系統(tǒng)一般會產(chǎn)生功率的變化：有功功率的不匹配會產(chǎn)生電壓量的變化，無功功率的不匹配則會導(dǎo)致頻率的變化。當(dāng)變化超出我們設(shè)定的閾值，就可以認(rèn)為是產(chǎn)生了孤島。被動式檢測方法不需要加入任何擾動，對電網(wǎng)無干擾，且對輸出電能的質(zhì)量無影響，是最基本的孤島檢測方法。常見的被動式（無源）檢測方法有過/欠電壓、高/低頻檢測，相位突變檢測和電壓諧波檢測三種方法。

　　4.1.1 過/欠電壓、高/低頻檢測

　　該方法主要對電網(wǎng)的電壓和頻率進(jìn)行監(jiān)控，防止pv系統(tǒng)輸出電壓或者頻率超出正常的工作范圍。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運行過程中，除了要防，還要保證逆變器輸出電壓與電網(wǎng)同步，因此對電不斷進(jìn)行檢測，以防止出現(xiàn)過壓、欠壓、過頻或電壓、頻率進(jìn)行檢測的被動式孤島檢測方法只需進(jìn)行判斷，無需增加檢測電路。該方法最大的缺陷是負(fù)載功率平衡時，電網(wǎng)斷電后逆變器輸出端變，從而出現(xiàn)孤島檢測的漏判。

　　4.1.2 相位突變檢測

　　如圖1所示，pv系統(tǒng)并網(wǎng)運行時通常工作在單位功率因數(shù)模式，即pv系統(tǒng)輸出電流i0與a點電壓（電網(wǎng)電壓）同頻同相。當(dāng)電網(wǎng)斷開后，出現(xiàn)了pv系統(tǒng)單獨給負(fù)載供電的孤島現(xiàn)象，此時，a點電壓由i0和負(fù)載阻抗z所決定。由于鎖相環(huán)的作用，i0與a點電壓僅僅在過零點發(fā)生同步，在過零點之間，i0跟隨系統(tǒng)內(nèi)部的參考電流而不會發(fā)生突變，因此，對于非阻性負(fù)載，a點電壓的相位將會發(fā)生突變，從而可以采用相位突變檢測方法來判斷孤島現(xiàn)象是否發(fā)生。相位突變檢測算法簡單、易于實現(xiàn)。但當(dāng)負(fù)載阻抗角ψ接近零，即負(fù)載近似呈阻性時，由于所設(shè)閾值的限制，該方法失效［1］。

　　4.1.3 電壓諧波檢測

　　如圖1所示，pv系統(tǒng)并網(wǎng)工作時，其輸出電流諧波將通過a點流入電網(wǎng)。由于電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)阻抗很小，因此a點電壓的總諧波畸變率通常較低。電網(wǎng)斷開后，pv系統(tǒng)輸出的電流諧波流入負(fù)載。由于負(fù)載阻抗通常要比電網(wǎng)阻抗大得多，因此a點電壓（諧波電流與負(fù)載阻抗的乘積）將產(chǎn)生很大的諧波，故可以通過檢測電壓諧波或諧波的變化來判斷pv系統(tǒng)是否處于孤島狀態(tài)。但在實際應(yīng)用中，由于非線性負(fù)載等因素的存在，電網(wǎng)電壓諧波很大，諧波檢測的動作閾值不易確定，因此，該方法有局限性。

　　綜上所述，被動式檢測孤島方法原理簡單，容易實現(xiàn)，對電力系統(tǒng)無諧波影響等優(yōu)點。但主要問題就是難以確定閾值，閾值既要大于正常運行時的值，又要小于等于孤島時的值。由于并網(wǎng)逆變系統(tǒng)本身的輸出也會有波動；電網(wǎng)自身也與理想情況有差異；某些用電負(fù)荷的啟停也會對頻率、電壓產(chǎn)生影響；當(dāng)用電負(fù)荷和并網(wǎng)系統(tǒng)功率匹配時，檢測盲區(qū)較大；多臺并網(wǎng)逆變系統(tǒng)同時運行時相互之間也會產(chǎn)生影響，干擾各自的孤島檢測。所以被動式的孤島檢測方法一般不單獨使用，它通常作為輔助性的檢測手段與主動式檢測方法配合使用。

　　4.2 主動式（有源）檢測方法

　　主動式檢測方法是在逆變器的控制信號中加入很小的電壓、電流或相位擾動信號，通過檢測公共耦合點（ppc點）的響應(yīng)情況判斷是否發(fā)生孤島現(xiàn)象的。正常工作時，由于電網(wǎng)的作用系統(tǒng)檢測不到這些擾動，一旦電網(wǎng)斷電，加入的擾動信號一般通過正反饋快速進(jìn)行累積使電壓、頻率或相位超出允許的閾值范圍，從而檢測出孤島現(xiàn)象的發(fā)生。主動式檢測方法檢測精度高，檢測盲區(qū)小，但是由于加入了擾動信號，降低了逆變器的輸出電流質(zhì)量，增加了系統(tǒng)的總諧波失真度（thd）。常見的主動式（有源）檢測方法有有源頻率漂移（fad）檢測，滑模頻率偏移（sms）檢測和輸出功率擾動檢測等方法。

　　4.2.1 有源頻率漂移（fad）檢測

　　有源頻率偏移（afd）是目前一種常見的輸出頻率擾動孤島效應(yīng)檢測方法。圖2顯示出其控制原理。該方法在開始時，通過控制逆變器提高輸出電流的頻率，在電網(wǎng)周期開始時發(fā)出正弦波電流，這樣輸出電流的頻率和電網(wǎng)電壓的頻率存在一定的誤差f（△f在并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)），這樣半波后線路上的電壓和逆變器電流過零點的時間就會存在一個固定的時間差tz，系統(tǒng)保持這一時間差和電網(wǎng)周期的比值△t。當(dāng)電網(wǎng)正常工作時，由于逆變器電流被鎖相環(huán)鎖相，系統(tǒng)的比值△t保持固定值。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，逆變器輸出端的電壓頻率產(chǎn)生突變，而比值△t保持不變，這樣就將不斷地提高輸出電流頻率，該過程不斷重復(fù)，直到逆變器輸出電壓頻率超出門限值，從而觸發(fā)孤島效應(yīng)的保護(hù)電路動作，切斷逆變器與電網(wǎng)的連接。

　　對于并聯(lián)的rcl負(fù)載，無論負(fù)載阻抗角大于或者小于零，在阻抗角和頻率的偏移的相互影響下，其作用相互抵消，且此時頻率和電壓均未能超過預(yù)設(shè)的閾值，那么，系統(tǒng)將無法檢測到孤島現(xiàn)象的產(chǎn)生［2］。