隨著分布式發電DG（Distributed Generation）系統的發展，孤島問題變得越來越突出。所謂孤島[1]是指當大電網系統供電因發生故障或進行停電檢修而斷開時，用戶側的DG系統未能即時檢測出孤島的發生而將自身切離供電網絡，形成由DG系統和周圍的負荷構成的一個自給供電的孤島。這種孤島現象會對電氣設備和檢修人員帶來很大的危害，因此能夠準確、及時地檢測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方法[7]的基礎上，提出了基于改進電壓/頻率正反饋的孤島檢測方法。當DG系統輸出功率與負載消耗功率不匹配及負載呈非阻性時，采用相位突變方法，此時能夠快速地檢測到孤島，并且對系統電能質量無影響；當DG系統輸出功率與負載消耗功率相匹配及負載呈阻性時，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方法，這樣就消除了相位突變法存在的檢測盲區，大大提高了孤島檢測的有效性。
1 孤島檢測原理分析
    圖1所示為分布式電源經逆變器并入大電網的孤島檢測系統模型。采用并聯RLC表示本地負載。

    正常并網運行時，負載消耗功率為：
    
2 基于改進電壓/頻率正反饋的檢測方法
2.1 基于改進電壓/頻率正反饋檢測方法的基本原理
    相位突變方法檢測速度快、方法簡單、容易實現。但該方法與其他被動檢測方法相類似，其孤島檢測盲區較大。當DG系統輸出功率與負載消耗功率相匹配時，相位突變未超出檢測閾值，導致檢測失敗。
    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方法能夠解決DG系統輸出功率與負載消耗功率相匹配情況下的孤島檢測，但這兩種方法由于需要向系統注入擾動，對系統的電能質量影響較大，并且在大多數情況下，DG系統輸出功率與負載消耗功率一般是不匹配的。因此，本文將這三種方法相結合形成改進的電壓/頻率正反饋檢測方法，該方法在DG系統輸出功率與負載消耗功率不匹配時使用電壓相位突變方法，在DG系統輸出功率與負載消耗功率相匹配時使用電壓-有功正反饋/基于無功-頻率下垂特性的正反饋無功擾動方法。該改進方法減小了電壓相位突變方法單獨使用時的檢測盲區（即系統功率匹配），并有效降低了單獨使用電壓-有功正反饋/基于無功-頻率下垂特性的正反饋無功擾動方法對電能質量的影響。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一起應用，既檢測DG系統輸出電壓的變化，又檢測頻率的變化，只要其中任一個檢測量超出閾值，就可以檢測出孤島，提高了孤島檢測的速度。
    基于改進電壓/頻率正反饋檢測方法系統框圖如圖2所示。可以分以下兩種情況說明。

    （1）DG系統輸出功率與負載功率不匹配：選用相位突變模塊，通過控制裝置實時檢測Pcc點電壓與DG系統輸出電流之間的相位差是否超過閾值來判定孤島狀態。這時應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模塊，這樣去掉反饋后，就減小了對DG系統輸出電能質量的影響。
    （2）DG系統輸出功率與負載功率相匹配：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模塊，這時通過對系統有功功率及無功功率的擾動，使電壓幅值和頻率發生偏移，一旦檢測到電壓幅值或頻率超出檢測閾值，即可斷定系統發生了孤島。
2.2 仿真分析

    本文通過Matlab軟件搭建仿真模型進行分析，大電網用3個并聯的交流電壓源來模擬，其額定電壓為311 kV；隔離變壓器電網側為D1，逆變器側為Yg：電壓比為380 V/275 V，額定容量為25 kVA；DG側直流電源電壓為650 V，逆變器開關頻率 2 700 Hz，并網逆變器采用IGBT/Diodes器件；LCL濾波器參數設置：L1=L2=2 mH，C=20 μF；線路參數設置：R=1.2 Ω，L=1 mH；本地負載采用RLC并聯，有功功率為10 kW，無功功率為1 kVar。
2.2.1 DG系統輸出功率與負載功率不匹配
    仿真系統在1 s時發生斷網，此時DG系統孤島運行。當負載的有功消耗PR=10 kW，DG系統輸出有功功率P=12 kW時，系統有功功率不匹配，當發生孤島時，Pcc點電壓就會迅速變化，如圖3~圖5所示。

    DG系統在1 s發生孤島時，由于DG系統輸出電壓受負載電流和本地負載的影響，其電壓幅值將發生變化，超過電壓越限元件的閾值（U>1.1Un），這時系統很容易就檢測到發生的孤島，如圖3所示。由圖4可知，系統頻率變化不是很大。從圖5相位突變模塊的輸出信號中可以看到DG系統在接近于1.03 s時檢測信號由0跳變為1，此時成功地檢測到發生的孤島。
2.2.2 DG系統輸出功率與負載功率相匹配
    （1）無反饋時的仿真結果
    系統在1 s時斷開，DG系統處于孤島狀態。當負載的有功消耗PR=10 kW，DG系統輸出有功功率P=10 kW，負載的無功消耗QLC=1 kVar，DG系統輸出有功功率Q=1 kVar時，DG系統輸出的功率與負載消耗功率相匹配。假如此時不加入反饋，DG系統輸出電壓的變化將會很小，導致檢測不到發生的孤島，如圖6~圖8所示。

    當1 s發生孤島時，DG系統輸出電壓、系統頻率沒有發生明顯變化，如圖6~圖7所示，此時系統將不能檢測到發生的孤島。從圖8中可以看到檢測控制信號沒有發生跳變，說明這時僅依靠相位突變方法將檢測不出孤島狀態，即出現了檢測盲區。
    （2）有反饋時的仿真結果
    DG系統在1 s發生孤島。此時系統中加入電壓—有功正反饋/基于無功—頻率下垂特性的正反饋無功擾動模塊的仿真波形如圖9、圖10所示。

    從圖9可看出，當DG系統在1 s斷開后，由于加入反饋的作用，使DG系統輸出電壓幅值不斷發生變化，直到超出超過電壓越限元件的閾值（U<0.88Un），這時很容易就檢測到發生的孤島。由圖10所示，在近似1.17 s時頻率大于50.5 Hz，超出了頻率越限元件的動作范圍（f>50.5 Hz），從而檢測出發生的孤島。
    通過以上分析，在DG系統輸出功率與負載消耗功率不匹配的情況下，改進電壓/頻率正反饋孤島檢測方法能夠快速地檢測到孤島，并且該方法是利用相位突變被動檢測，并沒有在系統中引入擾動，減小了對系統電能質量的影響；在DG系統輸出功率與負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模塊，可以檢測到發生的孤島。這時該檢測方法同時監測電壓、頻率兩個變量，提高了檢測速度，并且減小了單獨使用相位突變檢測方法時存在的檢測盲區。
    為了減小傳統的孤島檢測方法的檢測盲區，本文提出了基于改進電壓/頻率正反饋的孤島檢測方法。通過Matlab仿真證明，該方法不僅檢測靈敏度高、無檢測盲區、對電能質量影響小，而且檢測速度滿足要求。
參考文獻
[1] 郭小強，趙清林，鄔偉揚.光伏并網發電系統孤島檢測技術[J].電工技術學報，2007，22(4)：157-162.
[2] MAHAT P,Chen Zhe，JENSEN B B，et al.Review of  islanding detection methods for distributed generation[C]. Proceedings of Third International Conference on Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies，Nanjing，2008.
[3] 夏向陽，唐衛波，毛曉紅.分布式發電系統的主動式孤島檢測[J].中南大學學報(自然科學版)，2012，43(7)：2662-2667.
[4] 陳少杰，錢蘇翔，熊遠生，等.相位突變結合電壓擾動在孤島檢測中應用[J].電力電子技術，2012，46(6)：7-9.
[5] 魏明，康強.基于dq變換和正反饋的孤島效應檢測策略[J].電測與儀表，2009，46(524)：5-7.
[6] 鄧中原.分布式發電孤島檢測方法研究[D].天津：天津大學，2010.
[7] 劉鋼，盧繼平，喬梁，等.基于無功-頻率下垂特性的無功擾動法在孤島檢測中的應用[J].電力系統保護與控制,2012，40(17)：88-93.