光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中孤島效應(yīng)是亟待解決的重點和難點問題，我國于2005年11月發(fā)布關(guān)于光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求的國家標準，其中就對孤島檢測提出了明確要求。所謂孤島效應(yīng)，根據(jù)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(wǎng)系統(tǒng)中，當主體電網(wǎng)由于電氣故障、停電檢修或其他人為因素中斷供電時，各個并網(wǎng)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(wǎng)技術(shù)要求與配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運作制度有關(guān)，不同國家對并網(wǎng)技術(shù)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(yīng)發(fā)生機理分析
    光伏并網(wǎng)時的結(jié)構(gòu)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(wǎng)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(wǎng)側(cè)的檢測方法，利用電網(wǎng)側(cè)自身的監(jiān)控系統(tǒng)檢測到電網(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。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(wǎng)絡(luò)監(jiān)控數(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盲區(qū)、可靠性好，但由于需要的設(shè)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(shù)法是指在并網(wǎng)逆變器側(cè)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(wǎng)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(chǔ)。根據(jù)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(wǎng)運行時，PCC點的電壓受電網(wǎng)電壓所鉗位，此時逆變器輸出電流與電網(wǎng)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(shè)定的閾值范圍。逆變器并網(wǎng)運行PCC點與電網(wǎng)的THD基本相等，而電網(wǎng)斷開后由于負載阻抗比電網(wǎng)阻抗大得多，因此會在公共點產(chǎn)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(jù)為dP/dt的輸出功率變化率檢測法；判據(jù)為df/dt的頻率變化率檢測法ROCOF(Rate of Change of Frequency)；判據(jù)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(jù)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)斷開時迅速越限。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(yù)設(shè)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(yīng)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(wǎng)工作的電流THD 僅為1.61%，對電能質(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(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)實際情況權(quán)衡利弊，把主動法和被動法有機結(jié)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(jié)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(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(jié)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(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中孤島檢測方法，綜合經(jīng)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(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。由于孤島檢測技術(shù)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(wǎng)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(yīng)用相對比較多，三相并網(wǎng)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(yīng)不會僅僅局限于如何防護，利用孤島效應(yīng)將會使光伏并網(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。
參考文獻
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