1、研究背景
分布式電源(DG)的孤島現(xiàn)象，是指當(dāng)主電網(wǎng)失壓時，DG仍保持對失壓電網(wǎng)的部分線路繼續(xù)供電的運行狀態(tài)。孤島檢測是DG并網(wǎng)的基本要求。然而，由于電網(wǎng)與DG運行的互動性和復(fù)雜性，孤島檢測問題被視為當(dāng)前配電網(wǎng)保護(hù)領(lǐng)域的難題之一。鑒于分布式能源發(fā)展戰(zhàn)略在我國總體能源戰(zhàn)略中的重要地位和持續(xù)高速增長的DG滲透率，可靠實用的孤島檢測方法研究對含DG的現(xiàn)代配電網(wǎng)的運行具有重要意義。
2、現(xiàn)有孤島檢測方法方案比較
現(xiàn)有孤島檢測方法可分為本地檢測法和遠(yuǎn)程檢測法。本地檢測法可進(jìn)一步分為被動檢測法和主動檢測法。其中，被動檢測法是基于DG側(cè)直接測量的并網(wǎng)點電氣量變化判斷孤島是否發(fā)生;主動檢測法是在DG的輸出端疊加小擾動，測量并網(wǎng)點電氣量的變化，判斷孤島是否發(fā)生。遠(yuǎn)程檢測法則利用通信手段，接收主網(wǎng)側(cè)斷路器分?jǐn)嘈纬晒聧u信息，實現(xiàn)孤島判斷。
相較而言，本地檢測法成本低廉，受到工業(yè)界的廣泛歡迎，具備大規(guī)模推廣應(yīng)用潛力。然而，根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用的實際情況表明，本地檢測法在系統(tǒng)發(fā)生負(fù)荷擾動或故障擾動時可靠性較低。雖然遠(yuǎn)程檢測法原理簡明清晰，但是受到經(jīng)濟(jì)條件的約束，目前尚不具備大量推廣應(yīng)用的可行性。另外，遠(yuǎn)程傳輸?shù)男盘枙芟到y(tǒng)故障產(chǎn)生的干擾影響而導(dǎo)致孤島檢測失誤。
3、研究思路
為保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，輸電網(wǎng)的斷路器普遍采用分相操作。近年來，配網(wǎng)用分相操作斷路器也已出現(xiàn)，ABB公司的Padmount系列斷路器和GridShield系列重合器工作電壓34.5kV，分?jǐn)嚯娏骺蛇_(dá)12.5kA，均支持單相操作。在應(yīng)用方面，美國的一些配電網(wǎng)在2004年已開始試點應(yīng)用分相操作斷路器。
由于主網(wǎng)側(cè)斷路器的分?jǐn)嗍枪聧u形成的直接原因，受利用電力線載波通信的孤島檢測方法和配電線路無通道保護(hù)的啟發(fā)，本文提出了主網(wǎng)側(cè)斷路器分相操作，DG側(cè)基于電氣量感知斷路器動作，判斷孤島形成的研究思路。
4、技術(shù)原理與方案
基于分相操作斷路器，本文以先分?jǐn)嘀骶W(wǎng)側(cè)A相線路，經(jīng)過一定時間延時(初步定為60ms)后再分?jǐn)郆,C相線路為例分析孤島檢測技術(shù)方案。在此過程中，DG側(cè)電氣量具有下述特征：
特征1：孤島形成前，主網(wǎng)和DG共同給本地負(fù)荷供電，DG側(cè)三相電壓運行穩(wěn)定。相應(yīng)地，DG側(cè)負(fù)序電壓分量V2很小或等于0。當(dāng)A相斷路器動作后，DG側(cè)三相系統(tǒng)不再對稱，DG側(cè)將產(chǎn)生V2，并持續(xù)一定時間。當(dāng)三相斷路器完全分?jǐn)嗪螅鬌G側(cè)三相重新平衡，V2將消失。
特征2：孤島形成前DG側(cè)三相電壓穩(wěn)定。孤島形成時，當(dāng)斷路器僅分?jǐn)郃相線路，VA將發(fā)生變化，圍繞額定值升高或降低。當(dāng)三相線路全部分開、孤島形成后，VB和VC也將跟隨VA偏離額定值，并且，VB和VC的偏離方向?qū)⑴cVA保持一致。
圍繞上述兩個特征，本文提出的孤島檢測方案流程如圖1所示(詳細(xì)的方案描述請參見原文)。
圖1 孤島檢測流程圖
5、仿真驗證
本文的仿真采用PSCAD/EMTDC。測試場景包括孤島形成、負(fù)荷擾動和故障擾動等。仿真所得到的孤島檢測結(jié)果如圖2所示。結(jié)果表明：所提方案在0.1s內(nèi)檢測出孤島。其他測試結(jié)果同樣表明所提方案的有效性、可靠性(具體測試結(jié)果請參見原文)。
圖2 孤島檢測波形
6、結(jié)語
DG及其他主動式負(fù)荷的廣泛接入將對配電網(wǎng)的管控產(chǎn)生重大變革。效果突出、成本適宜的孤島檢測方法和技術(shù)無疑將極大促進(jìn)現(xiàn)代配電網(wǎng)的發(fā)展。本文提出了一種一次設(shè)備和二次設(shè)備協(xié)調(diào)配合的孤島檢測方法。該方法利用一次設(shè)備靈活的動作方式，“發(fā)布”相關(guān)電氣信息，下游DG側(cè)二次設(shè)備基于電氣信息的變化來判斷系統(tǒng)運行狀態(tài)。