4 光伏發電系統孤島檢測方法分析

　　反孤島效應的關鍵是電網斷電的檢測，且檢測時間越短效果越好。在電網的配電開關斷開時，如果太陽能供電系統和電網負載需求量不平衡，則市電網中的電壓、頻率和相位將會產生較大的變動，此時可以利用電網電壓的過/欠壓保護和頻率異常波動來保護檢測電網斷電，從而防止孤島效應。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，系統的電氣量一般都會發生變化。被動式檢測方法就是通過檢測并網系統與電網的公共耦合點（pcc）處的電壓、頻率以及相位的變化來判斷是否有孤島發生的。發生孤島現象的系統一般會產生功率的變化：有功功率的不匹配會產生電壓量的變化，無功功率的不匹配則會導致頻率的變化。當變化超出我們設定的閾值，就可以認為是產生了孤島。被動式檢測方法不需要加入任何擾動，對電網無干擾，且對輸出電能的質量無影響，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

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

　　4.1.2 相位突變檢測

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

　　4.1.3 電壓諧波檢測

　　如圖1所示，pv系統并網工作時，其輸出電流諧波將通過a點流入電網。由于電網的網絡阻抗很小，因此a點電壓的總諧波畸變率通常較低。電網斷開后，pv系統輸出的電流諧波流入負載。由于負載阻抗通常要比電網阻抗大得多，因此a點電壓（諧波電流與負載阻抗的乘積）將產生很大的諧波，故可以通過檢測電壓諧波或諧波的變化來判斷pv系統是否處于孤島狀態。但在實際應用中，由于非線性負載等因素的存在，電網電壓諧波很大，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，對電力系統無諧波影響等優點。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。由于并網逆變系統本身的輸出也會有波動；電網自身也與理想情況有差異；某些用電負荷的啟停也會對頻率、電壓產生影響；當用電負荷和并網系統功率匹配時，檢測盲區較大；多臺并網逆變系統同時運行時相互之間也會產生影響，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）的響應情況判斷是否發生孤島現象的。正常工作時，由于電網的作用系統檢測不到這些擾動，一旦電網斷電，加入的擾動信號一般通過正反饋快速進行累積使電壓、頻率或相位超出允許的閾值范圍，從而檢測出孤島現象的發生。主動式檢測方法檢測精度高，檢測盲區小，但是由于加入了擾動信號，降低了逆變器的輸出電流質量，增加了系統的總諧波失真度（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，在電網周期開始時發出正弦波電流，這樣輸出電流的頻率和電網電壓的頻率存在一定的誤差f（△f在并網標準允許范圍內），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，系統保持這一時間差和電網周期的比值△t。當電網正常工作時，由于逆變器電流被鎖相環鎖相，系統的比值△t保持固定值。當電網出現故障時，逆變器輸出端的電壓頻率產生突變，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，直到逆變器輸出電壓頻率超出門限值，從而觸發孤島效應的保護電路動作，切斷逆變器與電網的連接。

　　對于并聯的rcl負載，無論負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設的閾值，那么，系統將無法檢測到孤島現象的產生［2］。