光伏并网发电系统的孤岛检测(2)

3.2 被动式孤岛检测方法

被动式孤岛检测方法主要是根据公共耦合a点的电量参数变化来判定是否发生孤岛。由于被动孤岛检测方法的检测阀值难以设定、存在检测盲区和受负载干扰大等原因，被动检测只能作为孤岛检测的辅助方法，从而进一步提出了主动检测方法。

3.3主动式孤岛检测方法

主动检测法的思想是：对逆变器输出的电压、电流等电量实施扰动，监测电路的响应情况，从而判断逆变器是否与电网相连。

(1) 通过加入扰动量

通过加入扰动量，监测逆变器输出电路的阻抗变化来判断是否产生孤岛现象。（欧盟标准EN50330-1规定阻抗变化1欧姆即可认为孤岛产生，需在5s内切断电网。）

·功率扰动法：对逆变器的输出电流值进行扰动，检测公共点电压跟随变化的情况，从而判断电网是否存在。单机并网运行时，盲区很小。多机并网运行时，由于多机扰动不同步，稀释了扰动效果，影响检测效果，因此只适用于单机小规模系统。

·特异信号注入法：这种方法需要复杂的信号处理技术，适合用于信号带宽有限的情况。由于注入的信号多为次谐波，当信号过大时将降低变压器等设备的性能。多系统并联时同样存在稀释效应。

(2)输出电压正反馈

对逆变器的输出电流有效值施加正反馈，使电网断开后，公共点电压能很快地偏离正常范围，检测出孤岛状态。此方法虽然不影响电能质量，但会造成功率损失，并且扰动周期比较长，孤岛检测时间较慢，不适合快速动作。

(3)主动频率或相位偏移

逆变器对输出电流的频率或相位做正反馈扰动。在电网断开后，将公共点频率快速推离正常范围。该方法具有对电能质量影响小，易于实现等优点，多机并网系统中同样有效。

4主动频率式孤岛检测

前文比较分析了各种主动检测法的优劣，其中阻抗检测法在多机并联运行时存在稀释效应。其余的主要集中在扰动逆变器的输出电参量不断偏移直至触发相应的保护。参考逆变器输出电流的表达式：

 （1）

可得可施加扰动的量有：电流幅值、电流频率、电流相位，以此产生了基于幅值的扰动，代表算法为电压正反馈法(Sandia Voltage Shift,SVS)；基于频率的扰动，代表算法为主动频率偏移法(Auto Frequency Drift,AFD)。其中，SVS法对能量有损失，而AFD法在对输出电能质量干扰较小的情况下即可有效检测出孤岛，且在多机运行下同样有效，因而成为本文研究的重点。

4.1 主动移频孤岛检测原理

主动频率偏移法通过采样公共节点a处的频率，将逆变器的输出电流频率偏移，使负载端电压频率扰动，如图2所示。调整输出电流的频率使其比电压频率略高，直到电压过零点到来，电流才开始下一个半波。当市电断电后，公共点电压的频率受电流频率的影响而偏离原值，超过正常范围即可检测出孤岛。

图2主动移频法的电流波形

图2中，Va为公共点电压，并网运行时即为电网电压，Tv是是对应的周期，i为逆变器输出电流，tz为电流截断时间，i1为i的基波分量。定义cf=2tz/Tv为截断系数，通过傅立叶分析可得i1超前i的相位为ωtz/2（弧度），定义其为主动移频角θ_AFD，即：

（2）

定义θ_load为负载电流超前电压的角度，即：

（3）

图3   品质因数为2.5，谐振频率不同

由图3可知，当负载的谐振频率f0小于电网频率时，并网时负载呈容性；当负载的谐振频率f0大于电网频率时，并网时负载呈感性。并网逆变器一般控制为单位功率因数。当电网正常时，公共点电压频率受电网电压钳制。当电网失压后，有等效模型如图4所示，从中可以看到频率（或相位）信号经历了PLL和AFD算法两部分。

图4 主动移频孤岛检测断网后等效框图

系统通过锁相环令输出电流跟踪公共点电压相位，以锁相环鉴相点为周波起始时刻，由图2和图4可导出如下关系式：

(4)

其中，[m]表示当前量，[m-1]表示上一周期的量。锁相环输入为Va和i之间的相位差B。由式(4)可得，若B大于0，则i滞后Va，将增大输出电流频率，它将阻止频率继续上升；若B小于0，则i超前Va，系统将减小输出频率，将阻止频率继续下降；若B=0，则

（5）

系统将保持上周输出频率不变，即到达稳定运行状态，当频率越限时，孤岛即被检测出来，否则就进入检测盲区。式（5）为相角判断依据。