并網(wǎng)逆變器孤島檢測研究

1、武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）并網(wǎng)逆變器孤島檢測研究學(xué)院（系）：自動(dòng)化學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)：電氣1103班學(xué)生姓名：吳字強(qiáng)指導(dǎo)教師：黃亮學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級(jí)優(yōu)秀學(xué)士論文評(píng)選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文

2、的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于1、保密囗，在年解密后適用本授權(quán)書2、不保密囗。（請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“”）（宋體小四號(hào)）作者簽名：年月日導(dǎo)師簽名：年月日摘要隨著社會(huì)的發(fā)展，人口不斷增多，資源利用率增長，隨之也出現(xiàn)許多不良的現(xiàn)象，導(dǎo)致化石能源危機(jī)，并且會(huì)日益嚴(yán)重的危害自然環(huán)境，能源危機(jī)對(duì)消費(fèi)者以及社會(huì)造成許多深遠(yuǎn)的影響。于是越來越多的可再生新能源和其利用技術(shù)開始不斷出現(xiàn)和發(fā)展，太陽能、風(fēng)能等清潔且存量巨大的可再生能源出現(xiàn)在人類的視野中。電能緊缺一直是一個(gè)非常嚴(yán)峻的問題，光伏并網(wǎng)發(fā)電有望在未來緩解這一緊張的局面，基于并網(wǎng)

3、的分布式發(fā)電技術(shù)將會(huì)是電力行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向。但當(dāng)越來越多的光伏發(fā)電系統(tǒng)并接入電網(wǎng)時(shí)，當(dāng)電網(wǎng)由于故障或者其他問題而斷網(wǎng)時(shí)，就會(huì)容易產(chǎn)生孤島現(xiàn)象。一旦孤島效應(yīng)在分布式發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)生，將會(huì)對(duì)維修人員產(chǎn)生傷害，同時(shí)會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。所以研究怎樣能夠快速的檢測到并網(wǎng)系統(tǒng)是否產(chǎn)生孤島效應(yīng)以及相對(duì)其作出反應(yīng)就具有了非常重要的意義。本文首先對(duì)分布式發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)說明，進(jìn)而引出分布式發(fā)電系統(tǒng)的孤島問題，并對(duì)孤島效應(yīng)的危害，國內(nèi)外的保護(hù)問題進(jìn)行了闡述，接著重點(diǎn)說明了孤島效應(yīng)的檢測問題以及各個(gè)保護(hù)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，最后對(duì)檢測的評(píng)估方法進(jìn)行了介紹并同時(shí)給出了主動(dòng)式孤島檢測AFD的仿真。關(guān)鍵詞：能源分布式發(fā)電

4、系統(tǒng)孤島效應(yīng)主動(dòng)式ABSTRACTGrowing with the development of the society, population, resource utilization, then also appeared many undesirable phenomenon, cause the fossil energy crisis, and will be increasingly serious harm the natural environment, the energy crisis caused many profound influence to the consu

5、mers and society. So more and more new energy and renewable development began to appear constantly, and the use of technology, solar energy, wind energy and other clean and huge stock of renewable energy in the human vision. Electricity shortage has been a very serious problem, photovoltaic (pv) gri

6、d generation is expected to alleviate the tense situation in the future, based on the interconnection of distributed power generation technology will be an important direction of the electric power industry development.But when more and more of the photovoltaic power generation system and connected

7、to the power grid, when the grid broken network, due to failures or other problems will be easy to generate island phenomenon. Once the islanding in distributed generation systems, will cause harm to maintenance personnel, at the same time will affect the stable operation of the system. So the resea

8、rch of how to quickly detect islanding grid system is and relative to its response has the very vital significance.Firstly the distributed generation system were described in detail, which leads to the silos of the distributed generation system, and the harm of islanding, protection at home and abro

9、ad are described, and then mainly explains the advantages and disadvantages of islanding detection and protection method, finally on the detection of the evaluation method are introduced and at the same time, we give the simulation of active islanding detection AFD.KEYWORDS：energy;the distributed ge

10、neration system;island effects;Active type目錄第一章緒論11.1研究背景11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.2.1 分布式發(fā)電系統(tǒng)11.2.1.1 分布式發(fā)電系統(tǒng)的概念11.2.2.2 分布式發(fā)電的應(yīng)用與發(fā)展前景21.2.2孤島效應(yīng)的研究現(xiàn)狀31.2.2.1 孤島形成原因31.2.2.2 孤島效應(yīng)的危害31.2.2.3 孤島效應(yīng)檢測標(biāo)準(zhǔn)41.3本文選題意義及主要研究內(nèi)容5第二章被動(dòng)式檢測法72.1 孤島產(chǎn)生的機(jī)理研究72.1 現(xiàn)有被動(dòng)式孤島檢測技術(shù)92.1.1 過/欠電壓孤島檢測法1192.1.2 過/欠頻率孤島檢測法112.1.3 基于相位跳變的孤島檢測法

11、122.1.4 基于電壓諧波測量的孤島檢測法12第三章主動(dòng)式孤島檢測技術(shù)143.2.1 有源頻率偏移法（AFD）143.2.2 滑模頻移檢測法（SMS）153.2.3 Sandia頻率漂移孤島檢測發(fā)（SFS）173.2.4 基于功率擾動(dòng)的孤島檢測法173.2.4.1 有功功率擾動(dòng)法173.2.4.2 無功功率擾動(dòng)法18第四章現(xiàn)有孤島檢測技術(shù)的評(píng)估分析和仿真194.3 檢測盲區(qū)及有效性分析194.3.1 基于坐標(biāo)系的有效性評(píng)估194.3.2基于坐標(biāo)系的有效性評(píng)估204.3.2.1 基于坐標(biāo)系的孤島檢測相位判據(jù)204.3.2.2 主動(dòng)移頻式檢測方案（AFD）的NDZ分析214.4 AFD仿真設(shè)計(jì)2

12、24.5 孤島檢測方案總結(jié)23結(jié)束語24參考文獻(xiàn)25致謝26第一章緒論1.1 研究背景人類的生存和發(fā)展離不開能源。由于對(duì)能源的需求在不斷增長，化石能源儲(chǔ)量已難以滿足人類的需要。1973年爆發(fā)全球石油危機(jī)后，傳統(tǒng)的燃料能源已難以為繼。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球有20多億人得不到正常的能源供應(yīng)，而在中國，如果能源保持目前的消費(fèi)速度，50年后國內(nèi)現(xiàn)有能源儲(chǔ)量全部消耗完。預(yù)計(jì)到2020年后，中國每年有超過4億噸的石油消耗量及2千億立方米的天然氣的消耗量，其中，一半以上的石油將依賴進(jìn)口。另一方面，在開采、運(yùn)輸和使用過程中，傳統(tǒng)的化石能源均會(huì)對(duì)空氣和人類的生存環(huán)境造成嚴(yán)重污染1。據(jù)有關(guān)資料，化石燃料的大量使用已經(jīng)給

13、人類生存的環(huán)境帶來了嚴(yán)重后果。目前，全世界每天產(chǎn)生的溫室效應(yīng)氣體約1億噸，造成了極其嚴(yán)重的大氣污染，同時(shí)地球表面的溫度也因溫室效應(yīng)在逐年升高；溫室效應(yīng)的加劇還使得今年來地球南、北極的冰雪融化開始加速，其罪魁禍?zhǔn)资悄茉慈紵龝r(shí)排放的二氧化碳?xì)怏w。據(jù)專家分析，如果這種趨勢不加以控制，未來若干年，海平面將上升幾米，從而極大地威脅到人類四分之一的生活空間。另外，環(huán)境惡化產(chǎn)生的“黑洞”會(huì)使人類面臨紫外線的直接照射。正是在這樣的背景下，各種緩解能源危機(jī)及環(huán)境保護(hù)的政策在世界各國紛紛出臺(tái)。1972年的6月5日，在瑞典的首都斯德哥爾摩，聯(lián)合國召開了第一次關(guān)于環(huán)境保護(hù)的會(huì)議，并設(shè)立環(huán)境保護(hù)規(guī)劃署，從此，環(huán)境保護(hù)成

14、為聯(lián)合國及各國政府的重要議題，每年六月五日被規(guī)定為世界的環(huán)境保護(hù)日，“世界上只有一個(gè)地球”，“地球是你我的共同家園”，“讓地球充滿生機(jī)”這些環(huán)?？谔?hào)反應(yīng)了全人類共同的心聲2。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 分布式發(fā)電系統(tǒng)1.2.1.1 分布式發(fā)電系統(tǒng)的概念現(xiàn)全世界供電系統(tǒng)是以大機(jī)組、大電網(wǎng)、高電壓為主要特征的集中式單一供電系統(tǒng)。雖然全世界90%的電力負(fù)荷都由這種集中單一的大電網(wǎng)供電，但是當(dāng)今社會(huì)對(duì)能源與電力供應(yīng)的質(zhì)量與安全可靠性要求越來越高，大電網(wǎng)由于自身的缺陷已經(jīng)不能滿足這種要求。由于大電網(wǎng)中任何一點(diǎn)的故障所產(chǎn)生的擾動(dòng)都會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)造成較大影響，嚴(yán)重時(shí)可能引起大面積停電甚至是全網(wǎng)崩潰，造成

15、災(zāi)難性后果，這樣的事故在國外時(shí)有發(fā)生；而且這種大電網(wǎng)又極易受到戰(zhàn)爭或恐怖勢力的破壞，嚴(yán)重時(shí)將危害國家的安全，如科索沃戰(zhàn)爭和海灣戰(zhàn)爭等；另外集中式大電網(wǎng)還不能跟蹤電力負(fù)荷的變化，而為了短暫的峰荷建造發(fā)電廠其花費(fèi)是巨大的，經(jīng)濟(jì)效益也非常低。根據(jù)西方國家的經(jīng)驗(yàn)，大電網(wǎng)系統(tǒng)和分布式發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合是節(jié)省投資，降低能耗，提高系統(tǒng)安全性和靈活性的主要方法。分布式發(fā)電指的是在用戶現(xiàn)場或靠近用電現(xiàn)場配置較小的發(fā)電機(jī)組(一般低于30MW)，以滿足特定用戶的需要，支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，或者同時(shí)滿足這兩個(gè)方面的要求。這些小的機(jī)組包括燃料電池，小型燃?xì)廨啓C(jī)，小型光伏發(fā)電，小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電，或燃?xì)廨啓C(jī)與燃料電池的混合

16、裝置。由于靠近用戶提高了服務(wù)的可靠性和電力質(zhì)量。技術(shù)的發(fā)展，公共環(huán)境政策和電力市場的擴(kuò)大等因素的共同作用使得分布式發(fā)電成為新世紀(jì)重要的能源選擇。在電力行業(yè)今后的發(fā)展過程中，分布式發(fā)電將成為一個(gè)重要的方向。分布式發(fā)電和集中供電系統(tǒng)的配合應(yīng)用有很多優(yōu)點(diǎn)3，分布式發(fā)電系統(tǒng)中各電站相互獨(dú)立，用戶由于可以自行控制，不會(huì)發(fā)生大規(guī)模停電事故，所以安全可靠性比較高；分布式發(fā)電可以彌補(bǔ)大電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的不足，在意外災(zāi)害發(fā)生時(shí)繼續(xù)供電，已成為集中供電方式不可缺少的重要補(bǔ)充；可對(duì)區(qū)域電力的質(zhì)量和性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，非常適合向農(nóng)村、牧區(qū)、山區(qū)，發(fā)展中的中、小城市或商業(yè)區(qū)的居民供電，可大大減小環(huán)保壓力；分布式發(fā)電的輸配電

17、損耗很低，甚至沒有，無需建配電站，可降低或避免附加的輸配電成本，同時(shí)土建和安裝成本低；可以滿足特殊場合的需求，如用于重要集會(huì)或慶典的(處于熱備用狀態(tài)的)移動(dòng)分散式發(fā)電車；調(diào)峰性能好，操作簡單，由于參與運(yùn)行的系統(tǒng)少，啟停快速，便于實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)。1.2.2.2 分布式發(fā)電的應(yīng)用與發(fā)展前景隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)供電質(zhì)量提出了更高要求，我國集中式供電系統(tǒng)建設(shè)在規(guī)模和質(zhì)量上都取得了很大的發(fā)展，這種法陣所帶來的安全性問題不容忽視。由于各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展很不平衡，對(duì)于廣大經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的農(nóng)村地區(qū)來說，特別是農(nóng)牧地區(qū)和偏遠(yuǎn)山區(qū)，要形成一定規(guī)模的、強(qiáng)大的集中式供配電網(wǎng)需要巨額的投資和很長的時(shí)間周期，能源供應(yīng)嚴(yán)重制約這些

18、地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。而分布式發(fā)電技術(shù)則剛好可以彌補(bǔ)集中式飯店的這些局限性。在我國西北部廣大農(nóng)村地區(qū)風(fēng)力資源十分豐富，像內(nèi)蒙古已經(jīng)形成了年發(fā)電量1億kWh的電量，除自用外，還可送往北京地區(qū)，這種無污染綠色能源可以減輕當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境污染。在可再生能源分布式發(fā)電系統(tǒng)中的除風(fēng)力發(fā)電外，還有太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、中小水電等都是解決我國偏遠(yuǎn)地區(qū)缺電的良好辦法。因此，應(yīng)引起足夠的重視。在我國城鎮(zhèn)，分布式發(fā)電技術(shù)作為集中供電方式技術(shù)不可缺少的重要補(bǔ)充，將成為未來能源領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。而在分布式發(fā)電技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛、前景最為明朗的，應(yīng)該首推熱電冷三聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，因?yàn)閷?duì)于中國大部分地區(qū)的住宅、商業(yè)大樓、醫(yī)院、公用建筑、

19、工廠來說，都存在供電和供暖或制冷需求，很多都配有備用發(fā)電設(shè)備，這些都是熱電冷三聯(lián)產(chǎn)的多目標(biāo)分布式供能系統(tǒng)的廣闊市場。國外近年來分布式發(fā)電技術(shù)的發(fā)展更加迅速。在美國，容量為1kW到10MW分布式電源發(fā)電和儲(chǔ)能單元正在成為未來分布式供能系統(tǒng)的有用單元。由于分布式電源的高可靠性、高質(zhì)量、高效率以及靈活性，故可滿足工業(yè)、商業(yè)、居住和交通應(yīng)用的一系列要求。預(yù)計(jì)幾年后，新一代的微汽輪機(jī)(10250kW)可以完全商業(yè)化，為調(diào)峰和小公司余熱發(fā)電提供了新機(jī)會(huì)。在丹麥、挪威、芬蘭等北歐國家，分布式發(fā)電現(xiàn)有的裝機(jī)容量已達(dá)到其裝機(jī)總?cè)萘康?0%。1.2.2孤島效應(yīng)的研究現(xiàn)狀1.2.2.1 孤島形成原因孤島問題是分布式

20、發(fā)電系統(tǒng)中存在的一個(gè)基本的問題。所謂孤島（也稱孤島效應(yīng)）是指：在與電網(wǎng)并聯(lián)的分布式發(fā)電系統(tǒng)中，當(dāng)主電路應(yīng)供電故障等原因而使電網(wǎng)與分布式發(fā)電系統(tǒng)斷開時(shí)，各用戶端的并網(wǎng)分布式發(fā)電系統(tǒng)不能及時(shí)檢測出停電狀態(tài)從而將自身切離主電網(wǎng)絡(luò)，并形成由分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及與其相聯(lián)的本地負(fù)載所組成的自給供電的一個(gè)孤島發(fā)電系統(tǒng)。這種因故障跳閘等偶然因素所形成的孤島，稱為非計(jì)劃孤島。非計(jì)劃孤島產(chǎn)生的原因很多，一旦發(fā)生所帶來的危害也很大。1.2.2.2 孤島效應(yīng)的危害若分布式發(fā)電裝置沒有對(duì)電壓和頻率調(diào)節(jié)的能力，且沒有安裝限制電壓及頻率偏移的保護(hù)繼電器，孤島發(fā)生后電壓和頻率會(huì)失去控制，發(fā)電系統(tǒng)中的電壓與頻率將會(huì)產(chǎn)生較大的波

21、動(dòng)，從而損壞電網(wǎng)和用電設(shè)備；如果重合閘過程中系統(tǒng)內(nèi)的分布式電源和電網(wǎng)不同步，則孤島系統(tǒng)重新接入電網(wǎng)會(huì)導(dǎo)致電路中的斷路器損壞，并且會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，從而損害孤島發(fā)電系統(tǒng)中分布式的發(fā)電裝置，甚至?xí)?dǎo)致電網(wǎng)的重合閘失效；孤島可能導(dǎo)致接地或相間短路等故障不能清除，從而導(dǎo)致電網(wǎng)設(shè)備損害，并電網(wǎng)供電系統(tǒng)的自動(dòng)、手動(dòng)恢復(fù)會(huì)受到干擾；孤島狀態(tài)下一些被認(rèn)為已經(jīng)和所有電源都斷開的線路可能會(huì)帶電，進(jìn)而給電網(wǎng)的維修人員及用戶帶來被電擊的危險(xiǎn)。因此，從用電安全和用電質(zhì)量等多方面考慮，孤島狀況是不允許出現(xiàn)的。所以，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)都應(yīng)具有檢測出孤島狀況并能快速有效停止并網(wǎng)運(yùn)行的能力。太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對(duì)于緩解傳統(tǒng)

22、能源緊張狀況，提高用戶供電質(zhì)量和可靠性具有雙重意義，而孤島效應(yīng)的檢測和研究其目的就在于充分保護(hù)和發(fā)揮分布式供電系統(tǒng)的這些優(yōu)良特點(diǎn)，最大限度的減輕孤島效應(yīng)所帶來的危害。1.2.2.3 孤島效應(yīng)檢測標(biāo)準(zhǔn)國際通行的光伏系統(tǒng)入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEEStd.2000-9294以及UL17415和分布式電站入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE15476，都對(duì)并網(wǎng)逆變器孤島檢測功能做出了要求。當(dāng)逆變輸出正常運(yùn)行時(shí)，與市電交接處的電壓所容許的誤差范圍應(yīng)符合IEEE929規(guī)范。下表為美國規(guī)范IEEE929與UL1741的電壓與頻率范圍限制表。表1-1 IEEEStd.2000-929/ UL1741對(duì)孤島效應(yīng)最大檢測時(shí)間的限制條件電壓/V

23、頻率/Hz最大限制時(shí)間欠壓(a)V50%f6周期欠壓(b)50%V88%f120周期正常88%V110%f正常操作過壓(a)110%V137%f120周期過壓(b)137%Vf2周期頻率過低Vf60.56周期正常V59.3f60.5正常操作德國則要求采用阻抗測量方案或ENS裝置，制定了標(biāo)準(zhǔn)G83，規(guī)定最大檢測時(shí)間不超過5s7。電壓與頻率方位限制如表1-2所示。表1-2 G83對(duì)孤島檢測時(shí)間的規(guī)定狀態(tài)電網(wǎng)斷開后電壓/V頻率/Hz最大限制時(shí)間AV90%f1.5sB90%V114.7%f1.5sDVf56.40.5sEV59.3f60.60.5s日本也制定了孤島檢測標(biāo)準(zhǔn)C84.1-19958，如表1

24、-3所示。表1-3 C84.1-1995對(duì)孤島檢測時(shí)間的規(guī)定狀態(tài)電網(wǎng)斷開后電壓/V頻率/Hz最大允許檢測時(shí)間AV0.86f100周波B0.86V1.10f100周波DV58.259.822sEV59.8260.12正常運(yùn)行FV60.1261.22s由于國內(nèi)外用電頻率和電壓上的區(qū)別，都有各自的孤島效應(yīng)檢測標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)逆變電源與市電并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，中國大陸市電頻率是50HZ，我國的光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求（GB/T 19939-20059）規(guī)定光伏系統(tǒng)并網(wǎng)后的頻率允許偏差值允許為Hz，當(dāng)超出頻率范圍內(nèi)，過/欠頻保護(hù)應(yīng)在0.2S內(nèi)將逆變電源與市電斷開，相應(yīng)的系統(tǒng)對(duì)檢測到宜昌電壓時(shí)所做出的反應(yīng)時(shí)間如表1-4所示。

25、同時(shí)還規(guī)定，在電網(wǎng)的電壓和頻率恢復(fù)到正常范圍后的20s5min，光伏系統(tǒng)不應(yīng)向電網(wǎng)送電，這一點(diǎn)區(qū)別于北美標(biāo)準(zhǔn)的至少延遲5min和德國標(biāo)準(zhǔn)的延遲20s。表1-4 電壓異常下的響應(yīng)（GB/T 19939-2005）公共點(diǎn)電壓最大分閘時(shí)間V50%0.1s50%V85%2.0s85%V110%繼續(xù)運(yùn)行110%V135%2.0s135%V0.05s1.3本文選題意義及主要研究內(nèi)容并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是新能源開發(fā)的熱點(diǎn)，涉及到光電材料學(xué)、電力電子學(xué)、以及大規(guī)模應(yīng)用時(shí)的電力工程學(xué)。本文針對(duì)分布式發(fā)電系統(tǒng)在并網(wǎng)條件下的孤島檢測技術(shù)進(jìn)行了研究，重點(diǎn)分析了目前廣泛使用的主動(dòng)移頻式并網(wǎng)孤島檢測技術(shù)和被動(dòng)式并網(wǎng)孤島檢測技

26、術(shù)，具體研究內(nèi)容如下：1）對(duì)基于并網(wǎng)逆變器的孤島檢測方法進(jìn)行了闡述，詳細(xì)介紹了各種被動(dòng)式本地孤島檢測法，重點(diǎn)分析了目前各種被動(dòng)式孤島檢測法的原理及其優(yōu)缺點(diǎn)。2）詳細(xì)介紹了各種主動(dòng)式本地孤島檢測法，重點(diǎn)分析了目前各種主動(dòng)式孤島檢測法的原理及其優(yōu)缺點(diǎn)。3）介紹了現(xiàn)有孤島檢測技術(shù)的評(píng)估分析，分析了基于和坐標(biāo)系的孤島檢測性能評(píng)估方法，重點(diǎn)給出了主動(dòng)頻率偏移法的檢測盲區(qū)邊界曲線的求取方法；給出了主動(dòng)式孤島檢測方法中的有源頻率偏移法（AFD）的仿真。第二章被動(dòng)式孤島檢測技術(shù)2.1 孤島產(chǎn)生的機(jī)理研究以圖2.1所示光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為例來分析孤島產(chǎn)生的機(jī)理。圖2.1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)圖2.1中，光伏并網(wǎng)發(fā)電系

27、統(tǒng)是由光伏陣列與逆變器所組成，該發(fā)電系統(tǒng)通過一個(gè)變壓器和斷路器K連到電網(wǎng)。電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，假定圖2.1系統(tǒng)中的逆變器處于單位功率因數(shù)的正弦波控制模式，本地負(fù)載用RLC并聯(lián)電路來模擬，并假設(shè)：光伏系統(tǒng)經(jīng)逆變器提供給本地負(fù)載的有功功率和無功功率分別是、，本地負(fù)載所需求的有功功率和無功功率分別是、。電網(wǎng)向負(fù)載提供的有功功率、無功功率分別為、。由能量守恒定理，圖中公共耦合點(diǎn)（PCC點(diǎn)）處功率流滿足：（2-1）由于逆變器采用單位功率因數(shù)控制模式，其輸出的無功功率等于零。所以電網(wǎng)一方面向本地負(fù)載提供所需的全部無功功率；另一方面在逆變器輸出有功功率比本地負(fù)載所需有功功率低時(shí)，向本地負(fù)載提供相應(yīng)有功功率，在逆

28、變器輸出有功功率比負(fù)載所需有功功率高時(shí)，多余的有功功率被電網(wǎng)吸收。（1） 有功功率失配在電網(wǎng)跳閘后對(duì)PCC點(diǎn)電壓幅值的影響光伏發(fā)電系統(tǒng)與本地負(fù)載有功功率匹配是指并網(wǎng)后本地負(fù)載所需有功功率均由逆變器提供，即，則處于有功功率失配狀態(tài)。圖2.1中光伏系統(tǒng)提供的有功功率為：（2-2）這里是PCC點(diǎn)電壓，是從光伏系統(tǒng)角度看其供電負(fù)載的等效電阻。斷網(wǎng)后，本地負(fù)載全部有功功率均有逆變器提供，若PCC點(diǎn)電壓因電網(wǎng)跳閘而改變，則得：（2-3）這里是因孤島而改變后的PCC點(diǎn)電壓，是PCC點(diǎn)電壓的該變量，是實(shí)際本地負(fù)載的電阻分量。由上面分析，可看成本地負(fù)載阻值、PCC點(diǎn)的電壓及其變化量的函數(shù)，即：（2-4）所以，光

29、伏發(fā)電系統(tǒng)與本地負(fù)載間的失配功率為：（2-5）將表達(dá)式帶入該式，得：（2-6）由該式可知，只要光伏發(fā)電系統(tǒng)與本地負(fù)載間功率失配，即，則，也就是PCC點(diǎn)電壓的幅值會(huì)因電網(wǎng)跳閘而產(chǎn)生改變。（2） 無功功率失配在電網(wǎng)跳閘后對(duì)PCC點(diǎn)電壓頻率的影響光伏發(fā)電系統(tǒng)與本地負(fù)載無功功率匹配是指并網(wǎng)后本地所需的全部無功功率均由逆變器提供，即。反之，若，則處于無功功率失配狀態(tài)，且越大，失配越嚴(yán)重。在逆變器單位功率因數(shù)控制條件下，。若光伏發(fā)電系統(tǒng)與本地負(fù)載的無功功率失配，即，則并網(wǎng)時(shí)本地負(fù)載需要的無功功率全部由電網(wǎng)提供，即：（2-7）這里是PCC點(diǎn)電壓的角頻率，并網(wǎng)時(shí)即為電網(wǎng)電壓角頻率；是本地RLC負(fù)載的諧波角頻率

30、，由本地負(fù)載的L、C大小決定，由于，則。電網(wǎng)跳閘后，本地負(fù)載需要的無功功率只能由光伏發(fā)電系統(tǒng)提供，則可得：（2-8）（2-8）式表明若并網(wǎng)時(shí)逆變電源與本地負(fù)載無功功率失配，電網(wǎng)跳閘后PCC點(diǎn)電壓的角頻率將向方向偏移，知道等于，以迫使，使光伏系統(tǒng)與負(fù)載無功功率匹配。（3） 孤島產(chǎn)生的條件由上面的分析可知，當(dāng)并網(wǎng)時(shí)光伏系統(tǒng)與本地負(fù)載有功功率和無功功率失配，則在電網(wǎng)斷路器跳閘后，分別使PCC點(diǎn)的電壓的幅值與頻率產(chǎn)生偏移。有功功率和無功功率失配越嚴(yán)重，則PCC點(diǎn)的電壓的幅值和頻率偏移量越大；反之，如果有功和無功功率只有輕微失配甚至完全匹配，則PCC點(diǎn)的電壓幅值與頻率偏移量難以越過設(shè)定的保護(hù)閾值，孤島便

31、會(huì)產(chǎn)生。由此可以得出，如果并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)以電壓幅值或頻率的偏移量是否超過閾值來判斷孤島的存在，則產(chǎn)生孤島的充要條件是分布式發(fā)電裝置所提供的有功功率和本地負(fù)載有功功率相匹配和分布式發(fā)電裝置提供的無功功率和本地負(fù)載無功功率相匹配。2.1 現(xiàn)有被動(dòng)式孤島檢測技術(shù)被動(dòng)式孤島檢測方法主要根據(jù)公共耦合點(diǎn)（PCC）電參量的變化來判斷是否發(fā)生孤島。2.1.1 過/欠電壓孤島檢測法11過/欠電壓孤島檢測法是指當(dāng)檢測出并網(wǎng)逆變器輸出端PCC點(diǎn)處的電壓幅值超過設(shè)定閾值范圍（，）時(shí)，由控制命令使逆變器的并網(wǎng)運(yùn)行停止以實(shí)現(xiàn)孤島保護(hù)的一種被動(dòng)式檢測法，這里，是并網(wǎng)發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的電壓最小值與最大值。以圖2.1所示的光伏并網(wǎng)

32、發(fā)電系統(tǒng)為例，當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行正常時(shí)，斷路器K時(shí)閉合的，則PCC點(diǎn)電壓的幅值受電網(wǎng)電壓鉗制，不會(huì)有異常。斷路器K斷開瞬間，如果逆變器與本地負(fù)載的有功功率失配即，PCC點(diǎn)電壓幅值將會(huì)改變，如果其偏移量足夠大，則逆變器就能檢測出孤島狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)孤島保護(hù)。采用電流控制策略的并網(wǎng)逆變器在孤島產(chǎn)生前后的兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)下，不會(huì)改變逆變器的輸出電流以及PCC點(diǎn)電壓與輸出電流之間的相差，由此可得下面兩式：（3-1）（3-2）式中，為孤島形成后逆變器輸出電流的穩(wěn)定值，為孤島形成后的穩(wěn)態(tài)下逆變器輸出電流與PCC點(diǎn)電壓間的相位差，、則是孤島形成前與、分別對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值。由于采用單位功率因數(shù)控制的并網(wǎng)逆變器其相位差接近于0，

33、所以電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)可得以下表達(dá)式：（3-3）式中，為孤島產(chǎn)生前PCC點(diǎn)電壓有效值。而電網(wǎng)斷開并達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)，則有：（3-4）這里，是孤島產(chǎn)生后且達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)PCC點(diǎn)的電壓。聯(lián)立以下各式式可得：（3-5）該市說明只要，孤島產(chǎn)生瞬間PCC點(diǎn)電壓幅值會(huì)改變。當(dāng)處于正常范圍內(nèi)，即（3-6）孤島就會(huì)一直持續(xù)，檢測失敗。聯(lián)立（3-5）和（3-6）式可得過/欠電壓孤島檢測方法的檢測盲區(qū)為（3-7）2.1.2 過/欠頻率孤島檢測法過/欠頻率孤島檢測法是指當(dāng)檢測出并網(wǎng)逆變器在PCC點(diǎn)電壓的頻率超出設(shè)定閾值范圍（，）時(shí)，由控制命令使逆變器的并網(wǎng)運(yùn)行停止以實(shí)現(xiàn)孤島保護(hù)的一種被動(dòng)式檢測法，這里，為電網(wǎng)頻率在正常范圍的上

34、限、下限值，在并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE Std1547-20037中規(guī)定：電網(wǎng)額定頻率時(shí)，下限頻率，上限頻率。我國GB/T15945-19958規(guī)定：電網(wǎng)額定頻率是，其上下限值分別是、。對(duì)于如圖2-1所示的光伏發(fā)電系統(tǒng)，正常并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，PCC點(diǎn)電壓的頻率不會(huì)發(fā)生異常。在電網(wǎng)斷開瞬間，如果，即逆變器與本地負(fù)載無功功率失配，則PCC點(diǎn)的電壓頻率會(huì)產(chǎn)生偏移，如偏移出了正常范圍，就能檢測出孤島狀態(tài)。單位功率因數(shù)控制的并網(wǎng)逆變器在孤島前與后的兩個(gè)穩(wěn)態(tài)下，逆變器的輸出電流和PCC點(diǎn)電壓間的相位差角都近似等于0，即：（3-8）圖2.1中孤島形成前滿足一下各式：（3-9）其中，為本地負(fù)載的品質(zhì)因數(shù)，為孤島產(chǎn)生前PCC

35、點(diǎn)處電壓的角頻率。當(dāng)圖2.1中斷路器K斷開并達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，可得：（3-10）式中，為孤島產(chǎn)生后且達(dá)穩(wěn)定時(shí)的PCC點(diǎn)電壓角頻率。聯(lián)立式（3-8）式（3-10），解得：（3-11）式（3-11）表明：只要，孤島產(chǎn)生后PCC電壓的頻率會(huì)改變。如果偏移量不大仍處正常范圍內(nèi)，即：（3-12）則孤島狀態(tài)持續(xù)，孤島檢測失敗。聯(lián)立（3-11）和（3-12）兩式，可得過/欠頻率孤島檢測法的檢測盲區(qū)為（3-13）過/欠壓、過/欠頻是兩種低成本的孤島檢測法，不僅用于檢測孤島的發(fā)生，還用于設(shè)備的保護(hù)，并且其它依靠異常電壓或頻率進(jìn)行孤島檢測的方案也是通過過/欠壓和過/欠頻孤島檢測發(fā)設(shè)定的閾值來觸發(fā)逆變器，使其停止工作。由

36、于屬于被動(dòng)式孤島檢測方案，過/欠壓、過/欠頻孤島檢測法對(duì)并網(wǎng)逆變器的輸出電能質(zhì)量不會(huì)造成影響。2.1.3 基于相位跳變的孤島檢測法基于相位跳變的孤島檢測法是通過對(duì)并網(wǎng)逆變器輸出端電壓與逆變器輸出電流間的相位差實(shí)施檢測來檢測孤島的一種方法。正常情況下由于并網(wǎng)逆變器實(shí)施單位功率因數(shù)控制，其輸出電流和電網(wǎng)電壓相位相同，電網(wǎng)跳閘后逆變器輸出端電壓將不再受電網(wǎng)電壓鉗制，使得逆變器輸出端電壓的相位產(chǎn)生跳變，所以當(dāng)并網(wǎng)逆變器輸出端電壓和逆變器輸出電流見相位差產(chǎn)生突變就意味著主電網(wǎng)跳閘。基于相位跳變的孤島檢測發(fā)的主要優(yōu)點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)，和過/欠壓和過/欠頻孤島檢測法一樣，作為被動(dòng)式孤島檢測發(fā)，該法對(duì)并網(wǎng)逆變器的輸

37、出電能質(zhì)量不會(huì)造成影響。該法缺點(diǎn)是檢測閾值設(shè)定叫困難，閾值設(shè)置過低，導(dǎo)致逆變器誤跳閘，并且要根據(jù)安裝地點(diǎn)對(duì)閾值進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，給實(shí)際的應(yīng)用帶來不便。2.1.4 基于電壓諧波測量的孤島檢測法基于電壓諧波測量的孤島檢測法是通過對(duì)并網(wǎng)逆變器輸出逆變器的輸出端電壓諧波實(shí)施檢測來檢測孤島的一種方法。由于電網(wǎng)可近似看做理想電壓源，具有很低的電源阻抗，所以并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)逆變器輸出的諧波電流流入了低阻抗的電網(wǎng)，以至于逆變器輸出的電壓響應(yīng)諧波分量非常小，的。電網(wǎng)跳閘后，逆變器輸出的諧波電流流入了本地負(fù)載，而本地負(fù)載阻抗比電網(wǎng)阻抗大得多，所以中的諧波分量大大增加。基于電壓諧波測量的孤島檢測法其優(yōu)缺點(diǎn)與基于相位跳變的孤島

38、檢測發(fā)類似，即具有不影響電能質(zhì)量，但同樣存在檢測閾值設(shè)定困難的缺陷。另外，由于孤島保護(hù)測試電路通常用RLC負(fù)載來代表本地負(fù)載，而實(shí)際的本地負(fù)載如果是非線性負(fù)載，將使電壓的THD大大增加，因此該孤島檢測方案無法廣泛應(yīng)用。第三章主動(dòng)式孤島檢測技術(shù)單純依靠被動(dòng)孤島檢測存在檢測盲區(qū)大、誤動(dòng)的缺陷，因此主動(dòng)孤島檢測方法應(yīng)運(yùn)而生。主動(dòng)檢測法是指通過控制逆變器，使其輸出功率、頻率或相位存在一定的擾動(dòng)。電網(wǎng)正常工作時(shí)，由于電網(wǎng)的平衡作用，檢測不到這些擾動(dòng)。一旦電網(wǎng)出現(xiàn)故障，逆變器輸出的擾動(dòng)將快速累積并超過允許范圍，從而觸發(fā)孤島效應(yīng)檢測電路。該方法檢測精度高，飛檢測區(qū)小，但是控制較復(fù)雜，且降低了逆變器輸出電能的

39、質(zhì)量。目前并網(wǎng)逆變器的反顧到策略都此阿勇被動(dòng)式檢測方案加上一種主動(dòng)式檢測方案相結(jié)合。3.2.1 有源頻率偏移法（AFD）AFD是目前一種常見的輸出頻率擾動(dòng)孤島效應(yīng)檢測方法。AFD法工作原理是并網(wǎng)逆變器通過向電網(wǎng)注入稍微有點(diǎn)失真的電流，以使得逆變器輸出端電壓的頻率在斷網(wǎng)后形成一個(gè)連續(xù)向上或者向下改變的趨勢，最終頻率偏移超過設(shè)定閾值，則孤島狀態(tài)被檢測出來。以向上移頻為例，此時(shí)逆變器輸出電流的給定信號(hào)是一種畸變的斬波波形，入圖3.1所示，作為對(duì)照，圖中給出了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。在圖2.1中為電網(wǎng)電壓的周期值，是逆變器輸出電流給定的周期值。有圖可見，電流波形在正負(fù)半周之間存在大小為的死區(qū)。電流波形的斬波

40、系數(shù)定義為：（3-14）逆變器并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，其輸出端電壓受電網(wǎng)電壓鉗制，的頻率不會(huì)改變。而逆變器與電網(wǎng)分離后，的響應(yīng)波形將跟隨已失真的電流波形，以比正弦激勵(lì)時(shí)的響應(yīng)更少的時(shí)間達(dá)到向上過零點(diǎn)，這意味著的頻率比上一個(gè)周期略微增大。由于每個(gè)周期跟隨的都是這種畸變的斬波波形，所以的頻率持續(xù)向上偏移，知道超過設(shè)定的保護(hù)閾值，從而檢測出孤島。圖3.1 用于AFD反顧到方案的電流波形頻率偏移檢測法雖然可以減少無源孤島檢測的盲區(qū)，但是該方法引入的電流諧波會(huì)降低系統(tǒng)輸出電能的質(zhì)量。另外，當(dāng)存在多個(gè)逆變器時(shí)，所有逆變器必須統(tǒng)一頻率偏移的方向。如果頻率偏移方向不一致，其輸出會(huì)相互抵消，降低孤島檢測效率。3.2.2 滑

41、模頻移檢測法（SMS）滑模頻移檢測法是控制并網(wǎng)逆變器輸出電流使其與公共點(diǎn)電壓間存在一定的相位差，以與期在電網(wǎng)失壓后公共點(diǎn)的頻率偏離正常范圍而判斷孤島，電網(wǎng)頻率不受反饋的影響。此方案中并網(wǎng)逆變器輸出電流的相位定義為前一周期的頻率與電網(wǎng)頻率的偏差的函數(shù)即（3-15）其中，是最大相位偏移，是最大相位偏移發(fā)生時(shí)的頻率，為逆變器輸出端電壓的頻率與電網(wǎng)電壓頻率偏差的函數(shù)。假定電壓的初相位為0，則是逆變器的輸出電流與輸出電壓間的相位差角。逆變器并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，的頻率被固定為電網(wǎng)電壓頻率，由式（3-15）可知，即逆變器的輸出電流與輸出電壓間的相位差角為0。電網(wǎng)跳閘瞬間，由于逆變器與本地負(fù)載間的功率失配會(huì)導(dǎo)致的頻率

42、產(chǎn)生一個(gè)小的跳變，則不再為0,不妨建設(shè)此刻，即逆變器的輸出電流的相位超前于輸出電壓的相位，這樣，在響應(yīng)跟隨輸出電流變化時(shí)，其波形到達(dá)向上過零點(diǎn)的時(shí)間提前，這意味著的頻率在向上偏移。下一個(gè)周期，經(jīng)鎖相環(huán)是逆變器輸出電流的初相位進(jìn)一步增大，的頻率也就進(jìn)一步向上偏移。這是一個(gè)正反饋過程，最終的頻率向上偏移超過設(shè)定閾值從而檢測出孤島的發(fā)生。要使SMS法能夠有效移頻，則本地負(fù)載阻抗角的變化必須小于逆變器的輸出電流相位變化，即必須滿足下面的不等式：（3-16）式中，為載阻抗角的負(fù)值，即。之所以必須滿足該不等式，可用下面的圖3.2加以解釋。如圖3.2所示，逆變器并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)在圖中的B點(diǎn)處，對(duì)應(yīng)的工

43、作頻率為電網(wǎng)電壓的頻率50Hz。電網(wǎng)跳閘后，如果不滿足（3-16）不等式，則分析可知此點(diǎn)為穩(wěn)定工作點(diǎn)，任何頻率的擾動(dòng)是工作頻率偏離50Hz后，工作點(diǎn)或向上移動(dòng)到A點(diǎn)或向下移到C點(diǎn)重新進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。如果A點(diǎn)或C點(diǎn)的頻率在正常工作頻率范圍之外，則可檢測到孤島，逆變器停止運(yùn)行。這里工作點(diǎn)是移到A點(diǎn)還是C點(diǎn)由本地負(fù)載性質(zhì)決定。圖3.2 MS法電流相位曲線與負(fù)載相位曲線SMS法的優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)，檢測盲區(qū)小，其參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)可兼顧檢測的有效性、逆變器輸出電能的質(zhì)量及對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)造成的影響。SMS法與其他主動(dòng)式孤島檢測方案有相似的缺點(diǎn)，即對(duì)電流相位的擾動(dòng)一定程度上影響了電能質(zhì)量，在并網(wǎng)逆變器有功出力較大時(shí)影響系統(tǒng)

44、的暫態(tài)響應(yīng)，在本地負(fù)載具有大的品質(zhì)因數(shù)時(shí)，其檢測效率降低，性能與被動(dòng)式孤島檢測接近。另外，對(duì)不滿足（3-16）式的本地RLC負(fù)載，會(huì)導(dǎo)致孤島檢測的失敗。3.2.3 Sandia頻率漂移孤島檢測發(fā)（SFS）SFS是頻率偏移方法的擴(kuò)展，是對(duì)逆變器輸出電壓應(yīng)用正反饋的孤島檢測方法。為實(shí)現(xiàn)正反饋，斬波系數(shù)定義為：（3-17）式中為額定頻率下的斬波率；K為加速增益；為逆變器輸出端耦合點(diǎn)電壓頻率；為額定頻率。正常情況下，電網(wǎng)的穩(wěn)定性阻止頻率的變化。孤島形成后如果增加，頻率誤差也隨之增加，增加，逆變電源也增加其自身頻率，當(dāng)輸出頻率超過規(guī)定閾值時(shí)，保護(hù)動(dòng)作。反之如果減小，根據(jù)正反饋，將變小，將會(huì)導(dǎo)致逆變系統(tǒng)輸

45、出頻率酌加變小，同樣會(huì)實(shí)現(xiàn)孤島檢測。引入正反饋后，當(dāng)頻率發(fā)生波動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于增大了AFD的死區(qū)時(shí)間，使得正常工作時(shí)相同輸出電流THD的情況下，死區(qū)進(jìn)一步減小，或者相同死區(qū)情況下，正常輸出電流THD減小，從而緩解了檢測效率與THD的矛盾。然而SFS法由于引入頻率的正反饋擾動(dòng)，使得并網(wǎng)逆變器輸出電能的質(zhì)量還是有所下降。另外，采用了SFS法的并網(wǎng)逆變器如果是與弱點(diǎn)網(wǎng)相連接，其不穩(wěn)定的輸出功率可導(dǎo)致系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)很不理想，上述問題可通過減小正反饋增益K來緩解，但這又使得檢測盲區(qū)增大。3.2.4 基于功率擾動(dòng)的孤島檢測法3.2.4.1 有功功率擾動(dòng)法有功干擾法是對(duì)于電流源控制型的逆變器，每隔一定時(shí)間，減少

46、輸出電流給定值，則改變其輸出有功。當(dāng)市電存在時(shí)，逆變器輸出電壓恒定為電網(wǎng)電壓；當(dāng)市電斷電，逆變器輸出電壓由負(fù)載決定。一旦到達(dá)擾動(dòng)時(shí)刻，輸出電流幅值改變，則負(fù)載上電壓隨之變化，即可檢測到孤島發(fā)生。該方法原理簡單，實(shí)現(xiàn)方便，對(duì)進(jìn)網(wǎng)電流的質(zhì)量沒任何影響，但是為了準(zhǔn)確的檢測出孤島現(xiàn)象，周期性擾動(dòng)量比較大，將給進(jìn)網(wǎng)功率的穩(wěn)定帶來影響，同時(shí)對(duì)于孤島中存在多個(gè)分布式發(fā)電系統(tǒng)的情況，由于存在平均效應(yīng)，單個(gè)并網(wǎng)逆變器的干擾對(duì)總體線路的影響將不明顯。3.2.4.2 無功功率擾動(dòng)法基于無功功率擾動(dòng)的孤島檢測發(fā)原理是利用逆變器對(duì)輸出無功功率的調(diào)節(jié)來改變電源和負(fù)載簡單額無功功率匹配度，即通過對(duì)逆變器輸出無功功率實(shí)施擾動(dòng)

47、，破壞系統(tǒng)電源與負(fù)載間的武功平衡，使得斷網(wǎng)后頻率持續(xù)變換以成功檢測出孤島。第四章現(xiàn)有孤島檢測技術(shù)的評(píng)估分析和仿真分布式發(fā)電本身系統(tǒng)具有容量小、造價(jià)高的特點(diǎn)，因此不主張與電網(wǎng)控制系統(tǒng)通訊，其孤島檢測和保護(hù)技術(shù)主要立足于逆變器的組我檢測而非遠(yuǎn)程通訊技術(shù)。目前孤島檢測研究致力于將孤島檢測功能集成在逆變器內(nèi)部，以對(duì)電能質(zhì)量影響小。穩(wěn)定性高、檢測時(shí)間短、盲區(qū)小或無盲區(qū)為目標(biāo)。4.3 檢測盲區(qū)及有效性分析經(jīng)過理論分析和相關(guān)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)以上介紹的這些孤島檢測方法幾乎都存在檢測失敗的情況，即檢測盲區(qū)。但是我們可以用不匹配功率的大小和具體負(fù)載對(duì)檢測盲區(qū)（NDZ）進(jìn)行定量的描述，而反孤島檢測方案NDZ的大小反應(yīng)了該

48、方案檢測孤島效應(yīng)的有效性，因此NDZ可以作為評(píng)估反孤島方案有效性的一個(gè)性能指標(biāo)。通常被動(dòng)式反孤島方案的有效性用功率不匹配坐標(biāo)系11描述的不可檢測區(qū)域來評(píng)估，為了評(píng)估主動(dòng)式方案，主要用基于具體負(fù)載參數(shù)的坐標(biāo)系和基于負(fù)載特征參數(shù)坐標(biāo)系來評(píng)估反孤島方案。為方便本文分析，現(xiàn)假設(shè)，并網(wǎng)逆變器運(yùn)行了單位功率因數(shù)正弦波的控制模式；在孤島發(fā)生的段時(shí)間內(nèi)并網(wǎng)逆變器近似為電流源；局部負(fù)載為并聯(lián)RLC負(fù)載；電網(wǎng)維持穩(wěn)定的電壓和頻率。4.3.1 基于坐標(biāo)系的有效性評(píng)估坐標(biāo)系是基于孤島效應(yīng)的原理定義的功率不匹配坐標(biāo)系，、放映的只是電網(wǎng)跳閘前后系統(tǒng)中功率流的變化情況，因此坐標(biāo)系只是對(duì)被動(dòng)式反孤島方案的NDZ進(jìn)行定量的描述

49、。由圖2.1描述的孤島系統(tǒng)的原理電路由光伏系統(tǒng)、電網(wǎng)、并聯(lián)RLC負(fù)載以及電網(wǎng)側(cè)斷路器組成。由前面的分析，如果功率不匹配較嚴(yán)重，即、比較大，則新的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)將超過電壓、頻率的正常工作范圍，過/欠壓過/欠頻保護(hù)將切除光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，阻止了孤島效應(yīng)的持續(xù)發(fā)生。如果功率不匹配較輕，即、比較小，則孤島系統(tǒng)中的電壓和頻率變化較小，不注意是反孤島保護(hù)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)檢測到電網(wǎng)斷電的情況，孤島效應(yīng)將持續(xù)發(fā)生。以上情況用功率不匹配坐標(biāo)系來描述，就是指在坐標(biāo)系的原點(diǎn)即和的附近區(qū)域中，公共耦合出的電壓和頻率的變化不足以觸發(fā)反孤島保護(hù)，這種區(qū)域就定義為坐標(biāo)系中的NDZ，如圖4.1所示，其中有功功率不匹配可由電壓正常范圍的

50、上下限反應(yīng)，無功功率不匹配可由頻率工作范圍的上下限反映。圖4.1 基于坐標(biāo)系的NDZ4.3.2基于坐標(biāo)系的有效性評(píng)估各檢測方案的NDZ曲線可在坐標(biāo)系中利用相位判據(jù)及頻率的工作范圍得出，由得出的NDZ曲線即可判估各孤島檢測方案的檢測性能。本小結(jié)將以主動(dòng)移頻式檢測方案（AFD）的NDZ分析為代表來討論、為變量的集中主動(dòng)移頻式孤島檢測方案。4.3.2.1 基于坐標(biāo)系的孤島檢測相位判據(jù)由于本地負(fù)載的品質(zhì)因數(shù)及諧波頻率都會(huì)影響其阻抗角的大小，并且對(duì)給定的一組L和C，本地負(fù)載的電阻分量R的增加可通過的增大來反映，因此以本地負(fù)載的品質(zhì)因數(shù)為橫坐標(biāo)而以本地負(fù)載的諧振頻率為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)系是對(duì)孤島檢測方進(jìn)行性能評(píng)

51、估的一個(gè)非常好的選擇。在利用坐標(biāo)系對(duì)孤島檢測方案的NDZ進(jìn)行定量的描述時(shí)，需要用到相應(yīng)的相位判據(jù)。在坐標(biāo)系中，所采用的孤島檢測相位判據(jù)為（3-18）式中，是由對(duì)應(yīng)的孤島檢測方案所決定的逆變器輸出端電壓滯后于逆變器輸出電流的相位角。如果（3-18）式中的頻率處于孤島檢測標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的正常工作范圍內(nèi)，孤島將持續(xù)發(fā)生。因此，中基于頻率的孤島檢測方案可以用（3-18）式來評(píng)估其性能。由式（3-18）可知，對(duì)坐標(biāo)系中的沒一點(diǎn)，孤島狀態(tài)下系統(tǒng)頻率的穩(wěn)態(tài)值都能用特定的孤島檢測方案的相位判據(jù)公式來計(jì)算。如果孤島狀態(tài)下系統(tǒng)頻率的穩(wěn)態(tài)值在過/欠頻保護(hù)所設(shè)定閾值的范圍內(nèi)，那么兇中具有該品質(zhì)因數(shù)及諧振頻率的本地RLC負(fù)載

52、孤島狀態(tài)下的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)就處于才采用的孤島檢測方案的NDZ之內(nèi)；反之，就處于NDZ之外。4.3.2.2 主動(dòng)移頻式檢測方案（AFD）的NDZ分析假設(shè)采用向上恒頻率偏移的擾動(dòng)方案，則并網(wǎng)逆變器每一周期的輸出電流頻率總比前一周期輸出電壓頻率高，即。當(dāng)系統(tǒng)處于孤島狀態(tài)且進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)，并網(wǎng)逆變器輸出端電壓滯后于輸出電流的相位角可近似為（3-19）將式（3-19代入式（3-18），可得主動(dòng)頻移檢測方案的相位判據(jù)為：（3-20）當(dāng)足夠小時(shí)，接近于零，則且，式（3-20）可簡化為：（3-21）由此可得孤島狀態(tài)下系統(tǒng)的頻率穩(wěn)態(tài)值的近似表達(dá)式：（3-22）變換（3-22）式可得本地負(fù)載的諧振頻率為（3-33）根據(jù)時(shí)

53、（3-33），可分別計(jì)算及時(shí)與大小以獲得坐標(biāo)系中主動(dòng)頻移式檢測方案的NDZ曲線。同理，根據(jù)本地負(fù)載諧振頻率小于主電網(wǎng)頻率即時(shí)，孤島下穩(wěn)定狀態(tài)后逆變器輸出端電壓到達(dá)的頻率滿足，而諧振頻率大于主電網(wǎng)頻率即時(shí)，穩(wěn)態(tài)時(shí)逆變器輸出端電壓到達(dá)的頻率滿足，主動(dòng)頻移式檢測方案的NDZ曲線由下式確定時(shí)時(shí)4.4 AFD仿真設(shè)計(jì)圖4.2為根據(jù)有源頻率偏移法（AFD）所建立的并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的仿真模型。圖4.3位仿真結(jié)果。圖4.2 孤島效應(yīng)AFD仿真模型圖4.3 孤島效應(yīng)仿真波形圖中紫色波形為耦合點(diǎn)的電壓的四分之一，藍(lán)色波形為耦合點(diǎn)的電流，黃色為并網(wǎng)電流。在0.1s時(shí)斷開開關(guān)使系統(tǒng)與電網(wǎng)斷開連接，系統(tǒng)可以快速的通過失真的小電流，使頻率偏移超過設(shè)定閾，孤島效應(yīng)被檢測出來，逆變器快速斷開與負(fù)載的連接。4.5孤島檢測方案總結(jié)通過以上的孤島效應(yīng)檢測方法的詳細(xì)介紹以及對(duì)他們的盲區(qū)分析和仿真實(shí)驗(yàn)，我們可以得出被動(dòng)式孤島檢測方案會(huì)出現(xiàn)檢測盲區(qū)較大，檢測速度慢的缺點(diǎn)，而主動(dòng)式檢測方案雖然會(huì)降低盲區(qū)，但是由于加入擾動(dòng)信號(hào)，會(huì)使電能質(zhì)量受到影響。所以在實(shí)際問題中，為了能夠合理的出來好孤島效應(yīng)的問題，應(yīng)綜合兩種方法一起使用。過/欠壓、過/欠頻是兩種低成本的孤島檢測法，不僅用于檢測孤島的發(fā)生，還用于設(shè)備的保護(hù)，并且其它依靠異常電壓或頻率進(jìn)