【摘 要】本文对孤岛效应的形成及影响进行了论述，在此基础上对比介绍了基于电力线路通信、被动式和主动式的孤岛检测方法，重点分析了主动频率偏移孤岛检测技术及其改进方法。 【关键字】光伏发电；孤岛效应；孤岛检测 1、引言 随着全球能源形势的日益紧张和环境污染的加剧，光伏发电以其环境友好而成为了世界各国争相发展的能源新宠。本文在详细分析并网型光伏发电系统运行中的孤岛效应基础上，对三类孤岛检测方法进行了对比介绍。 2、孤岛效应 如图1所示，并网光伏发电系统（Grid-connected PV System）经过断路器1接至公共连接点（point of common coupling，PCC），R、L、C为光伏发电系统负载。孤岛效应是指电网从PCC处断开，进而使得分布式电源（Distributed Generation，DG）与其负载形成封闭系统的现象[1]。一般情况下，因为DG输出功率和负载的不匹配，电网和DG系统间都会有能量的流动，即。当孤岛产生时，突变为0，这将导致PCC处电压和频率发生突变，进而出现过电流等现象，威胁到系统运行、设备及人员的安全，因此，孤岛的快速有效检测对保护控制尤为重要[1]。 3、孤岛检测 孤岛检测方法主要分为基于电力线路通信的检测方法、被动式孤岛检测方法和主动式孤岛检测方法三种。 3.1基于电力线路通信的检测方法 基于电力线路通信的检测方法有：基于SCADA系统的断路器和重合闸装置状态检测方法和电力线路载波方法[2]。这种方法的可靠性较强，但因为成本较高，联动操作复杂及延时较长，基于电力线路通信的检测方法未被广泛应用。 3.2被动式孤岛检测方法 被动式孤岛检测方法是通过检测PCC处电压、频率等电参量来完成孤岛检测的。主要有：过/欠电压和高/低频率检测法（Over/Under Voltage and Over/Under Frequency，OUV and OUF）、电压相位跳变检测（Phase Jump Detection，PJD）和电压谐波检测法（Harmonic Detect，HD）[3]。被动式孤岛检测方法的优点是不会对系统产生影响；缺点是系统检测盲区（No-detection Zone，NDZ）较大，易出现误动。 3.3主动式孤岛检测方法 主动式检测方法主要思想是通过分布式电源的控制器向电网中注入小的扰动，根据电网对此扰动的响应来检测孤岛。主要有：阻抗测量检测法、主动频率偏移法（Active Frequency Drift，AFD）、Sandia频率漂移检测法（Sandia frequency shift，SFS）和Sandia电压漂移检测法（Sandia Voltage shift，SVS）等[4]，本文重点介绍AFD及其改进检测方法。 1）主动频率偏移法（Active Frequency Drift，AFD） 主动频率偏移法[5]是通过控制逆变器来改变PV系统输出电流的半波周期，如图2所示，在每个半波周期结束时加入一个死区时间，则半周期频率偏移量为。基于系统稳定运行的需要，电流的整波周期认为0.02s。定义截断系数，为电网电流周期。 正常情况下，光伏逆变器为单位功率因数运行。当电网与PV系统断开时，电流和电压的相位差会逆变器增大输出电流的频率；另一方面，死区时间的设置会使得电流频率不断的增大，直至频率增大至触动过频率保护。这种孤岛检测方法对感性负载中检测效果最好，电阻性负载检测效果一般，但是由于容性负载对PCC电压频率的一直作用使得孤岛检测失败，即有一定的检测盲区。 2）Sandia频率漂移检测法（Sandia frequency shift，SFS） 基于AFD的Sandia频率漂移检测法[6]是在AFD的基础上进行了正反馈的线性放大处理，如式（1）所示，重新定义截断系数为： cfk=cf0+k（（fk-1）―f0） （1） 式中：为截断系数初值，K是反馈系数，是第k-1次检测到的PCC处的频率，是电网工频（50Hz）。 未形成孤岛时，和相等，即公式（1）括号内部分为0；当PV系统和电网断开时，逐渐增大，公式（1）等号右侧后半部分不断增大，直至越过频率保护限值。反馈系数K的控制可以实现检测速度的调节、频率负向变化的检测，同时也减小了NDZ的范围。 较被动式孤岛检测技术，主动式的孤岛检测方法检测盲区更小、检测速度更快；不足是会向电网注入少量的谐波，对系统电能质量产生一定的影响。 4、结束语 本文对孤岛效应的形成原因及其对光伏发电系统的影响做了深入的分析，对比阐述了三类孤岛检测技术的原理和技术性能。此外，未来在开发新孤岛检测方法的基础上，多种检测技术的组合使用方法也是一个提高孤岛检测效率及性能的研究方向。 【参考文献】 [1]郭小强，赵清林，邬伟扬.光伏并网发电系统孤岛检测技术[J].电工技术学报，2007，4（22）：157-162. [2]鹿婷，段善旭，康勇.逆变器并网的孤岛检测方法[J].通信电源技术，2006，23（3）：38-41. [3]Z. Ye， R. Walling， L. Garces， R. Zhou， L. Li and T. Wang， “Study and development of anti-islanding control for grid-connected inverters，” NREL/SR-560-36243. Golden， CO： National Renewable Energy Laboratory， May 2004. [4]冯轲，贺明智，游小杰，等.光伏并网发电系统孤岛检测技术研究[J].电气自动化，2010，2（32）：39-42. [5]Yafaoui， A. Bin， Wu. Kouro. S. Improved Active Frequency Drift Anti-islanding Detection Method for Grid Connected Photovoltaic Systems. New York， USA： Institute of Electrical and Electronics Engineers，2009. [6]刘方锐，余蜜，张宇，等.主动移频法在光伏并网逆变器并联运行下的孤岛检测机理研究[J].电机工程学报，2009，29（12）：47-51. |
