光伏并网逆变器的孤岛检测技术
光伏并网发电系统孤岛检测技术
光伏并网发电系统孤岛检测技术发表时间：2018-10-22T13:35:17.013Z 来源：《河南电力》2018年9期作者：邵雪瑾[导读] 本文介绍了光伏并网发电系统中的孤岛效应以及影响，分析出出现孤岛现象发生的原因。
（国网宁夏电力公司经济技术研究院宁夏银川市 750002）摘要：本文介绍了光伏并网发电系统中的孤岛效应以及影响，分析出出现孤岛现象发生的原因，并对孤岛检测方法（主动检测法、被动检测法）进行详细的介绍，并提出了结合两种检测方法的一种方案。
关键词：并网发电；孤岛检测引言随着新能源的不断开发和利用，未来将出现更多的由可再生能源组成的分布式供电系统。
分布式供电系统的一个共同特点是，需要通过逆变器将直流电变换成交流电再送到电网上。
正常情况下，这些逆变系统并联在电网上向电网输送有功功率。
但是，当电网处于失电状况（例如大电网停电），这些独立的并网发电系统仍可能持续工作，并与本地负载连接处于独立运行状态，这种现象被称为孤岛（islanding）效应。
从用电安全与用电质量方面考虑，孤岛状况是不允许出现的，由此引出了对孤岛状态进行检测的研究。
国内外专家对此提出了多种不同的研究方法，本文对部分研究方法进行了分析比较，提出主动检测与被动检测相结合的方案，即使用电压与频率的继电器检测方式及相位跳动检测法，而在主动式检测法中，选择输出功率变动方式，进行孤岛效应防治测试。
1孤岛现象发生的原因当太阳能供电的输出功率与负载功率达到平衡时，负载电流会完全由太阳能光伏发电系统提供。
此时，即使电网断电，在太阳能光伏发电系统输出端得电压与频率也不会快速随之产生变化，如此系统便无法正确地判断出电网是否有故障或中断的情形，因而导致孤岛现象的发生。
图2为电力系统图。
当电网端与客户端得公共耦合点PCC的电压与频率超过正常电网电压与频率的最大限制范围时，即会被视为故障发生，并利用输出继电器将逆变器切离负载[6]。
反之，当逆变器产生的有功功率与无功功率正好符合负载功率时，公共耦合点PCC的电压与频率变化量将不会很明显，可能会落在电网所容许的最大限制范围内，如此讨论电网断路器处于关闭及打开的情况下，由于有功功率和无功功率不同，所造成太阳能光伏发电系统上的影响。
并网光伏发电系统孤岛效应的危险性分析
并网光伏发电系统孤岛效应的危险性分析一、孤岛效应概念相对于离网光伏发电系统而言，并网光伏发电系统在运行时具有较高的光伏电能利用率，然而由于并网光伏发电系统直接将光伏阵列发出的电能逆变后馈送到电网，因此在工作时必须满足并网的技术要求，以确保系统安装者的安全以及电网的可靠运行。
对于通常系统工作时可能出现的功率器件过电流、功率器件过热、电网过/欠电压等故障状态，比较容易通过硬件电路与软件配合进行检测、识别并处理。
但对于并网光伏发电系统来说，还应考虑一种特殊故障状态下的应对方案，这种特殊故障状态就是所谓的孤岛效应。
实际上，孤岛效应问题是包括光伏发电在内的分布式发电系统存在的一个基本问题，所谓孤岛效应是指：在下图所示的分布式发电系统中，当电网供电因故障事故或停电维修而跳闸时，各个用户端的分布式并网发电系统（如光伏发电、风力发电、燃料电池发电等）未能及时检测出停电状态从而将自身切离市电网络，最终形成由分布电站并网发电系统和其相连负载组成的一个自给供电的孤岛发电系统。
▲分布式发电系统的孤岛效应示意图二、孤岛效应的危害孤岛效应的发生会给系统设备和相关人员带来如下危害：1、孤岛效应使电压及其频率失去控制，如果分布式发电系统中的发电装置没有电压和频率的调节能力，且没有电压和频率保护继电器来限制电压和频率的偏移，孤岛系统中的电压和频率将会发生较大的波动，从而对电网和用户设备造成损坏。
2、孤岛系统被重新接入电网时，由于重合闸时系统中的分布式发电装置可能与电网不同步而使电路断路器装置受到损坏，并且可能产生很高的冲击电流，从而损害孤岛系统中的分布式发电装置，甚至导致电网重新跳闸。
3、孤岛效应可能导致故障不能清除（如接地故障或相间短路故障），从而可能导致电网设备的损害，并且干扰电网正常供电系统的自动或手动恢复。
4、孤岛效应使得一些被认为已经与所有电源断开的线路带电，这会给相关人员（如电网维修人员和用户）带来电击的危险。
由上可知，当主电网跳闸时，分布式发电装置的孤岛运行将对用户以及配电设备造成严重损害，因此在包括并网光伏发电等系统在内的分布式发电系统中，并网发电装置必须具备反孤岛保护的功能，即具有检测孤岛效应并及时与电网切离的功能。
孤岛效应的含义及其检测方法
所谓孤岛效应(Islanding)是指分布式能源并网发电系统中，市电因人为切断或出现故障而停止向负载供电时分布式能源继续并网工作，从而使电网局部负载仍处于供电状态[28]。
由于光伏发电系统与电网并联工作时，电网会因为故障、设备检修或者操作失误等原因停止工作，也就是说孤岛效应是光伏并网发电系统中普遍存在的一个问题。
因此准确、及时的检测出孤岛效应是光伏并网发电系统设计中的一个关键性问题[29]。
4.1孤岛效应的分析（1）孤岛效应概述图4.1 光伏发电系统与电网链接示意图图4.1是光伏发电系统与电网并联工作的示意图，如图所示：电网正常工作情况下，相当于开关S1, S2均闭合，电网和光伏发电系统同时向图中逆变器负载和电网负载供电；电网突然停止工作时，相当于开关S1闭合，S2打开，此时光伏发电系统继续向逆变器负载和局部电网负载供电，那么将会导致下列情况发生[30]：光伏发电系统功率较小，如果电网停止工作会失去对光伏发电系统输出电能的平衡控制能力，系统输出电能质量下降；危害到电力维护人员或用户的人身安全；当市电突然恢复时，光伏发电系统与电网相位不同步造成的冲击电流会损坏发电装置和设备；影响电网保护开关的动作，造成不必要的损失；因单相光伏并网发电系统继续供电，造成系统三相负载欠相工作。
（2）孤岛效应特性分析逆变器与电网连接时功率流动情况如图4.2所示，其中变量名称及符号如下L C和R是逆变器的等效负载。
表所示，,r rP --逆变器输出有功功率；P ∆--电网正常时逆变器输送到电网的有功功率Q--逆变器输出无功功率；Q ∆--电网正常时逆变器输送到电网的无功功率；g U --电网电压；i U --逆变器输出端电压。
图4.2逆变器输出功率流动示意图a ）电网正常工作如图4.2所示，电网正常工作状态下，相当于开关S 闭合。
光伏并网发电系统输出的有功功率P 、无功功率Q 的一部分提供给等效负载，另外一部分有功功率P ∆、无功功率Q ∆传递给电网。
光伏并网系统中的新型孤岛检测方法
生变 化 时 ， 率也 会发 生变 化 。 频 一般 情 况下 ， 伏 系 光
统 只输 出有 功功 率 ， 负载 消耗 的无 功功 率 由 电网提 供， 当孤 岛现 象发 生 时 Ｑ。 一 ０ 则 有 ，
１ｃ 一ｃ 一 ０ ／止 （） ６
防止 孤 岛效应 。 而 ， 负 载 消耗 的有 功 功 率 和 无 然 当
・
６ ・ Ｏ
电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报
第 ２ ４卷
动 的有 功功 率 由直 流侧 电容 器缓 冲 ， 不会 影 响光伏
别 为
△Ｐ — Ｐ — Ｐ１ｄ ０ ａ （ ） ４
发 电 系统最 大 功 率 跟 踪 的有 功 功 率 。 对 传 统 的 针 Ｐ ＭＶ 孤 岛检测 方 法 ［ Ｃ ７ 比 ， 检 测 方 法 可很 容 相 该
２ 新 型 电流 扰 动 孤 岛检 测 法
孤 岛检 测 主动 式 主要 集 中在 扰 动 逆 变器 的输
出 ， 其 在孤 岛状 态下 相关 电参量 不断 偏 移直 至触 使
发相 应 的保 护 。 变器 输 出 电流 的表达 式 为 逆
Ｉ ＝ ｉ （ｉ 。 ＝ ＝Ｉ ｓｎ ａ ｒ＋ ） 图 １ 孤 岛 现 象 分 析 结 构
功功 率 与光伏 系统提 供 的功 率相 差非 常小 时 ， 网 并 系统 附 近市 电 电 网 的 电压 和 频 率 变 动量 很 小 而不 足 以被 检测 到 的时候 ， 过被 动 的方 法检测 孤 岛效 通 应 就 会 变得很 难
所示 。
即频 率 会变 为 ∞一 １ ／ Ｃ。 ／￣Ｌ
Ｆｉ １ Ｓ ｒ ｃ ｕ ｅｏｆｉｌｎｄ ｐｈｅ ｍ ｅ ａ ａｎ ｌ ｓｓ ｇ． ｔ ｕ ｔ ｒ ｓａ ｎｏ ｎ ａ ｙ ｉ
光伏并网逆变器孤岛检测技术研究
Ｒｅ ｅ ｃ ｏ ｉｌ ｓ ａｒ ｈ ｎ ｓａｎｄ ｎｇ ｄｅ ｅ ｔｏ ｆ ｐ ｔ ｖ ｌａ ｃ ｒ ｄ－ ｏ ｅ ｔｄ ｎｖ ｒ ｅ ｓ ｉ ｔ ｃ ｉ ｎ ｏｒ ｈｏ ｏ ｏ ｔ ｉ ｇ ｉ ｃ ｎｎ ｃ ｅ ｉ ｅ ｔ ｒ
ｄ ｔ ｔ ｎ ｍ ｔｏ ａ ｒｐｓｄ ｂ ｎ ｇ ｔ ｇ ｔ ｈｓ ｕ ｐ ｄｔ ｔ ｎ Ｔ ｅ ｔｅｒｔ ａ ａａｙｉ ａ ｄ ｍ ｅ ｆｒｔ ｅ ｃ ｏ ｅ ｄ ｗ ｓｐ ｏｅ ｙ ｉｔ ｒ ｎ ｅ ｐ ａｅｊｍ ｅ ｃ ｏ ． ｈ ｏｅｉ ｎｌｓ ｎ ｏ ｌ ｏ ｅ ｅｉ ｈ ｏ ｅａ ｉ ｈ ｅｉ ｈ ｃ ｌ ｓ ｄ ｈ
（） ３与光伏发电系统相连的线路仍然带电， 对检
维普资讯
第３ ３卷第 ４期
２０ ０ ７年 ７月
中国测试技术
Ｃ Ｉ Ａ ＭＥ Ｓ Ｒ ＭＥ Ｔ Ｔ Ｃ Ｎ Ｏ Ｙ Ｈ Ｎ Ａ Ｕ Ｅ Ｎ Ｅ Ｈ ＯＬ Ｇ
Ｖｏ －３ Ｎｏ４ ｌ ３ ． Ｊ ｌ．０ ７ ｕｙ２ ０
光伏并 网逆变器孤 岛检 测技术研究
电系统 过载 运行 ， 易被烧 毁 ；
术。 太阳能作为可再生能源之一 ， 在近些年来引起了 世界各国政府和能源专家的 １ ３ 益重视 。 在国内， 电能 紧缺已经是一个非常严峻的问题 ，光伏并网发电有
望 在未来缓 解这 一 紧张 的局 面 。 当越 来越 多 的光 伏 发 电 系统 并接 到 电 网上 时 ，
ｄ ｔｃ ｏ ｅｅ ｔ ｎ ｉ
１ 引 言
能源 紧缺 ， 环境 恶化 是 １趋 严重 的全 球性 问题 。 ３ 人 类为 追求可持 续发 展 ，正积极 发展 可再 生能 源技
孤岛检测
自动相位偏移法
如果SMS稳定工作点的频率没有超过电网频率范 围．孤岛检测将进入盲区．为此可以在SMS基础上。 加入附加的相位偏移量。对这个稳定点进行扰动。 这就是自动相位偏移(Automatic Phase Shift， APS)．其相位偏移角为
1 f k 1 f g APS k 360 k a fg
SMS G j 0 SMS G j 0
f fg f fg
如果上述关系成立，公共点电压相位就会始终 超前(落后)于电流相位，使得频率被单向推高 (或降低)，最后超出正常范围，判别出孤岛。 同样的，滑模频率偏移法也有类似于主动移频 法的检测失败的问题，也就是只要电流起始角 与负载相位角 G j 之和为零，此时，系统达 到稳定工作点。如果此时电压频率任在电网频 率范围内，则检测失败。
由分析可知，无论是无论传统的AFD方法还是 AFDPF方法，扰动信号均按一个方向对逆变器 输出电压的频率进行扰动。当电网发生故障且 负载性质不同时，逆变器输出电压的频率变化 方向有可能与扰动信号方法相反，这会导致逆 变器输出电压频率误差积累较慢从而延长孤岛 检测时间。特殊情况下，负载对逆变器输出电 压频率的平衡作用会抵消频率扰动的作用，这 种情况下会出现孤岛效应的漏判。 为了避免为避免因负载性质造成AFD孤岛效应 检测方法效果下降。又出现一种新的周期性扰 动AFDPF孤岛效应检测方法。
位检测、频率检测三种方法，在实际 中均有一定的应用。但是由于被动式 孤岛检测方法对逆变器输出功率与负 载功率是否匹配有较高的要求，因此 存在较大的检测盲区。所以在此不做 详细的描述。
主动式孤岛检测
根据所加扰动方式的不同，主动式孤岛检测法 主要分为移频法、移相法及功率扰动法。移频 法主要有主动移频法(Active Frequency Drift， AFD)与带正反馈的主动移频法 (Active Frequency Drift with Positive Feedback．AFDPF)，通过对逆变器的输出频 率进行扰动来提高孤岛检测效果。移相法主要 有滑动相移法(Slip Mode Frequency Shift， SMS)与自动移相法(Automatic Phase Shift， APS)等，通过对逆变器的输出相位进行扰动来 提高孤岛检测效果。下面就分别介绍几种主要 的主动式孤岛检测方法。
孤岛检测
与 vPCC 的相位差总是固定不变的，即截断系数是不变的。在市电每个周期的 上升沿过零点时，给并网电流加一个频率的扰动。当电网电压正常时，由于公 共电网的容量可视为无穷大，公共点的电压被钳制为电网电压，加入的频率扰 动对公共点电压没有影响。当电网断开时，公共点电压由流过负载的电流和负 载共同决定。而流过负载的电流的频率由上个周期负载电压的频率决定，即本 周期负载电流的频率等于上周期检测到公共点电压频率与频率扰动之和。 此电 流加到负载上后，会使负载电压的频率也发生变化。这样，经过几个周期的积 累后，负载电压的频率会不断偏移，直到超出设定的阈值，可判断发生孤岛。
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孤岛检测方法
目前孤岛检测方法层出不穷，要可分为两大类：主动检测法和被动检测法。 被动检测法对电能质量的影响小，但检测无盲区大。 主动检测法对电能质量有影 响，但是检测盲区小。 被动检测法 被动式（又称无源法）孤岛检测方法通过监测公共耦合点电压的参数（电压 幅值、频率、谐波等）是否超过设定的阈值来控制逆变器是否停止运行。其特点 是：不需要添加扰动，因此检测速度快，输出电能质量高；在多台逆变器并联运 行的情况下， 检测效率也不会降低； 但存在较大的检测盲区 （Nondetection Zone, NDZ） ，一般应与主动式检测方法结合使用。 （1） 过/欠电压反孤岛策略 由孤岛形成前的电路系统分析可知，
孤岛检测的机理
电网断开时，系统的电压和频率都会发生改变， ������������ = ������������ 其中，k = ������ 电压 ������������ =
1 ������
������������������������
孤岛检测知识部分文档
孤岛检测知识部分文档1、IEEE孤岛检测标准国际通行的光伏系统入网标准IEEE Std.2000-929以及分布式电站入网标准IEEE1547，都对并网逆变器孤岛检测功能做出了要求。
两种异常（公共点的频率和电压）2000-929规定当公共点的频率在59.3~60.5（美国60hz工频）之外时，并网逆变器在6个周期内停止供电；在公共点电压异常下逆变器停止供电时间标准如表：2、户用光伏系统国际检测标准对比：美国、英国、中国我国的光伏系统并网技术要求（GB/T 19939-2005)规定光伏系统并网后的频率允许偏差值为正负0.5Hz，一旦超过，则应在0.2s内动作，即与电网断开。
电压异常见下表。
同时还规定，在电网的电压和频率恢复到正常范围后的20s~5min，光伏系统不应向电网送电。
北美标准至少延迟5min，德国标准延迟20s。
3、检测通用电路和流程检测电路：2000-929标准给出了一套标准的检测方法。
测试电路主要由电网、rlc负载和并网逆变器以及电网隔离开关组成。
检测点在电网隔离开关和负载开关之间。
其中在选择RLC 参数时牵涉到电路品质因数Q值的选取问题，因为高Q值使电路有朝着并保持于谐振频率处工作的趋势。
在使用频率扰动反孤岛检测时，Q值越高，频率漂移的困难越大。
因此在进行反孤岛测试时，太小或太大的Q，值都是不实际和不可取的。
IEEE Std 929工作组成员和十几位电网工程师经过讨论认为选取Q=2．5符合电网的实际情况。
下图为基于逆变器的孤岛效应RLC型测试电路图，当电网隔离开关断开时，发电系统处于孤岛状态。
各国采用的测试电路都不尽相同，比如日本就采用电容补偿的单相感应电机带大惯性负载（某种程度与RLC负载等效）。
而欧盟的ENS标准则采用0.5欧的电阻切投，测试对阻抗变化的敏感程度。
为统一标准，在2003.11制定的草案上规定用rlc并联谐振电路，但降低了要求，品质因数只取0.65。
由于该草案还未成为正式标准，一般我们还是取品质因数为2.5，检测出孤岛并作出保护。
关于并网逆变器孤岛效应保护和低电压穿越的判断依据及功能介绍
关于并网逆变器孤岛效应保护和低电压穿越的判断依据及功能介绍阳光电源股份有限公司2011.4一、概述低电压穿越功能是指当电网电压跌落时并网逆变器能够正常并网一段时间，“穿越”这个低电压时间(区域)直到电网恢复正常；孤岛效应保护是指当电网断电时并网逆变器应立即停止并网发电，保护时间不超过0.2秒。
可以看出，孤岛效应保护与低电压穿越是相互矛盾的，两种功能不能同时并存，需要根据电站规模和要求进行选择，一般原则如下：✧对于小型光伏电站，并网逆变器在电网中所占的容量较小，对电网的影响较小，在电网故障时不会对电网的稳定性产生实质性的影响，所以应具备快速监测孤岛且立即断开与电网连接的能力，即此时并网逆变器应选择孤岛效应保护功能。
✧对于大中型光伏电站，并网逆变器在电网中所占的容量较大，对电网的影响较大，在电网故障时不会对电网的稳定性产生实质性的影响，所以应具备一定的低电压穿越能力，即此时并网逆变器应选择低电压穿越功能。
我司大功率并网逆变器同时具有孤岛效应保护与低电压穿越功能，在实际应用时可通过触摸屏菜单设置，也可通过RS485通讯方式由上位机进行远程设置。
二、低电压穿越功能介绍如图1所示，当并网点电压在图中电压轮廓线及以上的区域内时，并网逆变器必须保证不间断并网运行；并网点电压在图中电压轮廓线以下时，并网逆变器立即停止向电网线路送电。
其中T1=1秒，T3=3秒，也就是说，并网逆变器必须具有在电网电压跌至20%额定电压时能够维持并网运行1秒的低电压穿越能力，如电网电压在轮廓线内能够恢复到额定电压的90%时，并网逆变器必须保持并网运行。
图1：大型和中型光伏电站的低电压耐受能力要求为了实现并网逆变器的低电压穿越功能，并网逆变器需要采用新的软件控制算法，软件控制算法需实时监测电网，并判断电网是否发生电压跌落（平衡或者不平衡跌落）。
当CPU发现电网发生电压跌落故障时，立即启动低电压穿越功能，控制输出电流以及输出的功率，当电网电压在图1所示的曲线以内时，逆变器进入低电压穿越阶段；当电网进入电压恢复阶段，此时并网逆变器输出无功功率起到迅速支撑起电网电压的功能。
光伏并网逆变器的孤岛检测方法
光伏并网逆变器的孤岛检测方法作者：邹焕雄施晟来源：《中国科技博览》2017年第06期[摘要]并网的光伏逆变器处于孤岛运行状态时会影响电力系统的安全运行，威胁到线路检修人员的安全，研究并网的光伏逆变器的孤岛检测技术，具有重要的现实意义，本文介绍了被动式孤岛检测和主动式孤岛检测方法，并对主动式孤岛检测方法进行了改进，将公共耦合点的电网频率偏差值引入移相角计算中，形成正反馈，在固定的时间间隔内改变的正负号，清除检测盲区。
中图分类号：TM71 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）06-0270-01前言孤岛效应是指当电网由于各种原因中断供电后，太阳能光伏发电系统未能从电网断开而与负载构成一个电网无法控制的自给供电孤岛。
光伏发电系统处于孤岛运行时会导致孤岛区域供电电压、频率的不稳定，影响配电系统的保护动作，电网恢复供电时的冲击电流可能会损坏逆变器，威胁电网检修人员的安全等[52]。
因此，并网的光伏发电系统必须设有防孤岛保护功能。
1 孤岛检测方法IEEE Std. 929-2000规定了相应的防孤岛检测标准，该标准给出了并网逆变器从电网断开后到检测到孤岛现象并与电网断开的时间限制。
孤岛检测方法分为被动式孤岛检测和主动式孤岛检测。
2 被动式孤岛检测被动式孤岛检测方法根据公共耦合点电压、频率、相位跳变和谐波来判断是否产生了孤岛效应。
孤岛效应等效电路如图1所示。
电网正常工作时PL=Ppv-ΔP=U2R （1）QL=Qpv-ΔQ=U21ωL-ωC （2）其中，U、ω为负载的电压和频率，Ppv、Qpv为负载消耗的有功和无功。
孤岛效应发生后PL’=Ppv-ΔP=U’2R （3）QL’=Qpv-ΔQ=U’21ω’L- ω’C （4）输出电压的幅值不变，当ΔQ=0时，输出电压的频率不变。
因此，通过检测公共节点处的电压或频率跳变来判断孤岛效应存在盲区。
相位突变检测的原理是，光伏系统正常并网运行时，输出电流与公共节点的电压同频同相。
并网逆变器单独运行的检测与防止孤岛效应
并网逆变器单独运行的检测与防止孤岛效应在太阳能光伏并网发电过程中，由于太阳能光伏发电系统与电力系统并网运行，当电力系统由于某种原因发生异常而停电时，如果太阳能光伏发电系统不能随之停止工作或与电力系统脱开，则会向电力输电线路继续供电，这种运行状态被形象的称为“孤岛效应”。
特别是当太阳能光伏发电系统的发电功率与负载用电功率平衡时，即使电力系统断电，光伏发电系统输出端的电压和频率等参数不会快速随之变化，使光伏发电系统无法正确判断电力系统是否发生故障或中断供电，因而极易导致“孤岛效应”现象的发生。
“孤岛效应”的发生会产生严重的后果。
当电力系统电网发生故障或中断供电后，由于光伏发电系统仍然继续给电网供电，会威胁到电力供电线路的修复及维修作业人员及设备的安全，造成触电事故。
不仅妨碍了停电故障的检修和正常运行的尽快恢复，而且有可能给配电系统及一些负载设备造成损害。
因此为了确保维修作业人员的安全和电力供电的及时恢复，当电力系统停电时，必须使太阳能光伏系统停止运行或与电力系统自动分离（此时太阳能光伏系统自动切换成独立供电系统，还将继续运行为一些应急负载和必要负载供电）。
在逆变器电路中，检测出光伏系统单独运行状态的功能称为单独运行检测。
检测出单独运行状态，并使太阳能光伏系统停止运行或与电力系统自动分离的功能就叫单独运行停止或孤岛效应防止。
单独运行检测方式分为被动式检测和主动式检测两种方式。
(1)被动式检测方式。
被动式检测方式是通过实时监视电网系统的电压、频率、相位的变化，检测因电网电力系统停电向单独运行过渡时的电压波动、相位跳动、频率变化等参数变化，检测出单独运行状态的方法。
被动式检测方式有电压相位跳跃检测法、频率变化率检测法、电压谐波检测法、输出功率变化率检测法等，其中电压相位跳跃检测法较为常用。
电压相位跳跃检测法的检测原理如图5-16所示，其检测过程是：周期性的测出逆变器的交流电压的周期，如果周期的偏移超过某设定值以上时，则可判定为单独运行状态。
光伏并网发电系统的孤岛检测方法
光伏并网发电系统的孤岛检测方法光伏并网发电系统的孤岛检测方法【大比特导读】光伏并网发电系统不允许运行在孤岛状态，因此孤岛检测是光伏并网逆变器的核心技术之一。
本文介绍了光伏并网发电系统孤岛检测的原理和研究进展。
对比分析了常用的孤岛检测方法的优缺点及其改进策略。
摘要：光伏并网发电系统不允许运行在孤岛状态，因此孤岛检测是光伏并网逆变器的核心技术之一。
本文介绍了光伏并网发电系统孤岛检测的原理和研究进展。
对比分析了常用的孤岛检测方法的优缺点及其改进策略。
关键字：分布式并网发电系统，孤岛现象，1引言“孤岛”是指公共电网停止供电后，各个用户端的分布式并网发电系统未能及时检测出停电状态，继续向周围的负载供电，从而形成一个公共电网无法控制的自给供电网络，如图1所示。
孤岛现象可能造成以下危害：威胁电力公司输电线路维修人员的人身安全;影响电能质量，造成孤岛区的电压与频率不稳定，并可能损坏用电设备;对于单相光伏并网的三相系统造成欠相供电问题等[2]。
因此，孤岛检测是光伏并网发电系统中不可缺少的重要环节。
针对分布式发电系统的并网问题，美国电气及电子工程师协会制订的光伏系统并网标准IEEE Std. 929-2000 中规定：(1)PV逆变器输出有功功率与负载消耗功率的失配度大于50%;或：本地负载功率因数小于95%时，电网失压后必须在10个周波内停止向电网供电。
(2)有功功率失配度在50%内且本地负载功率因数大于95%时，逆变器应能在电网失压后2s内停止对电网供电。
上述指标针对的是负载品质因数小于2.5的并联谐振负载。
中国国家标准请参看GB/T20046-2006“光伏(PV)系统电网接口特性”。
2 被动式孤岛检测方法被动式(又称无源法)孤岛检测方法通过被动地监测公共耦合点(Point of Common Coupling， PCC)电压的参数(电压幅值、频率、谐波等)是否超过设定的阈值来控制逆变器是否停止运行。
其特点是：不需要添加扰动，因此检测速度快，输出电能质量高;在多台逆变器并联运行的情况下，检测效率也不会降低;但存在较大的检测盲区(Nondetection Zone， NDZ)，一般应与主动式检测方法结合使用。
光伏并网逆变器孤岛检测技术研究
摘 要我国能源消耗主要依赖于传统化石能源，近年来随着社会经济的持续发展，我国化石能源危机和环境问题日趋严峻，改变我国能源产业结构，开发和利用新能源迫在眉睫。
由于太阳能资源具有清洁无污染、安全可靠、运行经济以及取之不尽用之不竭等优点，决定了其在能源更替中具有不可取代的地位。
以光伏发电技术为代表的新能源发电技术越来越受到国际社会的广泛关注。
在光伏发电系统中，分布式发电系统具有十分重要的地位，分布式电源为电网和本地负载提供能量。
随着越来越多的分布式光伏发电系统应用于能源产业，许多潜在的电网保护问题逐渐引起了人们的重视，其中难点之一就是如何检测出孤岛效应。
孤岛效应会导致电能质量严重受损、电气设备损害以及对运行检修工作者的安全造成威胁，因此应该避免孤岛现象的发生。
通过相关反孤岛设备实时监测系统运行情况，在孤岛发生时检测出孤岛运行状态并触发孤岛保护装置，使光伏并网逆变器尽快与主电网切离以避免上述的危害。
本文以三相光伏并网逆变器为研究对象，对系统中存在的孤岛效应检测问题进行研究，讨论了相关参数对孤岛检测盲区分布的影响，并根据现有反孤岛策略存在的不足，提出一种改进的基于无功功率扰动的孤岛检测算法。
本文阐述了孤岛效应的研究背景、成因以及危害，分析了当前孤岛检测技术的研究现状。
基于逆变器恒功率控制策略对三相光伏并网逆变器进行建模，实现有功/无功功率的灵活控制，为后续所提孤岛检测算法的研究奠定基础。
本文研究分析了孤岛效应发生机理，对几种常见的孤岛检测方法如远程检测法、无源检测法和有源检测法进行对比分析。
与此同时，本文介绍了孤岛检测盲区相关描述方法，并采用f 0norm Q C 描述法对常见反孤岛策略的盲区进行了描述，分析了相关参数对盲区分布的影响，并基于所参与科研项目对现有盲区评估标准提出了几点改进建议。
基于对常见孤岛检测算法及其盲区的分析与研究，本文阐述了基于无功功率扰动反孤岛策略的优越性，并对其基本原理进行了分析。
逆变器孤岛检测方法
逆变器孤岛检测方法全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：随着太阳能光伏发电系统的快速发展，逆变器作为将直流电转换为交流电的核心设备，扮演着至关重要的角色。
由于电力系统中可能存在的各种故障，逆变器孤岛问题成为了影响发电系统稳定性和安全性的重要因素之一。
逆变器孤岛检测方法的研究和实施对于确保太阳能光伏发电系统的稳定性和安全运行至关重要。
一、逆变器孤岛检测方法的意义逆变器孤岛是指发电系统在断开与主电网连接的情况下，由于逆变器的存在而形成的一个孤岛状态。
如果不及时检测和处理，逆变器孤岛会导致多个问题，如逆变器过载、电网波动、设备损坏、甚至对电网造成严重影响等。
逆变器孤岛检测方法的研究和应用对于发电系统的正常运行至关重要。
1. 电压频率漂移法：通过监测逆变器输出端的电压频率，并与主电网的标准电压频率进行比对，来判断是否存在孤岛状态。
2. 差动电流检测法：通过监测逆变器输出端的差动电流，当差动电流超过设定阈值时，认为存在孤岛状态。
5. 逆变器内部参数监测法：通过监测逆变器内部的参数变化，如电流、电压、功率等，来判断是否存在孤岛状态。
以上是常见的逆变器孤岛检测方法，不同的方法适用于不同的场景和系统，可以根据实际情况进行选择和应用。
以某地某太阳能光伏发电系统为例，通过部署电压频率漂移法和差动电流检测法，成功检测出了逆变器孤岛问题。
在监测到孤岛状态后，系统自动切断逆变器与主电网的连接，有效避免了孤岛状态可能引发的问题，保证了系统的安全和稳定运行。
随着太阳能光伏发电系统的不断发展和应用，逆变器孤岛检测方法也将不断完善和提高。
未来，可以通过人工智能技术、大数据分析、云计算等先进技术，进一步提高逆变器孤岛检测方法的准确性和可靠性，为发电系统的稳定和安全提供更好的保障。
逆变器孤岛检测方法是保障太阳能光伏发电系统稳定性和安全性的重要环节。
通过不断研究和应用逆变器孤岛检测方法，可以有效预防和解决逆变器孤岛问题，确保发电系统的正常运行，为可再生能源发展和电力系统安全提供有力支持。
光伏并网逆变器复合式孤岛检测方法
光伏并网逆变器复合式孤岛检测方法高金辉;程静;杨海波【摘要】孤岛检测是分布式光伏发电并网时存在的一个重要问题.在传统被动式孤岛检测方法和主动电流幅值偏移法的基础上,结合两者的优势,提出了一种新的复合式孤岛检测方法,并详细介绍了该方法的工作原理与实现过程.结合IEEE.Std.2000-929标准中的技术规范,对新方法进行了仿真和实验研究.仿真与实验结果表明,在逆变器输出与负载功率平衡且负载呈阻性时,新的孤岛检测方法不仅可以快速检测出孤岛、实现无检测盲区、不会影响电网质量,而且能够减小对光伏发电系统输出功率的影响.%Islanding detection is an important issue for the distributed grid-connected photovoltaic generation systems. Based on traditional passive islanding detection method and active current amplitude offset method and combining with their advantages, the paper puts forward a new composite islanding detection method, and introduces the principle and realization process of the method. According to the technical specifications of IEEE.Std.2000-929, simulations and experiments of the new method are carried out. The results show that, when the inverter output and the load power are balanced and the load is resistive, the new islanding detection method can detect islanding quickly, have no non-detection zone and little influence on the power quality. What is more, it can reduce the impact on the output power of photovoltaic generation systems.【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2012(040)011【总页数】5页(P122-126)【关键词】孤岛检测;并网;逆变器;光伏发电系统;仿真【作者】高金辉;程静;杨海波【作者单位】河南师范大学物理与信息工程学院,河南省光伏材料重点实验室,河南新乡453007;河南师范大学物理与信息工程学院,河南省光伏材料重点实验室,河南新乡453007;甘肃省电力公司建设公司酒泉分部,甘肃酒泉735000【正文语种】中文【中图分类】TM710 引言随着分布式光伏发电系统的发展，人们越来越追求更高效、可控、稳定、安全的传输电网系统。
光伏并网系统中的新型孤岛检测方法
光伏并网系统中的新型孤岛检测方法龚会茹;易灵芝;沈建飞;潘元勇【摘要】The island occurrence in photovoltaic (PV) grid-connected system will not only damage the equipments, but also endanger the life safety of people. The traditional periodic current magnitude variation (PC-MV) detection method requires adding alternate active disturbance to draw the correlation factor, which reduces the detection speed and has a direct impact on the quality of electric power grid. In order to solve the above problem, a kind of novel islanding detection method is proposed based on the current disturbance. This method detects the output voltage and current disturbance of the inverter, calculates the correlation factor, and then compares the correlation factors with threshold value to judge whether the island effect occurs. In this paper, 3kW photovoltaic inverter is used to both simulation and experiments. The results verify the feasibility of the method, which has the short testing time and a certain application value.%光伏并网系统中产生孤岛时,不仅对设备造成破坏,而且危及维修人员的安全.传统的定期电流幅值变化(PCMV)检测方法需要加入备用的主动扰动才能得出相关因子Cf,降低了检测的速度,直接影响了并网电能质量,针对上述问题,提出一种新型的基于电流扰动的孤岛检测方法.此方法通过检测逆变器输出电压Vinv和电流扰动率K计算出相关因子Cf,比较Cf与阈值来判断是否发生了孤岛效应.对3 kW光伏逆变器进行仿真研究和实验,仿真和实验结果验证了该方法的可行性,检测时间短,具有一定的工程应用价值.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2012(024)001【总页数】7页(P59-65)【关键词】光伏;孤岛检测;定期电流幅值变化;电流扰动;相关因子【作者】龚会茹;易灵芝;沈建飞;潘元勇【作者单位】湘潭大学信息工程学院,湘潭411105;湘潭大学信息工程学院,湘潭411105;湘潭大学信息工程学院,湘潭411105;湘潭大学信息工程学院,湘潭411105【正文语种】中文【中图分类】TM615孤岛效应是光伏并网发电普遍存在的问题，光伏并网发电系统处于孤岛运行状态时会产生非常严重的后果，如对负载端用户的设备造成损坏；孤岛线路危及检修人员的人身安全；在重新合闸前没有消除孤岛效应也将会导致不同步并网[1～3]。
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将保持一段时间 tz 直至下半个周期开始 . 将截断系 数 cf 定义为电流过零点超前 ( 或滞后 ) 电压过零点 的时间间隔 tz 与电压周期 T V 一半的比值. 该方法在 实际应用中 产生的谐 波电流 较大. 通常 cf 取值 为 正, 使系统仅向频率增加的方向偏移, 因而检测盲区 较大 .
摘
要 : 以光伏逆变器为代表的各种并网逆变器通常
岛检测盲区 . 主动检测法提高了孤岛检测 的可靠 性 , 但其 在并网 逆变 器的 输出中 施加 了扰动 , 影 响了 并网电 能质 量 . 重点分析移频与移相主动孤岛检测算法的工作原理及参数选取原则 , 并给出相关的 参数优化 建议 , 同 时探讨多 并网逆变器运行时的孤岛检测有 效特性 , 为光伏并网逆变器的孤岛检测设计提供参考 .
第 24卷第 1 期 2009年 3 月
电力科学与技术学报
JOURNAL OF E IECTR IC POW ER SCIENCE AND TECHNOLOGY
V o.l 24 N o . 1 M ar . 2009
光伏并网逆变器的孤岛检测技术
刘方锐, 康 勇, 张 宇
430074)
(华中科技大学 电气与电子工程学院 , 湖北 武汉
关
键
词 : 光伏; 并网逆变器; 孤岛检测 文献标识码: A 文章编号 : 1673 9140( 2009) 01 0008 04
中图分类号 : TM 615
Investigation of islanding detection strategies for PV grid connected converters
[ 3, 11] [ 3]
f0 f f0 f
f 0 与 Q f 为分别为负载的谐振频率与品质因
数. 并网逆变器多采用并网电流直接控制模式, 工作 在近似单位功率因数下. 当本地 RLC 负载的谐振频 率为 50 H z且所需有功与并网逆变器的输出相匹配 时, 电网断电后本地系统的电压幅值与频率无变化, 代表了检测孤岛最难的情况. 因此 , 要求在此最恶劣 的工况下该孤岛方法能准确检测出孤岛, 则必须满 足逆变器的电流相角比并联 RLC 负载的相角增加
会威胁到电网维修人员的安全, 影响配电系统的保 护开关动作程序 , 在重合闸时可能对用电设备造成 损坏等 . 在并网逆变器的孤岛检测中, 仅依靠被动式检 测方法检测逆变器与电网间的公共点处电压的异常 现象 (如过 /欠压、 过 /欠频 ), 则容易漏检. 多采用被 动与主动相结合的方法以减小检测盲区 . 然而主动 检测法需对逆变器的输出施加扰动, 影响了并网电 能质量 . 因此 , 对主动检测法提出较高的标准 , 要求 检测效果好且对电网产生的不良影响小 . 本文重点 分析了移频法与移相法的孤岛检测工作原理与参数 选取方法, 并探讨了这类方法在多机工作运行下的 特性, 为光伏并网逆变器的孤岛设计提供了理论指 导.
1 孤岛检测概述
IEEE S td . 2000- 929 规定对于有功功率失配 度在 50 % 以内且本地负载 ( 品质因数不超过 2 . 5) 功率因数大于 0 . 95 时 , 并网逆变器应在 2s内检测 出孤 岛 并停 止 供 电. ( GB /T 19939- 2005) 光 伏 系 统 并 网技 术 要 求
并网逆变器通常要求具备孤岛检测功能
[ 1~ 4]
. 并网
逆变器的孤岛现象是指电网因故中断供电时逆变器 仍向电网传输电能 , 和本地负载形成一个公共电网
第 24卷第 1 期
刘方锐 , 等 : 光伏并网逆变器的孤岛检测技术
[ 1]
9
系统所无法控制的自给供电孤岛
. 该现象的发生
为有效的途径 . 因此 , 移频法与移相法在研究与应用 中受到更多的重视 .
[ 3, 6]
2) 将 系 统 的 频 率 或 电 压 拉 出 正 常 工 作 范
[3 , 6~ 12 ]
可表示为 ( 1)
测效果较理想, 但是对逆变器的硬件配置要求较高 , 同时实现复杂. 仅少数国家如德国要求光伏并网逆 变器必须具备该孤岛检测方式. 后一种方式所对应 的孤岛检测法有有 /无 功功率扰动法、 输出电压正反 馈法、 移频法和移相法等. 对比频率与电压的正常工 作范围 , 将系统的频率拉出正常工作范围是一种更
dA df
.
f= f g
( 8)
动 , 电流的相角被设置为上个周期公共点电压的频 率与额定频率的函数. 逆变器输出参考电流可表示 为
[3 , 11]
为移频法或移相法中电流超前 电压的相
角. 由式 ( 8) 即可求出反馈参数的最小取值 . 在满足 该最小取值的基础上还可以对算法进一步改进 , 如 改变反馈增益参数 . 当系统频率与额定频率在一较 小范围时 , 取满足式 ( 8 ) 的最小频率反馈增益, 在市 电存在时算法产生的扰动较小 , 对并网质量影响较 小. 一旦频率之差超过预先设定范围时 , 表明孤岛存 在的可能性偏大, 可增加该反馈增益以加速系统偏 离正常范围. 2 . 4 多机运行下的特性分析 当带频率正反馈的移频逆变器与带频率正反馈 的移相逆变器在一起工作时, 逆变器的总电流相角 总是介于单台逆变器的相角之间 . 由于这些算法的 电流相角均由频率正反馈所决定 , 则合成相角的变 化方向与单台逆变器相角随系统频率的变化方向一 致. 只要逆变器在单机工作时满足孤岛检测要求 , 则 在多机工作时也能满足检测要求. 图 2~ 4 给出了多机运行下的孤岛检测过程. 其 中图 2 为 2 台 AFDPF 逆变器的工作过程 . 图 3 为 2 台 I M S M S 逆变器的工作过程 . 图 4 为 1 台 AFDPF 逆变器和 1 台 I M S M S 逆变器的工作过程 . 本地负 载的谐振频率为 50 H z , 品质因数为 2. 55 . 由于多机 系统的有功与负载所需有功较匹配 , 电网断电前后 系统的电压变化较小. AFDPF 与 I M S M S 算法是按 式 ( 8) 设计 , 在单台工作时能满足要求, 其在多机下 也同样能检测出孤岛.
收稿日期 : 2009 02 28 基金项目 : 国家自然科学基金 ( 50877032) 作者简介 : 刘方锐 ( 1981- ) , 男 , 博士 , 讲师 , 主要从事分布式发电与新能源利用研究 . 通讯作者 : 康 勇 , 男 , 博士 , 教授 , 博士生导师 ; E ma i:l yk ang @ m ai. l hu st . edu . cn
).
Qf
AFDPF 的扰动虽然直接作用于输出电流频率 , 其本 质上是在电流与电压间施加相位扰动来检测孤岛 . 由式 ( 2) 可知, AFDPF 既可使系统向频率增加的方 向偏移也可向频率减小的方向偏移, 主要取决于本 地负载的谐振频率. 当其与电网额定频率一致时, 电 网断电时刻频率正反馈所产生的相位扰动为零. cf0 的作用正是产生初始相位扰动以有效触发频率正反 馈的动作, 取一个较小值即可. 2 . 2 移相法的工作原理 移相法 主 要 有 滑 动 移 相法 APS)
[ 3]
( activ e frequency
[ 3, 6 , 10 ]
drif, t AFD) 和带正反馈的主动移频法
( act iv e
frequency drift w ith positiv e feedback , AFDPF ) . AFD 通过将公共点处电压的频率值进行偏移后作为逆变 器输出电流的参考频率来进行孤岛检测, 该偏移量 为固定值 . 图 1 给出了采用 AFD 时并网逆变器输出 参考电流及公共点电压波形. 当输出电流变为零时
cf0 为无频率误差下的截断系数 ( 即初始截断
系数 ); k 为反馈增益; f 与 fg 分别为公共点电压频率 与电网额定频率. 一旦电网断电后, 公共点的电压频 率会因为电流中引入的频率偏移量而加速变化, 直至 频率保护继电器动作. 该方法在逆变器输出电流中引
10
电
力
科
学
与
技
术
学
报
[ 10, 12]
也规定防孤岛效应保护应
在 2s内动作 , 将光伏系统与电网断开 . 同时也规定 电网接口的电压幅值在额定值的 85 % ~ 110 % 之外 或频率在额定值的 99% ~ 101 % 之外时 , 光伏并网 逆变器应与电网断开 . 当并网逆变器所发出的功率与本地的负载较匹 配时, 电网中断供电后系统的频率与电压幅值变化 较小, 仍在正常运行范围内. 为此, 并网逆变器在被 动防孤岛的基础上再配置主动防孤岛保护 , 以提高 孤岛检测的可靠性. 主动孤岛检测法通过施加扰动 以判断是否发生孤岛 化 围
L IU F ang ru,i KANG Yong, ZHANG Yu
( Col lege of E lectrical and E lectron ic Engin eering, Huazhong U n iversity of Science and Techno logy , W uh an 430074 , Ch ina)
[3 , 5] [ 3]
, 主要作用方式是:
图 1 公共点电压 Vpcc与逆变器电流 i ( i1 为基波 ) F igure 1 V o ltage o f PCC and inverte r output current
1) 检 测 电 网 断 电 前 后 系 统 阻 抗 的 异 常 变 ; . 前面一种方式被称为阻抗检测法, 虽然检 AFDPF 在 AFD 的基础上引入频率正反馈加速 公共点电压的频率偏离正常值 , 使检测盲区进一步 减小 . 引入频率正反馈后的截断系数 cf = cf0 + k ( f - fg ) . 式中
2 主动孤岛检测法的运行特性
随着分布式发电技术的发展 , 并网逆变器被广 泛运用. 在一个局部区域内带有不同主动孤岛检测 技术的并网逆变器不可避免的会并联运行. 目前 , 主 动孤岛检测技术的研究主要侧重于单台逆变器 , 其 在多机运行下的特性也显得尤为重要. 2 . 1 移频法的工作原理 移频法主要 有主动移 频法