光伏并网发电系统的孤岛效应及检测措施
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。
光伏并网孤岛效应的检测与分析
光伏并网孤岛效应的检测与分析摘要：目前，分布式发电系统发展的规模口益扩大，更多的分布式光伏并网发电系统接入到公共电网的同时，出现孤岛效应的几率也随之增加。
孤岛效应的产生不仅给分布式发电设备带来危害，而且影响了电能的质量，所以要求能够准确且快速的检出孤岛效应现象。
关键词：孤岛效应；主动频率；负载功率1.引言孤岛效应的检测一般是通过监控并网系统输出端电压的幅值和频率来实现的。
当电网断开时，由于并网系统的输出功率和负载功率之间的差异会引起并网系统输出电压的幅值或频率发生较大的改变，这样通过监控系统输出的电压就可以很方便地检测出孤岛效应。
然而，当负载消耗的功率与光伏系统相匹配的时候，通过这种被动的检测方法就会变得困难。
该项目提出来周期性双向扰动主动频率偏移法无论是感性负荷还是容性负荷或者负载消耗的功率与光伏系统相匹匹配时的孤岛效应检测技术难题。
有效的控制了光伏系统发生孤岛效应时，给相关的设备和维护人员带来的危险。
2.孤岛效应检测方法的分析与选择孤岛是一种电气现象，发生在一部分的电网和主电网断开，而这部分电网完全由光伏系统来供电。
因为孤岛会损害公众和电力公司维修人员的安全和供电的质量，在自动或手动重新闭合供电开关向孤岛电网重新供电时有可能损坏设备。
逆变器通常会带有被动式防止孤岛效应装置。
对于平衡负载很好条件下通电和重新通电两种情况下的孤岛防止还不够充分，所以必须结合主动技术，主动技术是基于样本频率的移位、流过电流的阻抗监测、相位跳跃和谐波的监控、正反馈方法、或对不稳定电流和相位的控制器基础上的。
该研究项目解决了无论是感性负荷还是容性负荷或者负载消耗的功率与光伏系统相匹匹配时的孤岛效应检测技术难题。
安全可靠的保证电力光伏发电设备和财产损失，提高电力系统的服务信誉，可有效维护社会稳定和电网安全。
3.周期性双向扰动主动频率偏移法基本原理正反馈的主动频率偏移法是对对公共耦合点的频率运用了正反馈，提高了孤岛检测的速度。
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。
分布式光伏并网系统孤岛效应分析及检测方法研究
分布式光伏并网系统孤岛效应分析及检测方法研究分布式光伏并网系统孤岛效应分析及检测方法研究随着能源问题和环境问题的不断突出，光伏发电作为一种清洁、可再生的能源技术逐渐流行起来。
分布式光伏并网系统作为光伏发电系统的一种形式，呈现出很好的应用前景。
然而，在分布式光伏并网系统中，一个或多个光伏组件因故失去与公共电网的连接，而仍然继续自行发电的现象被称为孤岛效应。
孤岛效应会导致光伏组件与局部电网之间的电能无法正常传输，给系统稳定性和电网安全运行带来威胁。
本文以分布式光伏并网系统中的孤岛效应为研究对象，对其进行深入的分析，并探讨相应的检测方法。
首先，本文对孤岛效应的成因进行了分析。
孤岛效应的主要原因是光伏组件产生的电能在故障情况下无法实现与公共电网的同步运行。
当发生故障时，孤岛效应会导致光伏组件继续运行，形成一个"孤岛"，从而与公共电网分离。
这种分离会对电网的稳定性和功率质量产生重大影响。
接着，本文对孤岛效应的影响进行了详细分析。
孤岛效应会引起两个主要问题：首先，孤岛会导致系统电流不受控制，可能引发由电流负载和无功功率调节问题引起的频率和电压波动。
其次，由于孤岛区域与其他区域存在电能传输隔离，发电系统可能会对维护人员和其他设备造成电击危险。
针对孤岛效应的检测问题，本文提出了几种常见的检测方法。
首先是主动检测方法，该方法通过在电网中添加特殊信号并观察光伏系统是否对信号作出响应来判断孤岛效应的存在。
其次是被动检测方法，该方法利用电网的特性以及区分正常运行和孤岛运行的电压和频率差异来判断是否存在孤岛效应。
最后，本文还介绍了一些现有的智能设备和控制系统，如逆变器和PMU（相量测量单元），可用于实时监测和检测孤岛效应。
在文章的最后，本文指出了目前孤岛效应研究中存在的问题和挑战，并对未来的研究方向提出了展望。
例如，如何提高孤岛效应的检测精度和响应速度，以及如何减少对电网质量的影响等。
总之，分布式光伏并网系统的孤岛效应是一个重要的研究课题。
分布式光伏并网系统孤岛效应分析及检测方法
设备管理—272—分布式光伏并网系统孤岛效应分析及检测方法周锦龙（江西通力电业发展有限公司，江西南昌330052）摘要：本文将详细介绍分布式光伏并网系统中的孤岛效应，通过专业的研究与调查，找出精准检测孤岛效应的两种方式，即远程检测法与本地检测法，借用其内部存有的测试模式来发现适宜的孤岛检测方法，保障并网系统的运行安全。
关键词：分布式光伏并网系统；孤岛效应；检测方法引言：在光伏并网系统的运行中，若其运行方式与内部结构发生改变，则会影响电网运行的安全与稳定，在进行网络系统测试时应及时发现其可能出现的孤岛效应隐患，借助适宜的检测功能来改善并网系统的运行状态。
1分布式光伏并网系统中的孤岛效应在分布式光伏并网系统内存有不同程度的孤岛效应，光伏并网系统由本地负载、断路器、变压器、逆变器与光伏电源构成。
通常来讲，光伏并网系统在正常运行期间其内部光伏电源与大电网侧的断路器都处在闭合状态，从功率流向的视角上看系统内部的大电网与光伏电源同时存在无功功率与有功功率。
若大电网中发生故障或其断路器出现跳闸，系统内部的负载则难以接收到大电网提供的功率，在该阶段光伏电源会对负载进行单独供电，该侧的负载与光伏电源会形成孤岛效应。
由于并网系统中公共点内的电压等级不同，孤岛效应的检测时间也会存有区别，一般来讲，当断网以后，其电压阀值的状态为0.5UN>VPCC 时，其最长的检测时间可维持在6个周期；而电压阀值的数值为1.37UN<VPCC 时，该最大的测试时间为2周，其中依照国家标准，大电网属额定频率，国际上为60Hz，我国为50Hz，UN 代表着大电网内额定电压的有效值，数值为220V，而VPCC 则为大电网接口与光伏电源键公共点的电压值[1]。
2分布式光伏并网系统中孤岛效应的检测方法2.1远程检测法为探究孤岛效应的测试方法，以某电力有限公司的实践为例，在分布式光伏并网系统规模与容量的不断扩张下，该系统内出现孤岛现象的次数也逐渐增多，对本地负载与主电网的影响也逐步增大。
光伏发电系统防孤岛检测方法分析
system and grid-connected photovoltaic system and their respective characteristics are described. Finally，the security of
photovoltaic is discussed，and the islanding effect in the circuit is considered. The advantages and disadvantages of different
detection methods and their reliability are analyzed.
Keywords:Photovoltaic system ；Off grid grid connected photovoltaic power generation system ；Anti islanding detection
２．１ 孤岛效应介绍 随着光伏的普及，其安全性能是人们最关心的。而对于
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高新技术
并网发电系统来说，孤岛效应无疑是一种巨大的危害。孤 岛效应是指由于电气故障、误操作或自然因素等原因造成 电网中断供电时，光伏并网发电系统仍在运行，并且与本 地负载连接处于独立运行状态。其危害十分巨大，会对维 修人员的生命安全造成威胁。当电网恢复供电时，会产生 浪涌电流，可能会引起再次跳闸。如果电网与光伏发电系 统相位（频率）不同步，会产生大的冲击电流，毁坏光伏 发电装置，并且有可能会摧毁负载，造成损失。
２．２ 国际国内孤岛检测标准
国际通行的光伏系统入网标准 IEEE Std. 929-2000 以
及分布式电站入网标准 IEEE1547，都对并网逆变器的孤岛
光伏发电中的孤岛检测技术
光伏发电中的孤岛检测技术【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【中图分类号】tm615 【文献标识码】a1、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]。
图1光伏发电系统运行原理图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]。
光伏并网系统的孤岛效应检测技术
Ｖ０ ． ３ ＮＯ １ １１ ． １ ＮＯ ０ｌ Ｖ２ ０
来衡 量 孤 岛检 测 方 法 的好 坏 ，ＮＤＺ 定义 合 适 的 区 域 ，在 此 区域 内某 孤 岛检 测 方法 不能 检 测 出孤 岛 效 应 ，通 常希 望 ＮＤＺ 可 能小 ，但 是公 共 电网情 尽
况较 复 杂 ，设 定 太 小 的ＮＤＺ 引起 反 孤 岛保 护 的 会
ＯＩ Ｙｕ ｕ ｎ Ｚ Ａ０ ｘ ａ ， ＨＡＮＧ Ｄａｒ ｎ ｉ ｕ
（ ｉ ｕ ｎＵｎｖ ｒｉ ， ｈ ｎ ｄ １ ０ ５ Ｃ ｉａ Ｓｃ ａ ｉｅｓｙ Ｃ ｅ ｇ ｕ６ ６ ， ｈｎ ） ｈ ｔ ０
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｔｈｉ ｐ ｒａ ａ ｙ ｅ ｈｅｐ ｉ ｃｐｌ ｌｎｄ ｎ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｓｒ ｔ ｒ ｅ ｇ ｉ ｃ ｎｅ ｔ ｄ ｐ ｏ ｏ ｏ ｔｉ ｔａ ｔ ｓｐａ ｅ ｎ ｌ ｓ ｓｔ ｒｎ ｉ ｅｏｆｉ ａ ｉ ｇ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｔｕｃｕ ｅｏｆｔ ｒｄ－ｏｎ ｃｅ ｈ ｔ ｖ ｌａｃ ｓ ｈ ｓ ｔ ｍ ，ａ ｄ ｃ ｙｓｅ ｎ ｏｍｐａ ｅ ｎ ｕｍｍ ａ ｉｅｓｔ ｎｔ—ｓ ａ ｎｇ ｓｒ ｔ ｇ ｅ ｏ ｐｒ ｖｅ ｔｕ ｎ ｅ ｉ ａ ｓａ ｉ ｒ ｓａ ｄ ｓ ｒｚ ｈｅ ａ ｉｉ ｌｎｄｉ ｔ ａ ｅ ｉ ｓ ｔ ｅ ｎ ｎｉ ｔ ｎｔｏｎ ｌｉｌ ｎｄ ｎｇ．Ｔｈｅ ｃ ｎｓｄｅ ａ ｉ ｎｓ ｏｎ ｔ ｏ ｅ ｓ ｉ ｔ ｕｒｈ ｒ ｒ ｓ ａ ｃ ｈｅ ａ ｔ—ｓ ａ ｎｇ ｓｒ ｔ ｇｉ ｓ ａ ｅ ａ ｓ ｓ ｕｓ ｅ ｏ ｉ ｒ ｔｏ ｈｅ ｐｒ ｂｌ ｍ ｎ ｈｅ ｆ ｔ ｅ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏｆｔ ｎ ｉｉｌ ｎｄｉ ｔａ ｅ ｅ ｒ ｌ ｏ ｄｉｃ ｓ ｄ． Ｋｅ ｙｗｏｒ ：Ｇｒｄ ｃ ｎ ｃ ｅ Ｐｈ ｔ ｖｏ ｔ ｉ ｙｓｅ ； ｓａ ｄｉ ； ｔｃ ｉ ｎ Ｓ ｒ ｔ ｇ ｄｓ ｉ — ｏ ｎｅ ｔｄ ｏ ｏ ｌａ ｃＳ ｔｍ Ｉ ｌｎ ｎｇ Ｄｅ ｅ ｔｏ ｔａ ｅ ｙ
光伏发电并网系统的孤岛效应及反孤岛策略
光伏发电并网系统的孤岛效应及反孤岛策略近年来，随着能源的过度消耗，传统能源对环境带来的影响日益加重，人们逐渐意识到清洁能源的使用可以改善现有能源紧缺的状况，也可以改善能源使用对环境所带来的影响。
太阳能作为一种清洁、环保型的能源不仅无污染、可持续性强而且使用便捷，因此越来越多的人开始使用这种新型能源。
随着使用范围的扩大，它已经从补充型能源向替代型能源逐渐过渡。
孤岛效应是光伏发电中独有的故障，为了能够让清洁能源得到更好的利用，我们必须要制定对应的策略来改善孤岛效应带来的损害。
一、关于孤岛效应（一）概念它是指在光伏发电系统中，整个电力网络由于故障原因或是停电而出现跳闸断电的情况。
而此时各个分布式发电系统并没有检测出对应的故障问题，进而没有及时将光伏发电系统与电力网络断开，从而形成了一个以分布式发电系统以及其他负载组件共同形成的发电孤岛。
（二）危害1.一旦这种发电孤岛形成就会给系统内的电压和频率造成非常直接的影响，甚至会对相应的装置设备造成损害[1]。
2.而当故障解除之后，光伏发电系统在重新接入电力网络时又可能会出现电压不同步的情况，继而出现电流突变的情况，导致电力设备和其他器件受到损害。
3.断电之后的孤岛效应会造成接地故障无法彻底清除，给电力系统造成影响。
4.孤岛效应很容易给工作人员带来认知偏差，认为是电力网络断电，进而做出错误的判断，给工作人员的人身安全带来威胁。
为了避免孤岛效应给设备和工作人员造成危害，就必须要在出现此类情况时具备一定的防御保护能力，进而确保设备完好、人员安全。
二、关于孤岛效应危害的解决策略触发孤岛效应出现的必要条件就是光伏系统内的输出功率与其负载功率相互匹配。
依据孤岛效应的检测规定，当发电系统中所输出的有功功率和负载有功功率之间出现5%的误差且持续时间长达2s以上，便可以确定光伏发电的孤岛效应已经产生。
因此我们可以得出结论，孤岛效应的出现与功率数值是否匹配以及其所能够持续的时间有紧密的联系。
基于光伏并网发电系统的孤岛检测说明书
目录摘要 (III)关键词 (III)Abstract (IV)Key Words (IIV)第一章绪论 (1)1.1选题背景及意义 (1)1.2光伏并网研究现状 (2)国外光伏发电现状 (2)国内光伏发电现状 (2)1.3光伏并网发电孤岛效应问题 (2)孤岛现象的定义 (2)孤岛现象的危害 (3)第二章孤岛检测的检测 (4)2.1孤岛检测的检测标准 (4)2.2孤岛检测的检测方法 (4)远程技术 (4)本地技术 (4)2.3各种检测方法的比较 (5)第三章基于光伏并网控制的孤岛检测 (8)3.1光伏并网发电系统 (8)3.2孤岛检测 (10)法的基本原理 (10)检测结构 (11)3.3 AFD仿真 (12)流程图 (12)仿真搭建 (13)仿真结果 (14)第四章总结与展望 (15)4.1本文工作总结 (16)4.2展望 (16)参考文献 (18)致谢 (19)摘要随着能源问题的日益突出和环境问题的依然严重，新能源的开发和利用愈发受到各国政府的重视，光伏发电是很有潜力的未来能源，绿色环保，被越来越广泛的应用。
而光伏并网发电模式凭借其独特的优点——低耗高能，逐渐被推广使用。
但是不得不提的是，在并网运行模式下，电网断电造成的孤岛效应会对并网各部分设备以及人们的生命安全都构成危险，所以，在电网发生故障的时候，能及时并且准确地检测出孤岛效应就显得尤为重要。
本文主要是在光伏并网系统的基础上进行研究，介绍了孤岛的危害，并要及时地监测它是否出现，而且要在它出现时，切断跟电网的联系。
孤岛监测大致有这两类——被动和主动监测，而前一种方法相较于后一种来说，盲区较大，因此，本文采用的是主动检测中的主动移频法（AFD），最后用Matlab仿真来验证，AFD检测法能在电网出现故障的时候，及时地检测出孤岛效应，切断与电网的连接，防止事故的发生。
关键词：光伏发电，并网，孤岛检测Island Detection Based on Photovoltaic Grid Connected Generation SystemAbstractWith the energy issues have become increasingly prominent, the environmental problems are still serious, new energy development and utilization is increasingly the attention of governments, photovoltaic power generation is a potential future energy, green environmental protection is more and more widely used.And photovoltaic power generation mode with its unique advantages: low energy consumption, has been popularized gradually. But have to mention is that in grid connected operation mode, the islanding power off caused by the will of grid connected various parts of the equipment and people's life safety is dangerous, so when the fault occurs in the power network, timely and accurately detect islanding is particularly important.This paper is mainly based on the grid connected photovoltaic system, introduces the harm of the isolated island, and to monitor it in time, and to cut off the contact with the power grid when it appears. Island monitoring generally in these two types of passive and active monitoring, and the former a method is compared with a, blind area is larger, therefore, the is active in the detection of active shift frequency method (AFD), finally used Matlab simulation to verify, the AFD method to fault occurs in the power grid, timely detected islanding, cut off connection to the grid, to prevent the accident occurrence.Key Words: photovoltaic power generation, grid connected,island detection第一章绪论1.1选题背景及意义能源是一个国家经济不断发展的基本动力。
光伏电站中的孤岛效应
光伏电站中的孤岛效应防孤岛效应是光伏系统中的一个重要环节1. 孤岛效应概述孤岛现象是指：当电网由于电气故障或自然因素等缘由中断供电时，光伏并网发电系统仍旧向四周的负载供电，从而形成一个电力公司无法掌握的自给供电孤岛。
由于光伏发电系统与电网并联工作时，电网会由于故障设备检修或操作失误等缘由停止工作，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，因此精确准时地检测出孤岛效应，是光伏并网发电系统设计中的一个关键性问题。
当孤岛效应发生时，将造成以下危害：①电网无法掌握孤岛中的电压和频率，假如电压和频率超出允许的范围，可能会对用户的设备造成损坏；②假如负载容量大于逆变电源容量逆变，电源过载运行，简单被烧毁；③与逆变电源相连的线路仍旧带电，对检修人员造成危害，降低电网的平安性；④对孤岛进行重合闸会导致该线路再次跳闸，还有可能损坏逆变电源和其他设备。
光伏并网系统防孤岛爱护装置实物图2. 孤岛效应的检测方法孤岛现象的消失，严峻影响电力系统的平安和正常运行，从用电平安与电能质量考虑，孤岛效应是不允许消失的，当孤岛发生时必需快速、精确地切出并网逆变器，因此对于孤岛效应应进行检测及掌握。
孤岛效应检测方法主要分为被动式和主动式两种：被动式孤岛检测方法，通过检测逆变器的输出是否偏离并网标准规定的范围，如电压、频率或相位，推断孤岛效应是否发生。
该方法工作原理简洁，简单实现，但在逆变器输出功率与局部负载功率平衡时，无法检测出孤岛效应的发生。
主动式孤岛检测方法是指通过掌握逆变器使其输出功率频率和相位存在肯定的扰动。
电网正常工作时，由于电网的平衡作用，这些扰动检测不到。
一旦电网消失故障逆变器输出的扰动将快速累积并超出并网标准允许的范围，从而触发孤岛效应的爱护电路。
该方法检测精度高，检测盲区小，但是掌握较简单，且降低了逆变器输出电能的质量。
防孤岛检测模拟示意图（1）被动方法被动式孤岛效应检测方法的工作原理是指依据电网断电时逆变器输出电压、频率的转变，推断出是否发生孤岛效应。
光伏并网系统孤岛效应的研究
３ 孤 岛 应 检 测 方 法
孤岛效应检测方 法主要有两种 。 基于通信 的反孤岛检 测方案 与 局部反孤岛检测方案［ ３ １ 。本文主要研究局部反孤岛策略。 ３ ． １ 被动式孤岛检测 ３ ． １ ． １ 过、 欠电压反孤岛方案 （ Ｏ Ｖ Ｐ ／ Ｕ Ｖ Ｐ） 过、 欠 电压 反孤岛方 案是指 ． 当并 网逆变器控制 系统检测 出 Ｐ Ｃ Ｃ 处的 电压幅值超过正常范 围 ｕ ． （ 光伏并 网系统输 出的电压最 大值 ） 、
２ 孤 岛效 应 的发 生机 理 与 条 件
（ 电压最小值） ， 通过控制命 令断开与逆变 器与市 网的连接 ， 从 而实 现反 孤岛 的一种被动式检测方法 。当电网运行正常运行状态 时． 市网的输 并 网光 伏发电系统 的功率流图如图 １ 所示 。当电网运行正 常 ． 假 出功率是 Ａ ｐ ＋ ｊ Ａ Ｑ ， 逆变器输 出功率是 Ａｊ Ｑ ， 负载的功率是 户 ＋ ｊ Ｑ ； 设逆 变器 工作于单位功率 因数 正弦波模式下 ．负载 采用并联 Ｒ Ｌ Ｃ电 当断路 器断开时 ． Ａ Ｐ ＃ ０ ．因负载吸收有功功率 与逆 变器输 出的有 功 路来 模拟 ，并假设 Ｐ 、 Ｑ为光伏系统 向负载提供 的有功 功率 、无功 功 功率不 匹配 ， Ｐ Ｃ Ｃ 处 电压 幅值将会改变 ， 如果偏移量很大 ， 证 明发 生孤 率； △ Ｐ 、 ａ Ｑ分别代 表电 网向负载提供 的有 功功率 和无功 功率 ； Ｐ 为 岛效应 ． 从而系统从 电网中断开有效 的防治孤 岛发生 负载吸收的有功功率 ， Ｑ 为 负载吸收的无 功功率 。 ３ ． １ ． ２ 过、 欠频率反孤 岛效应方案ｔ ￣ （ Ｏ Ｆ Ｐ ／ Ｕ Ｆ Ｐ ） （ － － 市ｉ ５ ｌ 当光伏并 网逆变器控制 系统检 测出 Ｐ Ｃ Ｃ处的 电压频率不在 正常 的频 率范围 内时 ． 立 即停 止逆变器并 网工作 ． 这种 反孤岛效应方 案称 之为过 、 欠频率反孤岛效应方案。 假设正常工作 的频率范围为 、 ， 、
第7章 并网光伏发电系统的孤岛效应及反孤岛策略.解析
2.1.5并网光伏系统的反孤岛测试 为了验证实际中反孤岛方案的有效性，必须对并网光伏发电装置进
针对并网光伏发电系统的孤岛效应，荷兰相应的研究机构曾做过深人 的研 究，并提供了配电网中孤岛效应发生的频率以及持续时间的实际数 据[3]。该项 研究是通过测量安装有并网光伏发电系统的典型居民区的负 荷情况来进行的，并 在两年中连续测量了每一秒钟负载需求的有功功率 和无功功率，同时将相关数据 存储在计算机内用于离线分析，由于电网 负载和并网光伏系统提供的功率之间存 在直接相关性，因而离线分析是 可行的。通过对安装有并网光伏发电系统的典型 居民区的孤岛效应研究 得出了以下结论：
2.负载品质因数Qf的确定 将并联RLC谐振电路的品质因数Qf与负载电路的位移功率因数（
Displacement Power Factor, DPF)联系起来将更有利于反孤岛测试中 对负载品质因数（>f 的确定，那么负载品质因数Qf与位移功率因数（ DPF)究竟有何关系呢？
为了便于定量分析，首先做下列假设[5]: 1.假设负载电路中不含补偿功率因数的电容，并a已知负载电路消耗 的有 功功率和负载电路的功率因数，由这两个数据和电网电压及频率， 可以计算出负 载电路中的电阻和电感L; 2.假设并上的无功补偿电容刚好使负载电路的功率因数为1。这种假 设是 合理的，因为负载电路的功率因数等于1意味着负载电路的谐振频 率等于电网频 率，而这是反孤岛保护所面临的最严重情况（任何其他的 谐振频率都将有助于 而不是有碍于反孤岛保护），此时A和C将有一个固 定的关系。
光伏并网发电系统孤岛检测的研究
配
电
网
图 １ 光伏 系统并 网拓扑结构
１ 孤 岛效应产 生的条件
本文以 ７ ｋ 的武汉纺织大学建设部的光伏并网发电项 目为例进行研究 ，系统直接并人 ３０ ０Ｗ ８Ｖ的电网 上 ，在满足本地负载需求的基础上 ，可向电网输送功率。光伏并网系统与本地负载相连 ，通过投闸开关连
贾志 强 ， 罗维 平
（ 武汉纺织大学 机械工 程与 自动化学院，湖北 武汉 ４ ０７ ） ３０３
摘
要 ：孤 岛检测是 光伏发 电系统必需的功能 ，既要快速 的检测 出孤 岛效应，同时也要减少不 良的影响。本 文分
析有 源孤 岛检 测方法和无源孤 岛检测方法 的工作原理 ，论述每种 方法的检 测盲 区，适用范 围以及 对系统电能质量
第２ ４卷 第 ６期
２ １年 １ 月 ０１ ２
武 学
报
Ｖ １ ４ Ｎｏ６ ０２ ＿ ． ．
Ｄｅ ｃ． ２ ０１ １
Ｊ ＵＲＮ Ａ Ｌ ０ ０ Ｆ Ｗ ＵＨ Ａ Ｎ ＴＥＸ ＴＩ Ｕ Ｎ Ｉ ＥＲ ＳＩ ＬＥ Ｖ ＴＹ
光伏并 网发 电系统孤 岛检测 的研究
行。
２ 孤 岛检测 的方 法
孤 岛检测 方法 一般 可分 为 两类 ：无 源检 测方 法翻 和有源 检测 方法 。
２１ 无源检测方法 ．
２１１ 电压／ 电压 、 高频／ 频检 测 ．． 欠 低
・ 通讯作者；罗维平 （ ９７ ） 女 ，副教授 ， １６ 一 ， 研究方 向： 智能控制与太阳能光伏应用
’
图 ２ 光 伏 发 电系 统 并 网 运 行
如图 ２ 所示 ，Ｖ系统并网运行时通常工作在单位功率因数模式， Ｐ Ｐ 即 Ｖ系统输出电流 Ｉ ａ 。 点电压（ 与 电 网电压 ） 同频 同相 。当电网断开后 ， 出现了 Ｐ ｖ系统单独给负载供电的孤岛现象，此时 ， 点电压由 Ｉ ａ 。 和负 载阻抗 ｚ所决定 。由于锁相环的作用 ， 。 ａ Ｉ 与 点电压仅仅在过零点发生同步 ， 在过零点之间 ， 。 Ｉ 跟随系统内 部的参考电流而不会发生突变 ，因此 ，对于非阻性负载 ，ａ点电压的相位将会发生突变 ，从而可以采用相 位突变检测方法来判断孤岛现象是否发生 。相位突变检测ｐ 算法简单 、易于实现。但是如果在负载近似阻 性负载时，由于阀值的限制 ，该方法失效。
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。
光伏并网发电系统孤岛检测方法综述
光伏并网发电系统孤岛检测方法综述摘要：阐述了孤岛效应的发生机理和孤岛发生后对电网的影响，介绍了目前国内外反孤岛方法的研究现状，并对基于单相逆变器的孤岛检测方法进行了分类介绍。
分析了主动检测法、被动检测法、混合法的检测原理并对优缺点进行了对比分析，结果说明合理地选用两种或多种方法的混合法能够较好地满足电能质量和检测性能要求。
关键词：光伏并网发电技术；孤岛效应；孤岛检测；混合法光伏并网发电系统中孤岛效应是亟待解决的重点和难点问题，我国于2005年11月发布关于光伏系统并网技术要求的国家标准，其中就对孤岛检测提出了明确要求。
所谓孤岛效应，根据美国Sandia国家实验室(Sandia National Laboratories)提供的报告是指在分布式发电并网系统中，当主体电网由于电气故障、停电检修或其他人为因素中断供电时，各个并网系统没有检测到停电状态将自身切离，而是继续供电与周围负荷形成了电力公司不可控制的自给供电孤岛的现象。
孤岛检测方法研究主要集中在欧美和日本，电气电子工程师协会IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)率先提出了孤岛检测性能发展方向并制定了测试标准[1-2]，如IEEE Std.2000.929和IEEE Std.2003.154712。
并网技术要求与配电网的结构和运作制度有关，不同国家对并网技术要求的规定不同，一些代表性国家的检测方案和时间要求如表1所示。
1 孤岛效应发生机理分析光伏并网时的结构示意图，图中P(Q)、2 孤岛检测方法分析比较对孤岛检测方法的性能要求主要是高灵敏度、高准确度，低检测盲区、低电网污染。
目前常用的孤岛检测方法分类。
2.1 远程检测法远程法是基于电网侧的检测方法，利用电网侧自身的监控系统检测到电网故障或电网供电中断情况后，向并网逆变系统传送故障信号。
该类方法主要有断路器跳闸信号检测、电力载波通信PLCC(Power Line Carrier Communication)、网络监控数据采集系统SCADA(Super-visory Control and Data Acquisition)等，主要适用于大功率并网系统。
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。
光伏并网发电系统中孤岛现象的研究
光伏并 网发 电系统 中孤 岛现象 的研究
蔡志达
辽 河 油 田 电 力集 团公 司检 修 试验网发 电 系统 中的孤 岛效应 进 行 了 究，并 对反孤 岛效应 的方法进 行 分 研 析 ，提 出主 动频 率偏 移法和 双 向频率 的主 动
ａ ｄ ｈ ｍｅ ｈ ｄ ｏ ｉｖ ｒ ｅ ｉ ａ ｄ ｅ ｆ ｃ ． ｔ ｅ ｎ ｔ ｅ ｔ ｏ ｆ ｎ ｅ ｓ ｓ ｎ ｆ ｅ ｔ ｌ ｈ ａ ｔｃｅ ａ ａ ｙ ｅ ｔ ｅ ａ ｔｖ ｆ ｅ ｕ ｎ ｙ ｉｉ ｒ ｎ ｌ ｚ ｓ ｈ ｃ ｉ ｅ ｒ ｑ ｅ ｃ ｏ ｆ ｅ ｆｓｔ
中 图分类 号 ：Ｔ ６ ５ Ｍ１ 文献 标识 码 ：Ａ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒｃ
２反孤岛效应方法的分析
太 阳能 并 网发 电系统通 常 经 由检 测输 出 电压 的幅值 改变 、频 率以 及相 位的偏 移等 方 式 来 判断孤 岛效 应 。 通 常孤 岛效 应 的检测分 成 被动 式检测 及 主动 式检 测 。被 动式 孤 岛效应 检测 方式就 是 通过 公共 电 网停 止 工作时 ，并 网逆 变器 的输 出 电压 、频率 、相位 或者 谐波 的改 变来 判断 孤 岛。其优 势 ：原理 比较 简单 且易 于实现 。 不足 ：当太 阳能 并 网发 电系统 的输 出功 率和 局部 的负载 功率 相等 时 ，此方 式就 会失效 。 主动 式孤 岛效应 检 测方式 就是 控制 并 网逆变 器 ，让它 的输 出功率 、频 率或 者相 位产 生扰 动 。在 公共 电网正 常运行 的时 候 ，因为 公共 电网具有 平衡能 力将无 法检测 到以 上扰 动 。 但是 当 公共 电网停止 工 作的时 候 ，并 网逆变 器所 输 出的扰 动会 迅速 的累 积然后 超过 并 网 标准 规定 的范 畴 ，进而 触发保 护 电路 。此法 优势 ：检 测精 度非 常高 并且 盲区 比较小 。不 足 ：此法 的控 制 比较复 杂同时 也 降低 了并 网 逆 变器 的输 出电能 品质 。 ２１ ．被动式 被 动式孤 岛检 测方 式的 原理是 ，在 公共 电网停 止工作 的时 候 ，并 网逆 变 器输 出电压 的 相位 以及谐 波都 会产 生变 化 ，所 以通 过对 这些 变化 的检 测就 能够 判断 出公共 电网是否 断 电 。一般按 照参 数的 不一 样分 ： ２ １１ 电压频 率孤 岛效 应检测 法 ．． 这 种方式 是检 测并 网逆 变器 的输 出 电压 和 公共 电网 电压 以及频 率正 常与 否来 判断孤 岛状 况 。 当公共 电网正 常工 作时 ，并 网逆变 器和公 共 电网连接 处 的 电压 以及 频率 不会发 生 变 化 ； 公共 电 网停 止 运行 时 ，倘若 并 网 当 逆 变 器在和 公共 电网断 电之 前输 出的 功率 以 及负载 不 匹配 ，那么并 网逆 变器 的输 出 电压 以及频 率都 会改 变 ，进 而 系统判 断发 生孤 岛 状 况 ，触发 保护 电路 。然而 如果 并 网逆变 器 的输 出功率 和负 载功率 一致 ，就 会 由于光伏 发电 系统的 电压和 频率 的改 变太 小而 检测 不
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SMS
2 f fg m Sin( ) 360 2 fm f 位为°) ; fm ——产生该相角时的频率。 自动移相法是在滑动移相法的基础上进行了改进，加快了在电网断电后的相位 偏移量，但是算法稍复杂，系统参数较多。 依据AFDPF的工作原理，滑动移相法同样可以采用线性的频率正反馈加以简化 ( IM2SMS) 如式(6)，同时引入初始附加相角以出发频率正反馈的有效动作。 (6) M SMS n( f f g ) F ( f f g ) 0 式中 n ——反馈增益; 0 ——常数。 当 f f g 0 时, F ( f f g ) 为1；当 f f g 0 时, F ( f f g ) 为-1[4]。 此检测方法实际是通过移相达到移频， 与主动频率偏移法AFD一样有实现简单、 无需额外硬件、孤岛检测可靠性高等优点，也有类似的弱点，即随着负载品质因数 增加，孤岛检测失败的可能性变大。 3）周期电流干扰检测法（ACD） 周期电流扰动法（Alternate CurrentDisturbances，ACD）是一种主动式孤岛检测 法。对于电流源控制型的逆变器来说,每隔一定周期, 减小光伏并网逆变器输出电流, 则改变其输出有功功率。当逆变器并网运行时, 其输出电压恒定为电网电压；当电 网断电时, 逆变器输出电压由负载决定。每每到达电流扰动时刻,输出电流幅值改变, 则负载上电压随之变化,当电压达到欠电压范围即可检测到孤岛发生。 4）频率突变检测法(FJ) 频率突变检测法是对AFD的修改，与阻抗测量法相类似。FJ检测在输出电流波 形(不是每个周期)中加入死区，频率按照预先设置的模式振动。例如，在第四个周 期加入死区，正常情况下，逆变器电流引起频率突变，但是电网阻止其波动。孤岛 形成后，FJ通过对频率加入偏差，检测逆变器输出电压频率的振动模式是否符合预 先设定的振动模式来检测孤岛现象是否发生。这种检测方法的优点是：如果振动模 式足够成熟，使用单台逆变器工作时，FJ防止孤岛现象的发生是有效的，但是在多
注：(1)Vnorm 指电网电压幅值的额定值，对于我国单相市电为交流 220V(有效值)； (2)fnorm 指电网电压频率的额定值，对于我国的单相市电为 50Hz。
在我国的GB/T 19939-2005《光伏系统并网技术要求》中，对频率偏移、电压异 常、防孤岛效应也有明确的要求。光伏系统并网运行时应与电网同步运行，电网额 定频率为50Hz，光伏系统并网后的频率允许偏差应符合GB/T15945的规定，即偏差 值允许士O.5HZ，当超出频率范围时，应当在0.2S内动作，将光伏系统与电网断开。 具体的异常频率响应时间规定见下表：
iAFDPF I AFDPF Sin(t AFDPF )
(3)
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。 cf 0 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）滑模频漂检测法(SMS) 滑模频率漂移检测法主要有滑动移相法 ( Slip-mode frequency shift, SMS)与自 SMS是对逆变器输出电流相位进行扰动,电流的相角 动移相法( auto phase shift,APS)。 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： (4) iSMS I SMS Sin(2 ft SMS ) 引入的电流相位扰动量为:
3.1 被动式检测措施
被动式包括电压相位跳动、3次电压谐波变动、频率变化率等，即在不改变输出 特性的基础上对输出状态的检测保护。 1)过/欠压和高/低频率检测法 过/欠电压和高/低频率检测法是在公共耦合点的电压幅值和频率超过正常范围 时，停止逆变器并网运行的一种检测方法。逆变器工作时，电压、频率的工作范围 要合理设置，允许电网电压和频率的正常波动，一般对220V/50Hz电网，电压和频 率的工作范围分别为194V≤V≤242V、49.5Hz≤f≤50.5Hz。如果电压或频率偏移达到孤 岛检测设定阀值，则可检测到孤岛发生。然而当逆变器所带的本地负荷与其输出功 率接近于匹配时，则电压和频率的偏移将非常小甚至为零，因此该方法存在非检测 区。这种方法的经济性较好，但由于非检测区较大，所以单独使用OVR ／ UVR 和 OFR/UFR孤岛检测是不够的[3]。 2)电压谐波检测法
3.2 主动式检测措施
主动式孤岛检测方法是指通过控制逆变器，使其输出功率、频率或相位存在一 定的扰动。电网正常工作时，由于电网的平衡作用，检测不到这些扰动。一旦电网 出现故障，逆变器输出的扰动将快速累积并超出允许范围，从而触发孤岛效应检测 电路。 1）频率偏移检测法(AFD)
图3 公共点电压Vpcc与逆变器电流i ( i1 为基波)
2
孤岛效应
2.1 概念
孤岛效应是指当电网失压时，光伏系统仍保持对失压电网中的某一部分线路继 续供电的状态[1]。具体地讲，就是当电力公司的供电，因故障或停电检修而跳闸时 （例如大电网停电），并网发电系统未能及时检测出停电状态而将自身切离供电网 络，形成由并网发电系统和当地负载组成的一个电力公司无法掌握的自给供电孤岛 （见图1）。
1 概述
太阳能作为一种绿色可再生能源，正在逐渐影响传统能源系统格局。目前，世 界各国越来越注重发展和利用太阳能的光伏并网发电技术：2010年全球太阳能光伏 新增装机容量增加了大约 130% ，达到 17.5GW 。而且， 2011 年安装量预计会达到 20.5GW ，这样到2011年末全球太阳能光伏总装机容量会达到58GW。 由于光伏并网发电系统将逆变后的电能直接馈送给电网，一定程度上会影响到 传统电网安全性和稳定性，所以需要有各种完善的保护措施。例如：并网逆变器过 压、过流、欠压、防孤岛效应保护等。其中，由于孤岛效应的潜在危险性和对设备 的损坏性，所以，社会公共工程和发电设备业主长期以来一直关注光伏并网逆变器 的反孤岛控制。
频率偏移检测法亦称为移频法，其主要有主动移频法 ( active frequency drift, AFD) 和 带 正 反 馈 的 主 动 移 频 法 ( active frequency drift with positive 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3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TV 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。 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可表示为： cf = cf0 + k ( f - fg ) . (1) 式中 cf0——无频率误差下的截断系数(即初始截断系数)； k——反馈增益； f——公共点电压频率； fg——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入的相角与逆变器电流 (忽略谐波分量)分别为： t cf cf 0 k ( f f g ) (2) AFDPF z 2 2 2
图1 孤岛效应发生时的供电状态
一般来说， 孤岛效应可能对整个配电系统设备及用户端的设备造成不利的影响， 包括： 1)危害电力维修人员的生命安全； 2)影响配电系统上的保护开关动作程序； 3)孤岛区域所发生的供电电压与频率的不稳定性质会对用电设备带来破坏；
4)当供电恢复时造成的电压相位不同步将会产生浪涌电流，可能会引起再次跳 闸或对光伏系统、负载和供电系统带来损坏； 5)光伏并网发电系统因单相供电而造成系统三相负载的欠相供电问题。 由此可见，作为一个安全可靠的并网逆变装置，必须能及时检测出孤岛效应并 避免所带来的危害。
光伏并网发电系统的孤岛效应及检测措施
摘要：随着光伏并网发电系统总装机容量的不断增大，传统电网对光伏并网逆变器检测防 止孤岛效应的功能要求也越来越高。本文主要介绍和分析了光伏并网发电系统可能发生的孤岛 效应现象，并且归纳总结了各种有效防止孤岛效应措施及其特点，为光伏并网逆变器的孤岛检 测设计提供参考。 关键词：光伏并网发电系统 孤岛效应 检测
仅仅在过零点发生同步，在过零点之间，Io跟随系统内部的参考电流而不会发生突 变，因此，对于非阻性负载，a点电压的相位将会发生突变，从而可以采用相位突变 检测方法来判断孤岛现象是否发生。相位突变检测算法简单，易于实现。但当负载 阻抗角接近零时，即负载近似呈阻性，由于所设阀值的限制，该方法失效。被动检 测法一般实现起来比较简单，然而当并网逆变器的输出功率与局部电网负载的功率 基本接近，导致局部电网的电压和频率变化很小时，被动检测法就会失效，此方法 存在较大的非检测区。
图2 光伏并网运行示意图
电压谐波检测法(Harmonic Hetection)通过检测并网逆变器的输出电压的总谐波 失真(totalharmonic distortion-THD)是否越限来防止孤岛现象的发生，这种方法依据 工作分支电网功率变压器的非线性原理。如图2，发电系统并网工作时，其输出电流 谐波将通过公共耦合点a点流入电网。由于电网的网络阻抗很小，因此a点电压的总 谐波畸变率通常较低， 一般此时Va的THD总是低于阈值(一般要求并网逆变器的THD 小于额定电流的5％)。当电网断开时，由于负载阻抗通常要比电网阻抗大得多，因 此a点电压(谐波电流与负载阻抗的乘积)将产生很大的谐波，通过检测电压谐波或谐 波的变化就能有效地检测到孤岛效应的发生。但是在实际应用中，由于非线性负载 等因素的存在，电网电压的谐波很大，谐波检测的动作阀值不容易确定，因此，该 方法具有局限性。 3)电压相位突变检测法(PJD) 电压相位突变检测法（Phase Jump Detection，PJD）是通过检测光伏并网逆变器 的输出电压与电流的相位差变化来检测孤岛现象的发生。光伏并网发电系统并网运 行时通常工作在单位功率因数模式，即光伏并网发电系统输出电流电压(电网电压) 同频同相。当电网断开后，出现了光伏并网发电系统单独给负载供电的孤岛现象， 此时，a点电压由输出电流Io和负载阻抗Z所决定。由于锁相环的作用，Io与a点电压