孤岛检测知识部分文档

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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。

测试流程：
基于如图2．1所示的测试电路，IEEE Std 929．2000中给出了对频率和电压保护功能的测试流程：
(1)将并网逆变器输出连接到一个模拟的电网环境中，该电网环境可以吸收逆变器发出的能量(频率和电压限制测试中不需要逆变器处于满负荷运行状态)；
(2)调整模拟电网的电压幅值和频率，验证并网逆变器正常情况下具有输出有功功率的功能；
(3)升高或降低模拟电网的电压幅值，逐一验证需求表中给出的电压波动情况下的响应时间；
(4)以不超过0．5Hz／s的速率升高或降低模拟电网的频率，验证不同国家的不同孤岛检测需求给出的频率波动情况下的响应时间；
(5)在与模拟电网断开后，储存当前并网逆变器的输出频率和电压，验证：
a．对逆变器进行手动复位不改变其与模拟电网的断开状态；
b．具有自动复位功能的逆变器能保持其与模拟电网的断开状态，直到电网的频率和电压恢复正常5分钟后。

以上步骤重复10遍，全部顺利通过的才认为通过该项测试。

通过了频率和电压保护功能测试，就可以对并网逆变器进行反孤岛能力的测试。

为了测试的方便，电网电压和频率不需要可调，而是设定成固定值。

负载品质因数设为2．5。

该测试方法同样适用于具有无功补偿功能的光伏并网系统。

测试流程如下：
(1)确定并网逆变器输出有功功率P；
(2)将并网逆变器输出功率运行在输出有功为P的状态，并测量逆变器输出无功Q；
(3)断开S2，关闭并网逆变器：
(4)调整RLC负载电路参数使品质因数Q=2.5；
(5)依次连通S1和S2，保证并网逆变器输出有功为步骤(1)中设定值；
(6)断开S2，开始测试；
(7)每次测试完，对可调参数进行1％的调整，调整的范围不超过5％，可调参数包括电感L 和电容C。

每次调整后重新进行测试并记录测试结果，如果任何一次测试中孤岛状态检测时间超过2s，则认为该项测试失败。

该项测试要根据下表所示的功率设置重复4次，其中百分比值都以并网逆变器的额定输出有功作为基值。

由北京鉴衡认证中心于2009年8月3号发布的400v以下低压并网光伏发电专用逆变器技术要求和试验方法中规定：
负载采用可变RLC谐振电路，谐振频率为被测逆变器的额定频率（50/60Hz），其消耗的有功功率与被测逆变器输出的有功功率相当。

试验步骤如下：
a）闭合K1，断开K2，启动逆变器。

通过调节直流输入源，使逆变器的输出功率P EUT等于额定交流输出功率，并测量逆变器输出的无功功率Q EUT；
b）使逆变器停机，断开K1；
c）通过以下步骤调节RLC电路使得Q f=1.0±0.05；
① RLC电路消耗的感性无功满足关系式：Q L=Q f*P EUT=1.0*P EUT；
②接入电感L，使其消耗的无功等于Q L；
③并入电容C，使其消耗的容性无功满足关系式：Q C+Q L=- Q EUT；
④最后并入电阻R，使其消耗的有功等于P EUT。

d）闭合K2接入RLC电路，闭合K1，启动逆变器，确认其输出功率符合步骤a）的规定。

调节R、L、C，直到流过K1的基频电流小于稳态时逆变器额定输出电流的1%；
e）断开K1，记录K1断开至逆变器输出电流下降并维持在额定输出电流的1%以下之间的时间；f）调节有功负载（电阻R）和任一无功负载（L或C）以获得表6中阴影部分参数表示的负载不匹配状况；表6中的参数表示的是偏差的百分比，符号表示的是图2中流经开关K1的有功功率流和无功功率流的方向，正号表示功率流从逆变器到电网；每次调节后，都应记录K1断开至逆变器输出电流下降并维持在额定输出电流的1%以下之间的时间；若记录的时间有任何一项超过步骤e）中记录的时间，则表6中非阴影部分参数也应进行试验；
g）对于试验条件B和C，调节任一无功负载（L或C），使之按表7的规定每次变化1%。

表7中的参数表示的是图2中流经开关K1的无功功率流的方向，正号表示功率流从逆变器到电网；每次调节后，记录K1断开至逆变器输出电流下降并维持在额定输出电流的1%以下之间的时间；若记录的时间呈持续上升趋势，则应继续以1%的增量扩大调节范围，直至记录的时间呈下降趋势。

h）以上步骤中记录的时间都应符合5.5.1.3的规定，否则即判定试验不通过。

其他：并网电流谐波规定
逆变器输出为额定功率的（25～33）%、（50～66）%和100%处进行，用电能质量分析仪测量出电流谐波总畸变率和各次谐波电流含有率。

其值应符合下列规定。

逆变器带载运行时，电流谐波总畸变率限值为5%。

4、常见的检测方法：被动式、主动式（优点和缺点）
被动式孤岛检测方法主要根据公共耦合点PCC电参量的变化来判断是否发生孤岛：电网停止工作时，若逆变器并网运行时全部能量均提供给局部负载，则逆变器输出V/f均没有变化，反之，则发生变化。

1、过、欠压-过、欠频检测：根据PCC点电压幅值、频率是否超出正常范围来判断电网状态。

优点：利用已有参数判断，无需增加检测电路。

缺点：有检测盲区，逆变器P与负载P平衡时，PCC点电压幅值频率不发生变化，出现漏判。

现在任何一款都包含这两种方式。

2、电压相位跳变检测：光伏系统并网运行时，系统输出功率因素控制为1，电压电流相差为0。

优点：感性负载则优于U/F检测。

缺点：检测阈值难以设定（正常运行时，如启动也会引起电压相位跳变）。

且当电网出现异常时，电压电流相位角由负载决定。

若负载阻性不变（RLC谐振频率为工频，则感性负载L 与容性负载C相抵消，显示为阻性负载特性），则失去检测能力。

3、谐波检测：检测电网异常时逆变器输出电流经非线性的配电线路和本地负载而产生的电压谐波。

优点：输出电流经过变压器（非线性设备）产生大量谐波，因此具有良好的检测效果。

缺点：存在大量非线性设备，谐波变化复杂，无统一标准。

主动式孤岛检测方法：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、功率扰动：N个工频周期中使一个或半个周期波区间幅值变小或为0。

缺点是，必须要求多个发电系统扰动量严格同步，否则扰动效果抵消。

2、主动频率偏移法AFD方式：通过偏移耦合点处电网电压采样信号的频率，造成对负载端电压频率的扰动。

如果正常情况下，锁相环的作用是频率误差在较小范围内，而当电网出现故障时，锁相环失效，逆变器频率发生变化，而扰动加入使误差增加，积累到一定范围就会由被动法检测出来。

当采用恒定频率偏移法时，其电流控制量为：
主动频率偏移法因为扰动方向固定，可能会因为负载的性质而对该方法有抵消的影响。

举例，容性负载较阻性低，而感性负载较阻性高，故若扰动方向刚好与负载阻抗特性是相抵消，则可能会让扰动无法积累。

为了防止这种情况发生，采用正反馈的有源频率漂移法。

通过比较前后两次频率的变化来动态的确定扰动的方向，如果频率是不断增加的，则扰动方向给正的，如果频率是不断减小的，则扰动方向给负的。

3、对逆变器输出电压相位进行扰动，与AFD一样，不需要严格同步。

缺点是，在RLC负载下，会因为谐振频率干扰造成误判。

5、目前所做的仿真工作和下一步
前期主要在从事被动方式的探索，阅读文献后得出的RLC负载参数可以令幅值相位和频率检测都失效。

孤岛检测失效的负载参数范围：
负载近似显阻性并且与光伏发电系统额定输出功率基本匹配。

整理得：
取R=54.736,L=48.4m,C=209.5u。

得到波形如下：
相位检测失败，由图中可以看出，电压与电流相位在断电后还是保持一致。

通过频率来检测。

下一步。

在仿真中加入主动检测算法。

然后针对盲区做出。