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
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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