【摘要】孤岛检测是光伏发电设备控制系统的重要组成部分。传统的有功以及无功扰动检测法都有较好的检测效果，但它们的共同缺点是对发电效率影响大。本文首先对传统有功扰动法进行改进，提出了有功正反馈扰动法，然后经过对恒流控制下不可检测区（NDZ新海岩三部曲）的讨论，指出了改进方法仍存在的不足，最后结合无功扰动法消除了不足，提出了一种新方法——间歇式有功无功联合扰动法。该方法不影响电网频率、无谐波注入且发电效率高，单台运行时不存在不可检测区。仿真实验结果验证了该方法的正确性。
【关键词】无功孤岛检测；正反馈扰动；并网逆变器
1.引言
并网光伏发电系统相对于离网系统具有更高的电能利用率，但随着并网光伏系统数量的增加，也产生了一系列的控制问题，其中之一就是孤岛效应。所谓孤岛效应就是当电网供电因故障或检修跳闸时，光伏系统与局部负载正好功率平衡，未能及时检出停电将自身切离电网，形成光伏系统与局部负载组成的自给供电的孤岛发电系统。而孤岛效应有可能产生如下危害[1]。
1）导致故障不能完全清除；
2）电网重新合闸时，孤岛系统电压与电网电压不同步可能引起设备损坏；
3）孤岛运行可能给电网维护人员和用户带来点击的危险。
正是由于孤岛运行所带来的这些潜在的危害，所以孤岛效应现在受到越来越多的关注。孤岛检测分为被动检测法与主动扰动法。被动检测法多为电压/频率检测。主动扰动方法通过对输出信号进行扰动来进行，根据输出电流公式Iinv=Imsin（2πft+θ）可知，通过对幅值Im、频率f或相位 的扰动，以期在孤岛状态下热力迸发PCC点的电压幅值、频率等超出正常范围来达到检测的目的[2]。
主动扰动法有两个出发点，一种是在孤岛运行状态下通过扰动使频率超出正常范围；另一种是使幅值超出正常范围[3]。
2.有功扰动法的不足及改进
2.1传统有功扰动算法的不足
文献[4]和[5]中都提出了类似的有功扰动法。其基本思想是由于并网逆变器通常工作于电流控制模式，不添加电流扰动的情况下，逆变器电流参考值iL与锁相环从电网电压取出的信号vg同频同相，如公式（1）。
（1）
而当对逆变器输出电流加入扰动后，电流的参考信号为正弦信号vg和干扰信号vgi的差，如公式（2）所示。
（2）
所以在并网情况下，PCC点电压受电网钳制，添加扰动对PCC点的电压不会产生影响。但如果孤岛效应产生时添加了电流扰动，那么PCC点的电压就取决于逆变器输出电流和本地负载。如公式（3）所示。
（3）
所以vPCC在原来基础上添加了vgt的电压降，超出欠电压保护的阈值范围，即使在功率相匹配的情况下孤岛也能被检测出[6-7]。
这种有功扰动法的优点是单台运行时不存在动作死区，但由于有功扰动法的扰动量较大（一般扰动量都在0.3Pload至0.5Pload之间），所以对并网光伏系统的发电效率有很大影响。所以本文中针对这个缺陷提出了一种改进算法，使光伏系统的发电效率大大提高。
2.2对传统有功扰动法的改进——有功正反馈扰动检测法
有功正反馈扰动孤岛检测法在原来有功扰动的基础上加入了正反馈模块，使得并网光伏系统的发电效率得到大大提高。算法的原理是间歇性的对逆变器输出电流的参考值iL的幅值进行扰动（每次间隔为200ms），每次对幅值的扰动比例减小为10%，扰动时间为20ms（一个工频周期）。
在扰动期间不断的检测PCC点电压幅值是否小于95%额定值，大于95%额定值且扰动时间到则重新开始计时，小于95%额定值则认为可能有孤岛效应产生，正反馈模块投入，在接下来的每个周期中都增加10%的扰动量，扰动上限为0.5iL，期间只要测得PCC点电压幅值与额定值的差大于10%卫星测控的额定值，就认为系统已经处于孤岛运行状态，将光伏发电系统退出与电网的并列。
本方法由于在扰动周期内只用电压幅值的偏移量达到5%就可以启动正反馈模块，所以间歇性扰动的比例就可以大大减小。以前的有功扰动法有功功率的损失约为5%，而应用本文的检测算法对有功的损失量不到2%，并且经过参数的优化，损失还能更小。同时，本方法单机运行时也不存在不可检测区。
3.不可检测区（NDZ）的描述与有功正反馈扰动法的不足
现有的光伏并网系统控制都是采用电流跟踪控制，那么在孤岛效应产生的短时间内电流的变化很小，可看做是恒流控制来对NDZ进行分析。
首先，对有功功率进行分析，孤岛形成前，并网逆变器输出有功功率、负载电阻如公式（4）所示。
（4）
而在孤岛形成后达到稳态时，PCC点电压为vPCC=iR，带入（4）式后得到公式（5）。
（5）
因PCC点电压要满足，带入（5）式得到公式（6）。
（6）
又因为IEEE std.929-2000中要求Vmax=110%VPCC，Vmax=88%VPCC，则为过/欠电压的检测盲区。
再对无功功率进行分析得到公式（7）。
（7）
推导过程不再累述。其中Qf为负载品质因素，取值为2.5。
再按照IEEE std.929-2000中要求的和，得到为过/欠频率检测的检测盲区。
前面所介绍的有功正反馈扰动法的间隔扰动比例为10%，从检测盲区上看，这种改进方法虽然提高了发电效率，但是却有可能进入检测盲区。但通过图2还可以得出，有功扰动的比例减小的同时加入无功扰动，同样可以达到消除NDZ的目的。
4.间歇式有功无功联合扰动法
假设负载为RLC并联，则负载阻抗的虚部为[5]张纯江.郭忠南，孟慧英等.主动电流扰动法在并网发电系统孤岛检测中的应用[J].电工技术学报，2007，22（7）：176-180.
[6]M E Ropp，M Begovic，A Rohatgi.Analysis and performance assessment of the active frequency drift method of islanding prevention[J].IEEE Transaction on Energy Conversion.1999，14（3）：810-816.
[7]朱铭炼，于正友，龚春英.一种新颖的主动频移式孤岛检测方法[J].电力电子技术，2009，42（11）：31-32.
[8]Byunggyu Yu， Youngseok Jung， Junghun S.A Robust Anti-islanding Method for Grid-Connected Photovoltaic Inverter[C].IEEE 4th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion，2006.
[9]J.B. Jeong ，H.J. Kim.Active anti-islanding method for PV system using reactive power control[J].Electronic letters，2006，42（17）：1004-1005
[10]张彦，赵义术，余蜜等.光伏并网逆变器电流控制技术研究[J].电力电子技术，2009，4
3（5）：29-31.
[11]周德佳，赵争鸣，袁立强等.具有改进最大功率跟踪算法的光伏并网控制系统及其实现[J].专利法中国电机工程学报，2008湖南水利水电杂志，05（6）：28-31.
刘春堂（1984.2一），男，湖北武汉人，国网湖北省电力公司检修公司输电检修中心外线工，主要从事500千伏线路维护工作。
高饶事件王永浩（1976.7一），男，湖北嘉鱼人，国网湖北省电力公司检修公司输电检修中心技术负责人，主要从事500千伏线路维护工作。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议