上海交通大学：《电力系统自动化》课程教学资源（优秀论文）光伏发电孤岛效应研究.docx_大学文库

光伏发电孤岛效应研究周延超指导老师：王西田、杨镜非 (上海交通大学电气工程系，上海市200240：) 摘要：本文围绕光伏发电的孤岛效应进行研究，简述了孤岛效应的产生背景、孤岛效应利用与反孤岛效应，并着重研究了反孤岛效应中局部孤岛效应检测技术。研究脉络按照主动式检测与被动式检测分为两条线，并分别详细介绍了检测技术实现和技术难点。文章为解决现有的技术难点，提出了改进型主动频率偏移检测方案，主要包括引入正反馈和随机化两方面内容，能够提高检测灵敏性和供电质量。关键词：光伏发电孤岛效应主动频率偏移检测改进型主动频率偏移检测性方面研究，探讨采用被动式检测技术或主动 1.引言式检测技术模式中的某一种方法，快速、准确文献[1]从分布式电源对配网供电电压质检测并同时采取反孤岛效应的措施来保证电量的方面进行了研究，提出了利用短路比和刚网、设备及人员的安全，提出自适应逻辑频率性率来评估分布式电源的对配电网供电电压偏移法可以有效解决检测过程中存在的盲区质量影响的方法，并通过仿真进一步具体分析问题。了旋转型分布式电源和逆变型分布式电源对文献[7]分析了光伏并网发电系统的工作系统供电电压的不同影响，提出在配电网，尤原理及其孤岛效应现象，提出了主动式孤岛效其是密集负荷高短路容量的城市配网应该优应识别方法：主动频率偏移法，并利用先选择逆变型分布式电源。 MATLAB/SIMULINK下进行了系统建模和仿文献[2]从分布式电源接入配网后对继电真，结果表明该方法基本可以在100ms内有保护原理和保护动作行为的影响方面对分布效地检测出系统的孤岛效应。式电源进行了研究，建设了分布式电源保护装文献[8]详细分析了主动式孤岛效应检测置动作特性检测系统，提出了基于动模实验室和被动式孤岛效应检测，并给出了仿真模型以的检测技术方法，为大规模分布式电源接入配及仿真结果，针对性地提出了双向频率的主动网提供技术支持。式检测方法。文献3]从分布式发电系统孤岛效应入手，文献[9]以单相光伏并网逆变器系统为研分析了孤岛效应发生的机理，可能性和危险性，究对象，对逆变器的拓扑结构、控制策略、最并对现有的基于通讯的反孤岛进策略和局部大功率点跟踪、孤岛效应等进行了研究，提出反孤岛策略进行了讨论，并详细描述了局部反并网电流跟踪控制、电网锁相和防孤岛效应的孤岛策略中的被动式方案和主动式方案。逆变器并网的关键。文献[4]基于光伏发电系统并网中产生的文献[1O]对有源频率偏移法(AFD)孤岛检孤岛效应问题，从原理上进行了探讨，比较了测的工作原理以及具体实现过程进行了分析，检测孤岛效应的几种方法，针对孤岛检测方法研究了运用该方法检测孤岛时，不同斩波率、中的检测盲点，提出了一种基于最小变化的功不同极性对系统运行性能的影响，并对检测盲率平衡的孤岛检测方法。区进行了分析。文献[⑤]从反孤岛方案性能评估方面进行文献[11]论述了三相光伏并网逆变器的了研究，将不可检测区域作为评估反孤岛方案控制原理和反孤岛效应策略，控制系统采用了的性能指标，利用相位判据对反孤岛方案的不双环控制，并使用Sandia频移方案保证了反可检测区域进行了定量描述。孤岛保护的发生。文献[6]从分布式电源对电网运行的安全文献12]采用了被动式和主动式检测相

光伏发电孤岛效应研究周延超指导老师：王西田、杨镜非（上海交通大学电气工程系，上海市 200240；）摘要：本文围绕光伏发电的孤岛效应进行研究，简述了孤岛效应的产生背景、孤岛效应利用与反孤岛效应，并着重研究了反孤岛效应中局部孤岛效应检测技术。研究脉络按照主动式检测与被动式检测分为两条线，并分别详细介绍了检测技术实现和技术难点。文章为解决现有的技术难点，提出了改进型主动频率偏移检测方案，主要包括引入正反馈和随机化两方面内容，能够提高检测灵敏性和供电质量。关键词：光伏发电孤岛效应主动频率偏移检测改进型主动频率偏移检测 1．引言文献[1]从分布式电源对配网供电电压质量的方面进行了研究，提出了利用短路比和刚性率来评估分布式电源的对配电网供电电压质量影响的方法，并通过仿真进一步具体分析了旋转型分布式电源和逆变型分布式电源对系统供电电压的不同影响，提出在配电网，尤其是密集负荷高短路容量的城市配网应该优先选择逆变型分布式电源。文献[2]从分布式电源接入配网后对继电保护原理和保护动作行为的影响方面对分布式电源进行了研究，建设了分布式电源保护装置动作特性检测系统，提出了基于动模实验室的检测技术方法，为大规模分布式电源接入配网提供技术支持。文献[3]从分布式发电系统孤岛效应入手，分析了孤岛效应发生的机理，可能性和危险性，并对现有的基于通讯的反孤岛进策略和局部反孤岛策略进行了讨论，并详细描述了局部反孤岛策略中的被动式方案和主动式方案。文献[4]基于光伏发电系统并网中产生的孤岛效应问题，从原理上进行了探讨，比较了检测孤岛效应的几种方法，针对孤岛检测方法中的检测盲点，提出了一种基于最小变化的功率平衡的孤岛检测方法。文献[5]从反孤岛方案性能评估方面进行了研究，将不可检测区域作为评估反孤岛方案的性能指标，利用相位判据对反孤岛方案的不可检测区域进行了定量描述。文献[6]从分布式电源对电网运行的安全性方面研究，探讨采用被动式检测技术或主动式检测技术模式中的某一种方法，快速、准确检测并同时采取反孤岛效应的措施来保证电网、设备及人员的安全，提出自适应逻辑频率偏移法可以有效解决检测过程中存在的盲区问题。文献[7]分析了光伏并网发电系统的工作原理及其孤岛效应现象，提出了主动式孤岛效应识别方法：主动频率偏移法，并利用 MATLAB/SIMULINK 下进行了系统建模和仿真，结果表明该方法基本可以在 100ms 内有效地检测出系统的孤岛效应。文献[8]详细分析了主动式孤岛效应检测和被动式孤岛效应检测，并给出了仿真模型以及仿真结果，针对性地提出了双向频率的主动式检测方法。文献[9]以单相光伏并网逆变器系统为研究对象，对逆变器的拓扑结构、控制策略、最大功率点跟踪、孤岛效应等进行了研究，提出并网电流跟踪控制、电网锁相和防孤岛效应的逆变器并网的关键。文献[10]对有源频率偏移法(AFD)孤岛检测的工作原理以及具体实现过程进行了分析，研究了运用该方法检测孤岛时，不同斩波率、不同极性对系统运行性能的影响，并对检测盲区进行了分析。文献[11]论述了三相光伏并网逆变器的控制原理和反孤岛效应策略，控制系统采用了双环控制，并使用 Sandia 频移方案保证了反孤岛保护的发生。文献[12]采用了被动式和主动式检测相

结合的孤岛效应检测方法，实现了孤岛效应的岛效应。由于光伏发电系统的供电质量不稳无盲区检测，这种检测方法对电能质量的影响定，以及孤岛脱离电力系统有效控制的不确小。定性，孤岛效应会对电力设备、用户用电设文献[13]从改善微电网系统频率的稳定备以及维修人员形成较大的安全隐患。因此，性的方面切入，提出了一种改善微电网频率稳针对孤岛效应的研究具有十分重要的现实定性的分布式逆变电源虚拟同步发电机整体意义。控制策略，将同步发电机的转子运动方程、一 Uti的次调频特性及无功调节延迟特性引入到逆变光代列 grid DC/AC 电源的上层控制中，底层控制则根据同步发电 RC 机的并网矢量关系得到。本文在以上基础上深入探讨了光伏发电孤岛效应的检测技术及其技术难点，在主动频图2-1分布式光伏发电与电网的电气连接率偏移方案的基础上，针对其局限性，为增强示意图切检测灵敏性，提出了改进型主动频率偏移方案。 2.2反孤岛效应和孤岛效应利用对于光伏发电存在的孤岛效应，主要有 2.孤岛效应两个方面的考虑：孤岛效应利用和反孤岛效应。孤岛效应利用指的是利用分布式光伏发 2.1孤岛效应的产生背景电系统弥补电网突发意外情况（例如故障、近年来，随着新能源，尤其是可再生能人为事故等)时造成的供电失稳的情况，提源的迅速发展，电网结构发生了很大的变化。高电力系统供电可靠性，或是在电力系统检其中最主要的方面就是分布式发电系统数修时，有计划地制造孤岛，利用分布式光伏量的日益增多，尤其是基于可再生能源的并发电系统继续维持配网的供电。孤岛效应利网发电系统数量快速增长。由于分布式电源用可以提高电能质量和供电可靠性，减少电容量小，具有分散性和不稳定性，因而为传力系统因停电造成的经济损失。反孤岛效应统的电网带来了许多影响。指的是禁止非计划孤岛效应的发生。非计划光伏发电作为新兴的可再生能源，受到的孤岛效应脱离了电力部门的监控，会为局了越来越广泛的关注和重视。在欧洲的许多部配网的工作状态带来过多的不确定性，有国家，光伏发电技术已经开始了大规模的使着较大的安全隐患。反孤岛效应旨在避免电用。2011年德国的光伏发电量己经达到了总力系统切除供电时自给供电孤岛的形成。发电量的3%，装机容量占全国总装机容量的由于当下光伏发电技术仍然无法达到 15%。光伏发电快速发展的背后，也暴露出与传统火力、水力发电相媲美的供电稳定性，了很多待解决或优化的问题，如供电稳定性，因而有计划的利用孤岛效应仍然停留在理并网运行的安全性、电能质量、继电保护的论分析阶段。孤岛效应利用被IEEE纳入未可靠性。具有大量分布式光伏发电系统的电来要考虑的主要任务之一。与之相比，反孤网在运行过程中，会发生各种各样的意外情岛效应在现阶段的现实意义更加重大。况，这对电网提出了不小的挑战。其中的一反孤岛效应的具体实现，需要立足于几个典型情况就是孤岛效应。个关键技术：孤岛效应的检测、分布式光伏所谓孤岛效应，就是指当电网由于电气发电逆变系统的控制策略、继电保护兼容设故障、误操作或者自然因素切除对某区域的计。本文主要围绕反孤岛效应检测技术进行供电时，与该区域相连的各个分布式光伏发探讨研究。此外，基于通讯的反孤岛检测技电系统联合起来为该区域供电，因而该区域术成本高，且难度随电网结构变复杂而提高，连带分布式电源形成电力部门不可控的自因而不在进行讨论。下面只讨论局部反孤岛给供电孤岛。如图2-1所示，当断路器S断效应检测技术。开时，左侧的光伏系统将与电网一起形成孤 2.4常见的孤岛效应检测技术

结合的孤岛效应检测方法，实现了孤岛效应的无盲区检测，这种检测方法对电能质量的影响小。文献[13]从改善微电网系统频率的稳定性的方面切入，提出了一种改善微电网频率稳定性的分布式逆变电源虚拟同步发电机整体控制策略，将同步发电机的转子运动方程、一次调频特性及无功调节延迟特性引入到逆变电源的上层控制中，底层控制则根据同步发电机的并网矢量关系得到。本文在以上基础上深入探讨了光伏发电孤岛效应的检测技术及其技术难点，在主动频率偏移方案的基础上，针对其局限性，为增强检测灵敏性，提出了改进型主动频率偏移方案。 2．孤岛效应 2.1 孤岛效应的产生背景近年来，随着新能源，尤其是可再生能源的迅速发展，电网结构发生了很大的变化。其中最主要的方面就是分布式发电系统数量的日益增多，尤其是基于可再生能源的并网发电系统数量快速增长。由于分布式电源容量小，具有分散性和不稳定性，因而为传统的电网带来了许多影响。光伏发电作为新兴的可再生能源，受到了越来越广泛的关注和重视。在欧洲的许多国家，光伏发电技术已经开始了大规模的使用。2011 年德国的光伏发电量已经达到了总发电量的 3%，装机容量占全国总装机容量的 15%。光伏发电快速发展的背后，也暴露出了很多待解决或优化的问题，如供电稳定性，并网运行的安全性、电能质量、继电保护的可靠性。具有大量分布式光伏发电系统的电网在运行过程中，会发生各种各样的意外情况，这对电网提出了不小的挑战。其中的一个典型情况就是孤岛效应。所谓孤岛效应，就是指当电网由于电气故障、误操作或者自然因素切除对某区域的供电时，与该区域相连的各个分布式光伏发电系统联合起来为该区域供电，因而该区域连带分布式电源形成电力部门不可控的自给供电孤岛。如图 2-1 所示，当断路器 S 断开时，左侧的光伏系统将与电网一起形成孤岛效应。由于光伏发电系统的供电质量不稳定，以及孤岛脱离电力系统有效控制的不确定性，孤岛效应会对电力设备、用户用电设备以及维修人员形成较大的安全隐患。因此，针对孤岛效应的研究具有十分重要的现实意义。图 2-1 分布式光伏发电与电网的电气连接示意图 [7] 2.2 反孤岛效应和孤岛效应利用对于光伏发电存在的孤岛效应，主要有两个方面的考虑：孤岛效应利用和反孤岛效应。孤岛效应利用指的是利用分布式光伏发电系统弥补电网突发意外情况（例如故障、人为事故等）时造成的供电失稳的情况，提高电力系统供电可靠性，或是在电力系统检修时，有计划地制造孤岛，利用分布式光伏发电系统继续维持配网的供电。孤岛效应利用可以提高电能质量和供电可靠性，减少电力系统因停电造成的经济损失。反孤岛效应指的是禁止非计划孤岛效应的发生。非计划的孤岛效应脱离了电力部门的监控，会为局部配网的工作状态带来过多的不确定性，有着较大的安全隐患。反孤岛效应旨在避免电力系统切除供电时自给供电孤岛的形成。由于当下光伏发电技术仍然无法达到与传统火力、水力发电相媲美的供电稳定性，因而有计划的利用孤岛效应仍然停留在理论分析阶段。孤岛效应利用被 IEEE 纳入未来要考虑的主要任务之一。与之相比，反孤岛效应在现阶段的现实意义更加重大。反孤岛效应的具体实现，需要立足于几个关键技术：孤岛效应的检测、分布式光伏发电逆变系统的控制策略、继电保护兼容设计。本文主要围绕反孤岛效应检测技术进行探讨研究。此外，基于通讯的反孤岛检测技术成本高，且难度随电网结构变复杂而提高，因而不在进行讨论。下面只讨论局部反孤岛效应检测技术。 2.4 常见的孤岛效应检测技术

反孤岛效应检测是逆变型并网系统必的稳定作用就消失了，此时电压与电流之间不可少的保护检测之一，的相位差就跳变成为负载阻抗角。利用这一孤岛效应检测技术分为主动式和被动性质就能够检测孤岛效应，进而启动反孤岛式两种类型。主动式反孤岛效应指的是向配效应方案。网引入扰动，通过分析配网的电气相应来检图2-2显示了在孤岛效应形成前后电压测孤岛效应。被动式反孤岛效应指的是不引电流相位的关系变化情况。入额外的扰动，检测孤岛效应发生时所特有相位是的特征。常用的被动式反孤岛效应检测技术有： 1)过/欠压检测方案当电网切除供电形成孤岛时，孤岛电压会发生一定程度的波动，直到形成新的平衡。这是分布式光伏发电电源与孤岛负载在电网电源切除时无功功率不匹配（即△Q≠0）造成的。通过检测电压变化可以判断孤岛效电流（透线应是否形成。电压检测一般采用电压互感器构成电图2-2感性负载情况的相位突变检测) 压测量电路，配以整定好的过/欠压允许值该方案算法简单，易于实现，设备方面 (对220V电网而言，电压的工作范围一般可以利用光伏发电控制系统自带的锁相环，在194W至242V之间)，当电压偏离基准电只需要在软件上加入相关的实现即可，因而压一定程度时，反孤岛效应方案启动，切除成本低。分布式光伏发电设备。 4)电压谐波检测方案该方案设备简单，易于实现，不仅能够电压谐波检测方案是通过测量和分析用于检测孤岛效应，同时能够用于保护用电电压谐波分量来判断是否形成了孤岛效应。设备，提高供电的安全性。当电网切除供电时，根据电力系统暂态分析， 2)高/低频检测方案会形成能量较大的谐波电压。因此，谐波电当电网切除供电形成孤岛时，孤岛频率压可以作为孤岛效应的性质来检测。会发生一定程度的波动，直到形成新的平衡。理论上，电压谐波检测方案对孤岛效应这是分布式光伏发电电源与孤岛负载在电的灵敏性能够达到较高的程度。网电源切除时有功功率不匹配（即△P≠0）前面已经提到，除了被动式反孤岛效应造成的。通过检测频率变化可以判断孤岛效检测技术外，还有主动式反孤岛效应检测技应是否形成。术。常用的主动式反孤岛效应检测技术有：频率检测一般采用锁相环构成频率测 1)输出功率扰动方案量电路，配以整定好的频率允许波动范围在电网进行供电的情况下，在分布式光 (通常为50士0.5Hz),当频率超出该允许伏发电系统输出功率加入扰动，负载侧功率范围时，反孤岛效应方案启动，切除分布式并不会有太大的波动，因为电网会调节有功光伏发电设备。功率平衡。而当电网切除供电后，分布式光该方案实际上与过/欠压检测方案类似，伏发电系统的输出有功一旦出现波动，在负具有设备简单，易于实现的优点，同时能够载侧就能够很灵敏的反映出来。因此，利用起到保护用电设备的作用。这一性质可以主动地检测孤岛效应是否形 3)相位跳变检测方案成。逆变光伏发电系统控制上通常要求维 2)主动频率偏移方案持输出的功率因数为1，即使得电压与电流主动频率偏移方案是利用人为制造的保持同相。当电网切除供电时，电网对电压频率偏差在电网切除供电时会被放大的原

反孤岛效应检测是逆变型并网系统必不可少的保护检测之一，孤岛效应检测技术分为主动式和被动式两种类型。主动式反孤岛效应指的是向配网引入扰动，通过分析配网的电气相应来检测孤岛效应。被动式反孤岛效应指的是不引入额外的扰动，检测孤岛效应发生时所特有的特征。常用的被动式反孤岛效应检测技术有： 1）过/欠压检测方案当电网切除供电形成孤岛时，孤岛电压会发生一定程度的波动，直到形成新的平衡。这是分布式光伏发电电源与孤岛负载在电网电源切除时无功功率不匹配（即∆Q ≠ 0）造成的。通过检测电压变化可以判断孤岛效应是否形成。电压检测一般采用电压互感器构成电压测量电路，配以整定好的过/欠压允许值（对 220V 电网而言，电压的工作范围一般在 194V 至 242V 之间），当电压偏离基准电压一定程度时，反孤岛效应方案启动，切除分布式光伏发电设备。该方案设备简单，易于实现，不仅能够用于检测孤岛效应，同时能够用于保护用电设备，提高供电的安全性。 2）高/低频检测方案当电网切除供电形成孤岛时，孤岛频率会发生一定程度的波动，直到形成新的平衡。这是分布式光伏发电电源与孤岛负载在电网电源切除时有功功率不匹配（即∆P ≠ 0）造成的。通过检测频率变化可以判断孤岛效应是否形成。频率检测一般采用锁相环构成频率测量电路，配以整定好的频率允许波动范围（通常为 50±0.5Hz），当频率超出该允许范围时，反孤岛效应方案启动，切除分布式光伏发电设备。该方案实际上与过/欠压检测方案类似，具有设备简单，易于实现的优点，同时能够起到保护用电设备的作用。 3）相位跳变检测方案逆变光伏发电系统控制上通常要求维持输出的功率因数为 1，即使得电压与电流保持同相。当电网切除供电时，电网对电压的稳定作用就消失了，此时电压与电流之间的相位差就跳变成为负载阻抗角。利用这一性质就能够检测孤岛效应，进而启动反孤岛效应方案。图2-2显示了在孤岛效应形成前后电压电流相位的关系变化情况。图 2-2 感性负载情况的相位突变检测 [5] 该方案算法简单，易于实现，设备方面可以利用光伏发电控制系统自带的锁相环，只需要在软件上加入相关的实现即可，因而成本低。 4）电压谐波检测方案电压谐波检测方案是通过测量和分析电压谐波分量来判断是否形成了孤岛效应。当电网切除供电时，根据电力系统暂态分析，会形成能量较大的谐波电压。因此，谐波电压可以作为孤岛效应的性质来检测。理论上，电压谐波检测方案对孤岛效应的灵敏性能够达到较高的程度。前面已经提到，除了被动式反孤岛效应检测技术外，还有主动式反孤岛效应检测技术。常用的主动式反孤岛效应检测技术有： 1）输出功率扰动方案在电网进行供电的情况下，在分布式光伏发电系统输出功率加入扰动，负载侧功率并不会有太大的波动，因为电网会调节有功功率平衡。而当电网切除供电后，分布式光伏发电系统的输出有功一旦出现波动，在负载侧就能够很灵敏的反映出来。因此，利用这一性质可以主动地检测孤岛效应是否形成。 2）主动频率偏移方案主动频率偏移方案是利用人为制造的频率偏差在电网切除供电时会被放大的原

理来检测孤岛效应的。此外，实际操作中动作相位也难以确定。主动频率偏移方案控制流程图如图2-3 3)由于电网中非线性负载等设备的存在，所示，具体来说，步骤如下：电网中本身存在电压谐波。如何区分正常情 ①控制光伏发电系统的逆变器输出频率与况下的谐波电压与孤岛效应形成时的谐波电网频率之间产生偏差△f: 电压就成了电压谐波检测方案一个软肋。换 ②电网正常供电时，频率偏差因为锁相环句话说，就是电压谐波检测方案的谐波阈值的控制而限制在较小的范围内：不易确定。若谐波阈值设置过大，可能降低 ③当电网切除供电之后，逆变器控制系统孤岛效应检测的灵敏性，若谐波阈值过小，中的基准频率就不再是无穷大电网的频则可能发生误检测。率了，而是逆变器的输出频率。这样会 4)输出功率扰动方案会因为分布式电源数造成频率偏差的成倍扩大，出现明显的、量的增多而变得难以实现。原因是即使在孤较大的频率偏差，从而检测出孤岛效应。岛效应发生之后，控制单台光伏发电设备产生的输出功率扰动也很可能被其他分布式开始光伏发电设备的自动调节功能所“稀释”，形成一种扰动并未在负载侧体现出来的假象， +△f 造成检测失败。而若控制多台设备产生功率扰动，在原理上仍可以实现检测孤岛效应的逆变器功能，实际上缺乏可操作性。因为这需要协 N 调所有的分布式电源，并且操作难度随着分电网正常工作布式电源数量的增多而增大。 fin=fa+△f fk+)=fmk)+△f 5)主动频率偏移方案会因为负载阻抗角与频率差造成的相角差相互抵消而拒动。 fm>50.5 N Y 3.改进型主动频率偏移方案电网故障传统的主动频率偏移方案是通过设置图2-3主动频率偏移方案控制流程图固定的频率偏移，在电网切除供电后该偏移会出现较大的增长，从而检测出孤岛效应。 2.5孤岛效应检测技术难点为了提高孤岛效应检测的灵敏性，避免孤岛效应检测技术的主要难点在于克负载阻抗角对频差检测的干扰，要对主动频服检测盲区，实现准确快速检测。这点类似率偏移方案进行改进。于继电保护的选择性、速动性要求。改进型主动频率偏移方案主要有两方下面对前文提到的各种检测方案的不面的改进内容：足之处进行分析： 1)带正反馈的偏移电压 1)基于频率、电压的被动式检测孤岛效应带正反馈的主动频率偏移方案是在固方案，其检测盲区在于，当分布式光伏发电定的频率偏移基础上加上正反馈的频率偏电源与孤岛负载达到功率匹配时，会使得检移，加速电网供电切除后频率超/欠频的过测失灵。原因在于此时电网切除供电并未造程。带正反馈的主动频率偏移方案不仅能够成配网的功率流动变化，孤岛处于一种很理在电网正常供电时保持较低的频率偏移，提想很和谐的工作状态。这种情况发生的可能高电能质量，同时对孤岛效应有更高的灵敏性小，但并非不存在。度。 2)相位跳变检测方案的检测盲区在于当负带正反馈的主动频率偏移方案中偏移载阻抗角因串补电容而接近为1时，即使形相角如式3-1所示。成孤岛，也未必会触发孤岛效应检测动作。 0=0osgn(f-fG)+K(f-fG)(3-1)

理来检测孤岛效应的。主动频率偏移方案控制流程图如图 2-3 所示，具体来说，步骤如下： 1 控制光伏发电系统的逆变器输出频率与电网频率之间产生偏差∆f； 2 电网正常供电时，频率偏差因为锁相环的控制而限制在较小的范围内； 3 当电网切除供电之后，逆变器控制系统中的基准频率就不再是无穷大电网的频率了，而是逆变器的输出频率。这样会造成频率偏差的成倍扩大，出现明显的、较大的频率偏差，从而检测出孤岛效应。图 2-3 主动频率偏移方案控制流程图 [8] 2.5 孤岛效应检测技术难点孤岛效应检测技术的主要难点在于克服检测盲区，实现准确快速检测。这点类似于继电保护的选择性、速动性要求。下面对前文提到的各种检测方案的不足之处进行分析： 1）基于频率、电压的被动式检测孤岛效应方案，其检测盲区在于，当分布式光伏发电电源与孤岛负载达到功率匹配时，会使得检测失灵。原因在于此时电网切除供电并未造成配网的功率流动变化，孤岛处于一种很理想很和谐的工作状态。这种情况发生的可能性小，但并非不存在。 2）相位跳变检测方案的检测盲区在于当负载阻抗角因串补电容而接近为 1 时，即使形成孤岛，也未必会触发孤岛效应检测动作。此外，实际操作中动作相位也难以确定。 3）由于电网中非线性负载等设备的存在，电网中本身存在电压谐波。如何区分正常情况下的谐波电压与孤岛效应形成时的谐波电压就成了电压谐波检测方案一个软肋。换句话说，就是电压谐波检测方案的谐波阈值不易确定。若谐波阈值设置过大，可能降低孤岛效应检测的灵敏性，若谐波阈值过小，则可能发生误检测。 4）输出功率扰动方案会因为分布式电源数量的增多而变得难以实现。原因是即使在孤岛效应发生之后，控制单台光伏发电设备产生的输出功率扰动也很可能被其他分布式光伏发电设备的自动调节功能所“稀释”，形成一种扰动并未在负载侧体现出来的假象，造成检测失败。而若控制多台设备产生功率扰动，在原理上仍可以实现检测孤岛效应的功能，实际上缺乏可操作性。因为这需要协调所有的分布式电源，并且操作难度随着分布式电源数量的增多而增大。 5）主动频率偏移方案会因为负载阻抗角与频率差造成的相角差相互抵消而拒动。 3．改进型主动频率偏移方案传统的主动频率偏移方案是通过设置固定的频率偏移，在电网切除供电后该偏移会出现较大的增长，从而检测出孤岛效应。为了提高孤岛效应检测的灵敏性，避免负载阻抗角对频差检测的干扰，要对主动频率偏移方案进行改进。改进型主动频率偏移方案主要有两方面的改进内容： 1）带正反馈的偏移电压带正反馈的主动频率偏移方案是在固定的频率偏移基础上加上正反馈的频率偏移，加速电网供电切除后频率超/欠频的过程。带正反馈的主动频率偏移方案不仅能够在电网正常供电时保持较低的频率偏移，提高电能质量，同时对孤岛效应有更高的灵敏度。带正反馈的主动频率偏移方案中偏移相角如式 3-1 所示。 θ = θ0漘ت ˉۨ욌 ˉ ݃ ۨˉ 욌 ˉ (3-1)

其中，日0为基础偏移角，K为正反馈增载阻抗角在一定范围内变化时，检测仍然有益，f、fc分别为分布式光伏逆变器输出频效。率和电网频率。符号函数sgn(0定义如式3-2 具体实现如式3-9：所示。 60=00+△9rand (3-9) -0=。 (3-2) 4. 下面探讨K的取值。利用主动频率偏移总结与体会的检测方法受负载自身的谐振频率制约。负本文围绕光伏发电的孤岛效应进行研究，载谐振能力越强（即负载谐振频率越靠近简述了孤岛效应的产生背景、孤岛效应利用与 fG)，则频率偏移的难度就越大，频率保持反孤岛效应，并着重研究了反孤岛效应中局部在谐振频率附近的趋势就越强。为了衡量这孤岛效应检测技术。研究脉络按照主动式检测一特性，对于并联LC电路，引入品质因数与被动式检测分为两条线，并分别详细介绍了 Q1oad,如式3-3。检测技术实现和技术难点。文章为解决现有的技术难点，提出了改进型的主动式频率偏移检 Qoad=R (3-3) NL 测方案，主要包括引入正反馈和随机化两方面得到内容。本文对于光伏发电孤岛效应研究的推进代入谐振角频率表达式⊙，= 有一定的借鉴作用。 Qau-是 (3-4) 在本次论文写作过程中，我锻炼了查找文献和阅读文献的能力，提高了理论分析和解决 Qload=oRC (3-5) 问题的能力，对于光伏发电并网技术和相关难对于并联RLC电路，可以解得负载阻抗点有了初步的、大体的认识。这对于今后进行角poad表达式3-6。更深入研究打下了良好的基础。 @C 参考文献： (Pload arctan [1]裴玮，盛鸭，孔力，齐智平.·分布式电源对配网供电电压质量的影响和改善[J].中国电机工程学报，2008,28(13) [2]陈争光，詹荣荣，李岩军，董明会，王晓 =arctan (Qioado 阳，詹智华，琚子超.·分布式电源系统继电保护装置检测技术的研究[刀].电网技术， =arctan(Qoai(（低-9)》 2015,39(4) (3-6) [3]姚丹.·分布式发电系统孤岛效应的研当f。=fc时，检测孤岛效应所需要的究[D].合肥工业大学，2006.5 偏移角最大，此时的情况是最不利于检测 [4]甘家梁，李志敏，谈怀江.光伏并网孤的情况。为满足检测的灵敏性的最低要求，岛效应产生特性与控制[J].武汉工程大学学 K值需要满足报，2012,34(4) a =16=9l=e [5]褚小莉.光伏并网中的孤岛效应研究 (3-7) [D].合肥工业大学，2009.4 解得 [6]郑天云，霍成义，郑一超.光伏发电反 K=3600oa 孤岛效应的方法研究[J刀].电气自动化， (3-8) πfc 2014,36(5) 2)偏移电压的随机化 [7]郑诗程，丁明，苏建徽，茆美琴，张国偏移电压的随机化处理主要是为了防荣.·光伏发电系统及其孤岛效应的仿真与实止负载阻抗角对频率差测量的影响，使得负验研究[J].系统仿真学报，2005,17(12)

其中，θ0为基础偏移角，K 为正反馈增益，ˉ、ˉ分别为分布式光伏逆变器输出频率和电网频率。符号函数sgn()定义如式3-2 所示。 sgn f 욌 fG = t ˉ ˉ 욌 t ˉ ˉ (3-2) 下面探讨 K 的取值。利用主动频率偏移的检测方法受负载自身的谐振频率制约。负载谐振能力越强（即负载谐振频率f0越靠近 ˉ），则频率偏移的难度就越大，频率保持在谐振频率附近的趋势就越强。为了衡量这一特性，对于并联 RLC 电路，引入品质因数 Qload，如式 3-3。 Qload = (3-3) 代入谐振角频率表达式ω0 = ，得到 Qload = ω0 (3-4) Qload = ω0 (3-5) 对于并联 RLC 电路，可以解得负载阻抗角φload表达式 3-6。 φload = arctan 욌 = arctan 욌 = arctan Qload 0 욌 0 = arctan Qload ˉ ˉ0 욌 ˉ0ˉ (3-6) 当ˉ0 = ˉ时，检测孤岛效应所需要的偏移角θ最大，此时的情况是最不利于检测的情况。为满足检测的灵敏性的最低要求， K 值需要满足 ∂θ ∂f ˉ= ˉ = φload ˉ ˉ= ˉ (3-7) 解得 K = 360Qload ˉ (3-8) 2）偏移电压的随机化偏移电压的随机化处理主要是为了防止负载阻抗角对频率差测量的影响，使得负载阻抗角在一定范围内变化时，检测仍然有效。具体实现如式 3-9： θ0 = θ0 ݃ ∆ت) 3-9) 4．总结与体会本文围绕光伏发电的孤岛效应进行研究，简述了孤岛效应的产生背景、孤岛效应利用与反孤岛效应，并着重研究了反孤岛效应中局部孤岛效应检测技术。研究脉络按照主动式检测与被动式检测分为两条线，并分别详细介绍了检测技术实现和技术难点。文章为解决现有的技术难点，提出了改进型的主动式频率偏移检测方案，主要包括引入正反馈和随机化两方面内容。本文对于光伏发电孤岛效应研究的推进有一定的借鉴作用。在本次论文写作过程中，我锻炼了查找文献和阅读文献的能力，提高了理论分析和解决问题的能力，对于光伏发电并网技术和相关难点有了初步的、大体的认识。这对于今后进行更深入研究打下了良好的基础。参考文献： [1]裴玮,盛鹍,孔力,齐智平..分布式电源对配网供电电压质量的影响和改善[J].中国电机工程学报,2008,28(13) [2]陈争光,詹荣荣,李岩军,董明会,王晓阳,詹智华,琚子超..分布式电源系统继电保护装置检测技术的研究 [J]. 电网技术， 2015,39(4) [3]姚丹..分布式发电系统孤岛效应的研究[D].合肥工业大学，2006.5 [4]甘家梁,李志敏,谈怀江..光伏并网孤岛效应产生特性与控制[J].武汉工程大学学报，2012,34(4) [5]褚小莉..光伏并网中的孤岛效应研究 [D].合肥工业大学，2009.4 [6]郑天云,霍成义,郑一超..光伏发电反孤岛效应的方法研究 [J]. 电气自动化， 2014,36(5) [7]郑诗程,丁明,苏建徽,茆美琴,张国荣..光伏发电系统及其孤岛效应的仿真与实验研究[J].系统仿真学报，2005,17(12)