1、反孤島解決方案1. 孤島效應(yīng)所謂孤島效應(yīng)，是指當(dāng)電力公司因故障或停電維修而停止供電時，用戶端的并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)仍處于工作狀態(tài)，使得并網(wǎng)逆變器和周圍的負(fù)載形成了電力公司無法控制的自供電網(wǎng)絡(luò)。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)處于孤島運行狀態(tài)時會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果：（1）電網(wǎng)無法控制孤島中的電壓和頻率，若電壓和頻率超出允許的范圍，可能對用戶的設(shè)備造成的損壞；（2）若負(fù)載容量大于光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量，光伏發(fā)電系統(tǒng)過載運行，易被燒毀；（3）與光伏發(fā)電系統(tǒng)連接的電路仍會帶電，對檢修人員造成危險，降低電網(wǎng)的安全性；（4）對孤島進(jìn)行重合閘操作時會導(dǎo)致該線路再次跳閘，還有可能損壞光伏發(fā)電系統(tǒng)和其他設(shè)備。因此，光伏并網(wǎng)逆變器具有孤島檢測

2、和反孤島的功能是很有必要的。2. 孤島檢測檢測孤島效應(yīng)的方法有很多種，主要分為兩種：被動檢測和主動檢測。被動檢測就是光伏并網(wǎng)逆變器檢測與電網(wǎng)連接處的電網(wǎng)電壓或頻率的異常來檢測孤島效應(yīng)。主動檢測是有意的引入一些擾動信號，來監(jiān)控系統(tǒng)中的電壓、頻率和阻抗的相應(yīng)變化，以確定電網(wǎng)的存在與否。比較被動檢測和主動檢測的區(qū)別，被動檢測的軟件實現(xiàn)比較簡單，但是檢測范圍有限，無法滿足并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)反孤島保護(hù)安全標(biāo)準(zhǔn)的要求，因此我們選擇用主動檢測的方法；而主動檢測可以使孤島檢測的盲區(qū)盡可能的小，孤島檢測比較有效，但是軟件實現(xiàn)比較復(fù)雜，并且會使并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率有所降低。國際上對反孤島檢測方案和響應(yīng)時間沒有明確的規(guī)

3、定， IEEE Std.9292和IEEE Std.15473根據(jù)孤島效應(yīng)發(fā)生時的具體情況推薦了不同的孤島效應(yīng)檢測時間。表1為IEEE Std.15473允許的孤島效應(yīng)檢測時間。表1 IEEE Std.15473允許的孤島效應(yīng)檢測時間狀態(tài)電網(wǎng)跳閘后電壓幅值電網(wǎng)跳閘后電網(wǎng)頻率允許的檢測時間（s）10.50.1620.5<<0.88231.10<<1.2141.2<0.165<-0.7Hz0.166>+0.5Hz0.16注：指電網(wǎng)電壓的額定值。對于中國的單相市電，為220（有效值）； 指電網(wǎng)電壓的頻率值。對于中國的單相市電，為50Hz。經(jīng)研究討論，根據(jù)逆變

4、器的控制策略，我們選擇了兩種的孤島檢測的方法，滑膜頻率偏移法（slip-mode frequency shift, SMS）和主動電流擾動法。3. 滑膜頻率偏移法并網(wǎng)光伏逆變器采用電流控制并網(wǎng)，即控制逆變器的輸出電流，使其成為與電網(wǎng)同頻的正弦波，而對輸出電壓卻不直接控制，輸出電壓或受電網(wǎng)鉗制（并網(wǎng)工作時），或取決于輸出電流和負(fù)載（孤島運行時）。滑膜頻率偏移法在逆變器電流控制的基礎(chǔ)上，通過控制逆變器輸出電流的相位控制，使公共點頻率在電網(wǎng)失壓后偏離額定值而檢測出孤島。3.1 滑膜頻率偏移法的工作原理在不加SMS算法時，逆變器輸出電流和公共點電壓同頻相加；加入SMS孤島檢測算法后，逆變器電流給定的頻

5、率不變，但相位發(fā)生偏移（大小由SMS算法決定），如圖1所示。逆變器的電流控制為：由鎖相環(huán)（PLL）檢測公共點電壓上升沿時間，得到公共點（PCC）電壓頻率，作為下一個周期光伏并網(wǎng)逆變器輸出電流的頻率；下一個周期電流的起始時刻為公共點電壓過零上升時刻，其初始相位由SMS算法決定，通常取其中為滑膜頻率偏移算法期望的最大偏移，為產(chǎn)生最大相移時對應(yīng)的頻率，為電網(wǎng)額定頻率，為公共點頻率。圖1 滑膜頻率偏移法孤島檢測方法示意圖由逆變器電流控制系統(tǒng)等效模型（參見圖2）可知，電流和電壓的相位差受SMS算法和RLC負(fù)載相位角G(j)的影響，當(dāng)+G(j)>0時，PLL“看到”電流滯后于電壓，會增加給定電流的頻

6、率；當(dāng)+G(j)<0時，PLL“看到”電流超前于電壓，會減小給定電流的頻率。因此，要使電網(wǎng)斷開后公共點頻率因電流頻率的變化而逐漸遠(yuǎn)離額定值，必須滿足：+G(j)>0， 時；+G(j)<0， 時。如果上述關(guān)系成立，在電網(wǎng)斷電后，公共點的電壓的相位就會始終超前（或滯后）于電流相位，在鎖相壞的作用在頻率逐漸推高（或降低），最后超出正常范圍，檢測出孤島。圖2 PV系統(tǒng)等效模型需要說明的是在孤島運行時，由于只控制電流輸出，電壓與電流的位置主要受負(fù)載的類型所影響，主要分為容性負(fù)載和感性負(fù)載。感性負(fù)載的特性是電壓的相位超前電流，并且總有超前電流的趨勢。圖3 感性負(fù)載電壓/電流相位圖容性負(fù)載

7、的特性是電壓的相位滯后電流，并且總有滯后電流的趨勢。圖4 容性負(fù)載電壓/電流相位圖滑動頻率偏移法是根據(jù)負(fù)載的類型，計算相位角 G(j) 與滑動頻率偏移角人為的造成電流相位一個微小的偏移。在并網(wǎng)時，由于電網(wǎng)頻率鉗制電壓波形，導(dǎo)致電壓相位不會受到電流相位的影響；在孤島發(fā)生時，電流相位的微小偏移會在電壓波形的超前/滯后的特性下導(dǎo)致電壓的頻率不斷減小/增大，而電流頻率又反過來受到電壓頻率影響，電流頻率不斷減小/增大，與額定值的偏移量就會不斷增大，因而由SMS算法得出的每個周期所施加的偏移相位也不斷增大，進(jìn)而再導(dǎo)致頻率偏離額定值越來越大，直至超過限定值，從而快速檢測出孤島。但是，我們可以發(fā)現(xiàn)，如果+G(

8、j)=0時，即SMS算法得到的相位偏移量為0，當(dāng)出現(xiàn)這種情況時，就可能會出現(xiàn)孤島無法被檢測出的情況，即所謂的孤島檢測的盲區(qū)，這個盲區(qū)是無法的被消除的，只能盡可能去減小盲區(qū)，使上面的情況出現(xiàn)的可能性盡量小。從各方面的資料文獻(xiàn)上，我們了解到取5°時，能使這個盲區(qū)比較小。我們?nèi)?°，對應(yīng)的弧度值約為0.0873；取電網(wǎng)頻率50.0Hz；取49.5Hz，也就是當(dāng)頻率偏移至49.5Hz時認(rèn)為孤島出現(xiàn)。當(dāng)前電壓頻率通過鎖相環(huán)得到，代入公式后為：化簡后，得到最終公式：根據(jù)計算出的相位差代入程序中電流相位的補償項AngleIref，得到了新的電流相位補償項。模擬出的結(jié)果如下圖所示。圖5

9、孤島出現(xiàn)時頻率的變化3.2 滑膜頻率偏移法的程序流程根據(jù)上一節(jié)的分析，我們就可以將滑膜頻率偏移法編入到程序中，作為電流控制的一部分，每個周期都對電流施加相位偏移，當(dāng)孤島發(fā)生時，能夠快速的檢測出。 圖6為程序?qū)崿F(xiàn)框圖，圖7為程序運行流程圖。圖6 程序?qū)崿F(xiàn)框圖圖7 程序運行流程圖4. 主動電流干擾法4.1 主動電流干擾法工作原理圖8 主動電流擾動法檢測孤島系統(tǒng)圖主動電流擾動法檢測孤島系統(tǒng)如圖8所示。并網(wǎng)逆變器工作在電流控制模式，在不添加電流擾動的情況下，控制逆變器輸出電流跟隨給定信號（一般為電網(wǎng)信號或者與電網(wǎng)同頻同相的正弦），此時=在添加干擾信號時，電流的參考信號為正弦信號和干擾信號的差，則=-

10、并網(wǎng)情況下，公共點PCC的電壓為電網(wǎng)電壓，如果逆變器輸出和負(fù)載消耗的功率相匹配，那么在不添加擾動情況下電網(wǎng)斷電時，PCC點的電壓不發(fā)生變化，會導(dǎo)致孤島發(fā)生。而在添加電流擾動的情況下，電網(wǎng)斷電時，PCC點的電壓取決于逆變器輸出電流和本地負(fù)載。=Z=(-)Z 在原來的基礎(chǔ)上添加了Z的電壓降，超出欠電壓保護(hù)的闕值范圍，即使在功率相匹配的情況下孤島也可以檢測出來。4.1 主動電流干擾法軟軟件實現(xiàn)圖9 主動電流擾動法檢測孤島的流程圖主動電流擾動法檢測孤島流程如圖9所示。在這個方法中，要主動給電流幅值施加偏移量，那這個偏移量只能是負(fù)的，即減小電流的幅值，因為如果增大電流幅值，就有可能使逆變器過載。另外，施

11、加的偏移量不能過小，如果過小就有可能電壓幅值變化也不夠大，沒有超出電壓的限制，導(dǎo)致檢測孤島失敗，所以施加的偏移為給定值的50%是合理的。主動施加的偏移量比較大，導(dǎo)致逆變器的輸出效率會有明顯降低，因此不能每個周期都施加電流偏移量，要根據(jù)反孤島檢測時間和逆變器的輸出效率綜合考慮，來確定主動擾動的頻率。我們設(shè)定每隔20個周期施加2個周期的電流擾動，numA=20，numB-numA=2，即numB=22。使用NUM計數(shù)周期，NUM初始值為0。首先檢測公共點電壓的頻率，如超出限制，則判為孤島，逆變器停止；若頻率檢測正常，采樣公共點電壓和電流，若電壓超過限制，則判為孤島；若電壓檢測正常，NUM計數(shù)加一，然后和numA比較，若小于numA，即計數(shù)周期還未計滿20次，不施加電流擾動，給定正常電流，然后重新開始循環(huán)檢測；若大于numA，則表示計數(shù)周期已有20次，接下來兩個周期要施加電流擾動，即NUM計數(shù)到第20，21周期時為施加擾動周期，和numB（numB=22）比較 ，小于numB時，給電流施加擾動，我們給定電流的偏移量為50%，然后開始下一次循環(huán)，若計數(shù)到了22，即表示電流施加擾動結(jié)束，NUM清零，開始下一輪的施加電流擾動的大循環(huán)。從以上分析