王曉寰， 楊慶收， 闞志忠， 王 琳

(電力電子節(jié)能與傳動控制河北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院， 河北 秦皇島 066004)

1 引言

隨著可再生能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，分布式發(fā)電(DG)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。分布式發(fā)電是指利用本地的化石類燃料和可再生能源(太陽能、風(fēng)能等)等各種可用的分散存在的能源進(jìn)行發(fā)電。可再生能源是分布式能源最清潔、最高效的利用方式[1]。近年來下垂控制的逆變器由于具有“即插即用”、無需通信等優(yōu)點(diǎn)，在分布式發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛。目前國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于下垂控制的研究多集中于它的穩(wěn)定性分析、運(yùn)行模式之間的無縫轉(zhuǎn)換以及下垂特性的改進(jìn)等方面，很少有學(xué)者針對下垂控制并網(wǎng)逆變器的孤島檢測這個分布式并網(wǎng)系統(tǒng)必備的功能進(jìn)行研究。

孤島效應(yīng)是指當(dāng)電力系統(tǒng)因故障停止供電時，分布式發(fā)電系統(tǒng)繼續(xù)向本地負(fù)載提供有功和無功功率的現(xiàn)象[2]。基于本地的孤島檢測方法包括被動檢測方法和主動檢測方法，其中被動檢測方法包括過/欠壓、過/欠頻、相位跳變、諧波檢測等，其主要特點(diǎn)是：①輸出電能質(zhì)量好，對電網(wǎng)無影響；②有些電量無法直接測量，必須通過復(fù)雜的計算獲得；③在逆變器輸出功率和本地負(fù)載所需功率匹配的情況下，檢測盲區(qū)相對較大，檢測時間也會加長；④適合于逆變器輸出功率與負(fù)載所需功率不匹配的場合，一般都與主動孤島檢測方法相結(jié)合使用[3,4]。

主動檢測方法包括阻抗測量法[5]、諧波阻抗測量法、頻率偏移法、無功擾動法[6]、滑模頻率偏移法[7]、sandia頻率偏移法、sandia電壓偏移法[8]。這些方法的檢測原理基本相同，都是在并網(wǎng)系統(tǒng)的電流或電壓中施加一個擾動量，將一個正常運(yùn)行的系統(tǒng)推向非正常運(yùn)行狀態(tài)，從而檢測出孤島立即停止逆變器運(yùn)行。

但是這些方法都是針對直接電流并網(wǎng)型逆變器提出的。文獻(xiàn)[9]比較了恒功率控制的并網(wǎng)逆變器，給出了僅加入Q-V下垂控制、僅加入P-f下垂控制和同時加入P-f/Q-V下垂控制的孤島檢測盲區(qū)(NDZ)大小的方法，得到了加入下垂控制后孤島檢測盲區(qū)增大的結(jié)論。本文第2節(jié)詳細(xì)計算了下垂控制的并網(wǎng)逆變器的被動孤島檢測算法的檢測盲區(qū)，并給出了影響它的因素。

文獻(xiàn)[10]研究了采用P-f/Q-V下垂控制的并網(wǎng)逆變器的孤島檢測方法，為了能夠檢測到孤島，對下垂控制進(jìn)行改進(jìn)，將下垂系數(shù)由一個固定的數(shù)值改為PI調(diào)節(jié)器。文獻(xiàn)[11]針對被動孤島檢測存在較大檢測盲區(qū)，而主動檢測方法會引起輸出電流的有功或無功擾動的問題，提出將傳統(tǒng)的下垂控制器中的頻率指令改為逆變器并網(wǎng)點(diǎn)的實(shí)際頻率。這兩種方法檢測到孤島的前提都是對傳統(tǒng)的下垂控制方法進(jìn)行改進(jìn)。本文針對傳統(tǒng)的下垂控制并網(wǎng)逆變器進(jìn)行研究，提出適用于傳統(tǒng)P-f/Q-V下垂控制并網(wǎng)逆變器的孤島檢測方法，相較于文獻(xiàn)[10, 11]而言，本文的研究對象更加普遍，研究結(jié)果的適用性更加廣泛。

2 孤島檢測方法對下垂控制的適應(yīng)性分析

2.1 被動孤島檢測方法的檢測盲區(qū)分析

下垂控制方程式為：

(1)

式中，f*和V*分別為逆變器額定頻率、額定電壓幅值；P*和Q*分別為逆變器額定有功功率、無功功率；f和V分別為逆變器頻率、電壓幅值；P和Q分別為逆變器輸出有功功率、無功功率；m和n為下垂系數(shù)。

孤島發(fā)生后，負(fù)載吸收的有功功率和無功功率均為逆變器輸出的有功功率和無功功率，即

(2)

(3)

式中，PLoad和QLoad分別為負(fù)載的有功功率、無功功率；R為負(fù)載電阻；X為負(fù)載電抗；fr為諧振頻率；Qf為負(fù)載品質(zhì)因數(shù)。

由式(2)可得：

V2=PR

(4)

將式(1)代入式(2)、式(3)則有：

(5)

(6)

式中，Q*=0。整理得：

(7)

(8)

由式(7)和式(8)可以看出，下垂控制的并網(wǎng)逆變器的孤島檢測盲區(qū)不僅與R有關(guān)，還與下垂系數(shù)m、n有關(guān)。

圖1為負(fù)載R變化時的孤島檢測盲區(qū)圖?？梢钥闯?，下垂控制的并網(wǎng)逆變器的孤島檢測盲區(qū)與負(fù)載的大小有關(guān)，R越大，則檢測盲區(qū)越大，即孤島檢測盲區(qū)隨著R的增大而增大。

圖1 R變化時的孤島檢測盲區(qū)Fig.1 Blind spot of islanding detection with changing R

圖2為m變化時的孤島檢測盲區(qū)圖?？梢钥闯?，下垂控制的并網(wǎng)逆變器的孤島檢測盲區(qū)與P-f下垂控制方程中的下垂系數(shù)m有關(guān)，下垂系數(shù)m越大，則檢測盲區(qū)越小，即孤島檢測盲區(qū)隨著下垂系數(shù)m的增大而減小。

圖2 m變化時的孤島檢測盲區(qū)圖Fig.2 Blind zone of islanding detection with changing m

圖3為下垂系數(shù)n變化時的孤島檢測盲區(qū)圖?？梢钥闯?，下垂控制的并網(wǎng)逆變器的孤島檢測盲區(qū)與Q-V下垂控制方程中的下垂系數(shù)n有關(guān)，下垂系數(shù)n越大，則檢測盲區(qū)越小，即孤島檢測盲區(qū)隨著下垂系數(shù)n的增大而減小。

圖3 n變化時的孤島檢測盲區(qū)圖Fig.3 Blind zone of islanding detection with changing n

根據(jù)以上分析可知，影響基于下垂控制并網(wǎng)逆變器被動孤島檢測的檢測盲區(qū)的變量相較電流直接并網(wǎng)型逆變器要多。也就是說，下垂控制的并網(wǎng)逆變器成功檢測出孤島的難度要大得多。同時，由圖1～圖3可以看出，無論這些影響檢測盲區(qū)的變量如何變化，下垂控制的并網(wǎng)逆變器的檢測盲區(qū)相較于電流直接并網(wǎng)型逆變器的檢測盲區(qū)要大得多，即檢測出孤島的難度要大得多。

2.2 移頻法和移相法對下垂控制適應(yīng)性分析

對于電流型逆變器，可以采用移頻法和移相法檢測孤島[12-15]，而對于下垂控制的逆變器若采用相同的方法不能檢測到孤島的發(fā)生。下面對其進(jìn)行具體分析。

移相法以主動移頻法(AFDPF)為代表舉例分析，主動移頻法中對輸出電流施加擾動θAFDPF，其中θAFDPF和相位θ可以表示為：

(9)

式中，θAFDPF為施加的擾動相位；cf0為初始截斷系數(shù)；k為反饋增益；fg為電網(wǎng)頻率；θ和ω分別為逆變器相位和角頻率。

移相法以滑模法(SMS)為代表舉例分析，滑模法對輸出電流施加擾動θSMS，其中θSMS和θ可以表示為：

(10)

式中，θSMS為施加的擾動相位；θ0為常數(shù)；F(f-fg)為符號函數(shù)：

(11)

由式(10)、式(11)可知，無論是移頻法還是移相法都是一個關(guān)于頻率f的線性函數(shù)，可以統(tǒng)一表示為：

θ=ωt+k(f-fg)+θ0

(12)

對于下垂控制的逆變器，其輸出等效為一個電壓源，進(jìn)行孤島檢測時不再對電流的頻率進(jìn)行擾動，而是對電壓的頻率進(jìn)行擾動。加入擾動后的控制框圖如圖4所示，擾動后的相位表示為：

θ′=ωt+k(f-fg)+θ0

(13)

角頻率ω′和頻率f′表示為：

(14)

圖4 下垂控制中加入擾動后的控制框圖Fig.4 Block diagram of disturbance following droop control

由頻率表示的加入擾動后的控制框圖如圖5所示。

圖5 由頻率表示的加入擾動后的控制框圖Fig.5 Block diagram of control after adding disturbance by frequency representation

將下垂控制方程式(1)帶入式(14)可得：

(15)

整理后，加入擾動的頻率表示為：

(16)

式中，fk為計算得到的動態(tài)頻率；Pk為逆變器輸出有功功率瞬時值。

ft1=f1

(17)

3 基于相位差變化率檢測的改進(jìn)的移相法

3.1 檢測原理分析

由第2節(jié)的分析得到如下結(jié)論：將傳統(tǒng)的移頻法和移相法應(yīng)用到下垂控制的并網(wǎng)逆變器中，孤島發(fā)生后，逆變器的輸出頻率發(fā)生了一個微小的偏移，這個偏移量不會使逆變器的輸出頻率超出正常范圍，但是，在這個頻率偏移量的作用下會使得逆變器和電網(wǎng)之間產(chǎn)生相位差。然而，由于f1和fg的差值太小，所引起的相位差不會很大，如果使用這個量作為檢測量，容易引起誤檢測。圖6為采用傳統(tǒng)移相法檢測孤島時逆變器與電網(wǎng)之間的相位差Δθ及其相位差的變化率|dΔθ/dt|的波形圖。

圖6 傳統(tǒng)移相法逆變器與電網(wǎng)相位差及其變化率Fig.6 Phase difference and rate of change of traditional phase shifted inverter

由圖6可以看出，孤島發(fā)生后逆變器和電網(wǎng)之間的相位差逐漸增大，但是它們的相位差的變化率非常小，僅為約0.02rad/s。若使用這種方法，無論是通過檢測相位還是相位差的變化率來判斷孤島的發(fā)生都不合適，非常容易引起誤檢測。因此，本文提出了一種改進(jìn)的移相法。

為了在下垂控制的并網(wǎng)逆變器中應(yīng)用移頻法成功檢測到孤島的發(fā)生，對于傳統(tǒng)的方法進(jìn)行改進(jìn)，將傳統(tǒng)方法中加入的擾動量f-fg改為(f-fg)/s。具體分析如下：

在逆變器輸出電壓的相位中加入相位擾動量，如式(18)所示，則加入擾動后的相位變?yōu)槭?19)。

(18)

(19)

由于下垂控制的逆變器中輸出電壓的頻率f是由P-f下垂方程控制產(chǎn)生的，而逆變器輸出電壓的相位θ與頻率f具有如下關(guān)系：

(20)

因此式(19)可以表示為如下形式：

(21)

將擾動量k(f-fg)加到P-f下垂方程輸出的頻率f中，但是由于擾動量k(f-fg)中的頻率f實(shí)際上是加入擾動后的量，因此，在頻率f′的表達(dá)式中，擾動量k(f-fg)應(yīng)表示為k(f′-fg)，則頻率f′可以表示為：

(22)

即加入擾動后的下垂方程可以表示為：

f′=f*-m(P-P*)+k(f′-fg)

(23)

加入擾動后的下垂控制的控制框圖如圖7所示。

圖7 加入擾動后下垂控制的控制框圖Fig.7 Control block of sag control after disturbance

對式(23)進(jìn)行整理，有：

(1-k)f′=f-kfg-m(p-p*)

(24)

即加入擾動后逆變器的控制方式依然是下垂控制，但是頻率參考值變?yōu)?f*-kfg)/(1-k)，而下垂系數(shù)變?yōu)閙/(1-k)。由于fg是一個維持在50Hz動態(tài)變化的量，因此在孤島發(fā)生的時刻，(f*-kfg)/(1-k)≠f*且(f*-kfg)/(1-k)≠fg。也就是說，孤島發(fā)生之后，系統(tǒng)在下垂控制的作用下，會穩(wěn)定在一個非f*非fg的新的頻率參考值，并且系統(tǒng)的下垂系數(shù)也發(fā)生變化。

令f1=(f*-kfg)/(1-k)，即孤島發(fā)生后逆變器輸出頻率f最終穩(wěn)定在f1不變，那么在逆變器輸出頻率f和電網(wǎng)電壓頻率fg的差值的作用下會引起逆變器輸出電壓和電網(wǎng)之間的相位差，當(dāng)f穩(wěn)定在f1不變后這個相位差會保持勻速增加，即最終它的增長率是一個不為零的恒定值。fg不是一個固定的恒量，因此在孤島發(fā)生的瞬間，由于擾動量k(f-fg)的存在，頻率f必然會發(fā)生偏移，即頻率最終穩(wěn)定值f1與fg的差值必然存在，也就是說孤島發(fā)生后逆變器輸出電壓和電網(wǎng)電壓之間的相位差必然存在，并且會維持線性增大，即孤島后逆變器和電網(wǎng)之間的相位差|dΔθ/dt|>0，但是|dΔθ/dt|的值與擾動參數(shù)k有關(guān)。

當(dāng)逆變器運(yùn)行在并網(wǎng)模式時，若發(fā)生某些突發(fā)狀況引起逆變器頻率f的突變，在大電網(wǎng)的鉗位作用下，頻率f會迅速恢復(fù)到fg，逆變器和電網(wǎng)之間的相位差保持不變，也就是說該方法的孤島檢測量——逆變器和電網(wǎng)之間的相位差的變化率|dΔθ/dt|會在極短的時間內(nèi)變?yōu)榱?。因此不能通過單獨(dú)檢測|dΔθ/dt|是否超過閾值δ0來判斷孤島是否發(fā)生，還應(yīng)該在此基礎(chǔ)上檢測|dΔθ/dt|>δ0保持的時間是否大于t0。具體判斷邏輯如下：

(1)|dΔθ/dt|與一個閾值δ0做比較。

(2)當(dāng)|dΔθ/dt|>δ0時，計時器開始工作，當(dāng)超過閾值t0時，發(fā)出孤島信號。

(3)當(dāng)在t0時間內(nèi)|dΔθ/dt|≤δ0，此時計時器清零。

計時器的數(shù)值用tt表示，它的初始值是0。如果|dΔθ/dt|大于閾值的時間超過t0，逆變器就會發(fā)出孤島信號，去掉加入的擾動信號，逆變器工作在孤島運(yùn)行模式。反之，如果|dΔθ/dt|在t0時間內(nèi)小于等于閾值，計時器就會復(fù)位為0。閾值t0的數(shù)值依據(jù)IEEE 929-2000和IEEE 1547.1-2005的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)定。該方法的流程圖如圖8所示。

圖8 基于相位差變化率檢測的移頻法的流程圖Fig.8 Flow chart of frequency shift method based on phase difference change rate detection

3.2 基于相位差變化率檢測的改進(jìn)移相法參數(shù)整定

3.2.1 t0的取值

本文中的檢測量t0是逆變器和電網(wǎng)相位差的變化率|dΔθ/dt|>δ0所維持時間的閾值，根據(jù)IEEE 929-2000和IEEE 1547.1-2005的標(biāo)準(zhǔn)，以及我國電網(wǎng)頻率為50Hz的現(xiàn)實(shí)情況，當(dāng)供電頻率發(fā)生波動時，應(yīng)該在6個周期內(nèi)做出反應(yīng)，停止向供電線路輸電。因此本文中設(shè)置的時間閾值t0為0.12s。

3.2.2 k的取值

加入擾動后的輸出電壓的頻率表達(dá)式為：

f(i+1)=k[f(i+1)-fg]+f*-m[P(i)-P*]

(25)

由式(25)可以看出，系數(shù)k會影響系統(tǒng)檢測孤島的效果以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具體如下：

(1)當(dāng)k<0時，為負(fù)反饋，不能檢測到孤島。

(2)當(dāng)k=0時，為傳統(tǒng)的下垂控制。

(3)當(dāng)k>0時，為正反饋，可以檢測到孤島。

雖然k>0時可以檢測到孤島的發(fā)生，但是過大的k值會導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定，因而需要對k的取值進(jìn)行分析。

加入擾動后的傳遞函數(shù)為：

(26)

則系統(tǒng)的特征方程為：

(1-k)z=0

(27)

當(dāng)k<1時，加入擾動后系統(tǒng)是穩(wěn)定的，即頻率最終會穩(wěn)定在一個值保持不變。加入擾動之后的下垂曲線如圖9所示。

圖9 加入擾動之后的下垂曲線圖Fig.9 Sag curve following disturbance

由式(3)～式(7)可以看出，由于加入擾動后的下垂系數(shù)變?yōu)閙/(1-k)，為了使加入擾動后系統(tǒng)仍然是下垂控制，則應(yīng)該使擾動系數(shù)的范圍為：

k<1

(28)

這與式(27)得到的結(jié)論一致。下面對該方法的孤島檢測盲區(qū)進(jìn)行分析。根據(jù)2.1節(jié)的分析可知，下垂系數(shù)m越大，則檢測盲區(qū)越小。由于加入擾動后的下垂系數(shù)變?yōu)閙/(1-k)，則隨著擾動系數(shù)k的增大，檢測盲區(qū)變小。因此為了在孤島檢測的過程中減小檢測盲區(qū)，降低檢測孤島的難度，增加檢測的速度，應(yīng)該將擾動系數(shù)k的值設(shè)得盡量大一些；但是隨著k的增大系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，且當(dāng)k超過一定值時，在k(f-fg)的作用下，雖然頻率最終會穩(wěn)定在正常范圍，但是超調(diào)和調(diào)整時間會較大，因此應(yīng)適當(dāng)選取k的值。

4 仿真分析

逆變器運(yùn)行在并網(wǎng)模式下，發(fā)生負(fù)載變換等情況會引起逆變器的頻率波動，此時逆變器輸出頻率波形如圖10所示。由于大電網(wǎng)對逆變器的鉗位作用，逆變器的頻率會追隨電網(wǎng)，變?yōu)?0Hz并穩(wěn)定運(yùn)行。在這種情況下，由于頻率波動的出現(xiàn)，會使逆變器與電網(wǎng)之間出現(xiàn)一個相位差，但是由于頻率最后會穩(wěn)定在50Hz，因此這個相位差會保持不變，即最終相位差的變化率|dΔθ/dt|=0。

圖10 并網(wǎng)模式下頻率發(fā)生擾動時的頻率波形圖Fig.10 Frequency waveform of frequency perturbation in grid connected mode

逆變器與電網(wǎng)之間的相位差及其變化率如圖11所示?？梢钥闯?，相位差的變化率|dΔθ/dt|在大約1.5s，即擾動發(fā)生時刻觸發(fā)閾值δ0，計時器開始工作，在約0.4s后|dΔθ/dt|<δ0并最終穩(wěn)定在|dΔθ/dt|=0，此時由于0.4

圖11 并網(wǎng)運(yùn)行時頻率擾動后逆變器與電網(wǎng)之間的相位差及其變化率Fig.11 Phase difference and its rate of change between inverter and grid after frequency disturbance in grid connected operation

圖12和圖13為孤島發(fā)生時的逆變器輸出頻率、逆變器和電網(wǎng)之間的相位差及其變化率和孤島檢測信號。在擾動信號的作用下，逆變器下垂控制的下垂曲線發(fā)生變化。孤島發(fā)生后，逆變器的頻率由原來的fg變?yōu)閒1(49.5Hz

圖12 孤島發(fā)生時逆變器的輸出頻率Fig.12 Output frequency of inverter when islanding occurs

圖13 孤島發(fā)生時逆變器與電網(wǎng)相位差及其變化率Fig.13 Phase difference of inverter and grid and its rate of change in islanding

由圖12可以看出，孤島發(fā)生后，逆變器的輸出頻率迅速發(fā)生變化，變?yōu)閒1=49.95Hz并保持不變。在這個頻率作用下逆變器與電網(wǎng)之間出現(xiàn)相位差，并且這個相位差一直在增大，如圖13所示。相位差的變化率|dΔθ/dt|在大約0.08s后觸發(fā)閾值δ0，計時器開始工作，在t0內(nèi)|dΔθ/dt|>δ0保持不變，此時孤島檢測信號Trip變?yōu)?，即發(fā)出孤島信號，成功檢測到孤島的發(fā)生。

圖14為孤島發(fā)生時PCC點(diǎn)電壓和逆變器輸出電流的波形圖?？梢钥闯?，采用該方法檢測孤島時不會影響逆變器的正常運(yùn)行。這也是該方法的優(yōu)點(diǎn)，可以在維持系統(tǒng)正常工作的情況下檢測到孤島，進(jìn)而去掉擾動信號運(yùn)行在孤島模式。整個孤島檢測的過程中，系統(tǒng)始終正常工作，這樣能夠提高系統(tǒng)的工作效率。

圖14 孤島發(fā)生時PCC點(diǎn)電壓和逆變器輸出電流Fig.14 PCC point voltage and output current of inverter when islanding occurs

5 實(shí)驗(yàn)分析

圖15為孤島發(fā)生時的PCC點(diǎn)頻率偏移量f-f0和逆變器與大電網(wǎng)之間的相位差的變化率的波形圖?？梢钥闯觯⒕W(wǎng)運(yùn)行時加入擾動后逆變器系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，即加入的擾動對并網(wǎng)系統(tǒng)無影響；孤島發(fā)生后PCC點(diǎn)頻率有一個微小的變化，頻率偏移量f-fg的值基本可以忽略，相位差的變化率|dΔθ/dt|沒有超過閾值δ0。因此，不能通過傳統(tǒng)的移頻法/移相法在下垂控制的并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)中檢測到孤島的發(fā)生。

圖15 孤島發(fā)生時PCC點(diǎn)頻率偏移量f-fg和|dΔθ/dt|Fig.15 When islanding occurs PCC point frequency offset f-fg and |dΔθ/dt|

本文提出的基于相位差變化率檢測的移相法屬于頻率擾動類孤島檢測方法。該方法在P-f下垂控制的輸出頻率f中加入k(f-fg)，通過在一定的時間t0內(nèi)檢測逆變器與大電網(wǎng)之間的相位差的變化率|dΔθ/dt|是否超過閾值δ0來判斷是否有孤島的發(fā)生。

圖16為孤島發(fā)生時的PCC點(diǎn)頻率偏移量f-fg、逆變器與大電網(wǎng)之間的相位差的變化率、孤島檢測信號Trip?？梢钥闯?，并網(wǎng)運(yùn)行時由于大電網(wǎng)的鉗位作用，加入擾動后PCC點(diǎn)頻率f不發(fā)生波動。發(fā)生孤島后PCC點(diǎn)頻率偏移量f-fg迅速增大并穩(wěn)定在f1=50.2Hz，此時PCC點(diǎn)頻率f仍然在允許的正常范圍內(nèi)。在孤島發(fā)生的瞬間逆變器與電網(wǎng)之間的相位差的變化率|dΔθ/dt|迅速增大，超過設(shè)定的閾值δ0，此時，計時器開始工作。在t0時間內(nèi)，相位差的變化率|dΔθ/dt|始終大于閾值δ0，符合孤島檢測的條件，認(rèn)為發(fā)生孤島，此時孤島檢測信號Trip由0變?yōu)?，發(fā)出孤島信號，逆變器去掉擾動信號，進(jìn)入孤島運(yùn)行模式。

圖16 PCC點(diǎn)頻率偏移量f-fg、|dΔθ/dt|、孤島檢測信號TripFig.16 PCC frequency offset f-fg, |dΔθ/dt|, islanding detection signal Trip

圖17為孤島檢測過程中的PCC點(diǎn)A相電壓與頻率f-fg的波形圖。圖18為孤島檢測后的PCC點(diǎn)三相電壓。可以看出，在孤島檢測的過程中和孤島成功檢測后逆變器的輸出電壓是穩(wěn)定的，即本文提出的基于相位差變化率檢測的移相孤島檢測方法屬于非破壞性方法，使用該方法檢測孤島，可以提高逆變器系統(tǒng)的工作效率。由圖18可以看出，加入的擾動變量并沒有對逆變器的正常運(yùn)行造成影響，在孤島檢測后，逆變器仍然能夠正常運(yùn)行，證明了該方法是一種非破壞性的孤島檢測方法。

圖17 孤島檢測過程中PCC點(diǎn)A相電壓與頻率f-fg波形圖Fig.17 Phase voltage and frequency f-fg waveform of PCC point during islanding detection

圖18 并網(wǎng)運(yùn)行時加入擾動后的PCC點(diǎn)電壓Fig.18 Voltage of PCC point after disturbance in grid connected operation

6 結(jié)論

本文首先分析了下垂控制并網(wǎng)逆變器被動孤島檢測方法的檢測盲區(qū)，然后針對移頻法和移相法對于下垂控制并網(wǎng)逆變器的適應(yīng)性進(jìn)行分析，最后根據(jù)它們不適用于下垂控制并網(wǎng)逆變器的原因，提出了基于相位差變化率檢測的改進(jìn)移相法。該方法在檢測孤島的過程中具有非破壞性，能夠快速、準(zhǔn)確地檢測到孤島的發(fā)生。根據(jù)其檢測原理，本文給出了擾動系數(shù)以及判斷閾值的整定方法，提出了在不平衡電網(wǎng)情況下排除誤動作的方法，并通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性。

參考文獻(xiàn)(References)：

[1] Yang X, Song Y, Wang G, et al. A comprehensive review on the development of sustainable energy strategy and implementation in China[J]. IEEE Transactions on Sustainable Energy, 2010, 1(2): 57-65.

[2] IEEE Std 929-2000, IEEE recommended practice for utility interface of photovoltaic (PV) system[S].

[3] 張有兵，穆淼婕，翁國慶(Zhang Youbing, Mu Miaojie, Weng Guoqing). 分布式發(fā)電系統(tǒng)的孤島檢測方法研究(Islanding detection method for distributed generation system)[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制(Power System Protection and Control)，2011，39(6)：140-146.

[4] Mahat P, Chen Z, Bak-Jensen B. Review of islanding detection methods for distributed generation[A]. Third International Conference on Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies[C]. 2008. 2743-2748.

[5] 張純江，郭忠南，孟惠英，等(Zhang Chunjiang, Guo Zhongnan, Meng Huiying, et al.). 主動電流擾動法在并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測中的應(yīng)用(Application of active current perturbation method in islanding detection of grid connected power generation system)[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(Transactions of China Electrotechnical Society)，2007，22(7)：176-180.

[6] 張嵐，殷桂梁，韓郁，等(Zhang Lan, Yin Guiliang, Han Yu, et al.). 基于無功微擾/頻率偏差相關(guān)度的光伏發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測方法(Islanding detection method of photovoltaic system based on reactive power perturbation/frequency deviation correlation)[J]. 南方電網(wǎng)技術(shù)(Southern Power System Technology)，2010，4(S1)：130-133.

[7] 闞加榮，羅運(yùn)虎，謝少軍，等(Kan Jiarong, Luo Yunhu, Xie Shaojun, et al.). 基于下垂特性鎖相環(huán)的反孤島性能分析(Performance analysis of anti islanding based on droop characteristics of phase locked loop)[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(Transactions of China Electrotechnical Society)，2013，28(4)：165-170.

[8] 陳江艷(Chen Jiangyan). 電壓、頻率正反饋孤島檢測法的研究(Study on islanding detection method of voltage and frequency positive feedback)[J]. 河南科技(Henan Science and Technology)，2013, (2)：26-27.

[9] Lissandron S, Sgarbossa R, Dalla Santa L, et al. Impact of non-simultaneous P/f and Q/V grid code requirements on PV inverters on unintentional islanding operation in distribution network[A]. 2005 IEEE 6th International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems[C]. 2015. 1-7.

[10] 闞加榮，謝少軍，姚志壘，等(Kan Jiarong, Xie Shaojun, Yao Zhilei, et al.). 低壓微電網(wǎng)中并網(wǎng)逆變器主動移頻式孤島檢測技術(shù)(Active frequency shift islanding detection technique for grid connected inverters in low voltage microgrid)[J]. 電力系統(tǒng)自動化(Automation of Electric Power Systems)，2012，36(7)：33-37.

[11] 賀超，王冕，陳國柱(He Chao, Wang Mian, Chen Guozhu). 基于下垂控制的孤島檢測方法及其改進(jìn)策略(Islanding detection method based on droop control and its improvement strategy)[J]. 電力自動化設(shè)備(Electric Power Automation Equipment)，2015，35(6)：87-92.

[12] John V, Ye Z, Kolwalkar A. Investigation of anti-islanding protection of power converter based distributed generators using frequency domain analysis[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2003, 19(5):1177-1183.

[13] Yin J, Chang L, Diduch C. A new adaptive logic phase-shift algorithm for anti-islanding protections in inverter-based DG systems[A]. IEEE 36th Power Electronics Specialists Conference, PESC’05[C]. 2005. 2482-2486.

[14] 劉方銳，康勇，張宇，等(Liu Fangrui, Kang Yong, Zhang Yu, et al.). 帶正反饋的主動移頻孤島檢測法的參數(shù)優(yōu)化(Parameter optimization of active frequency shift islanding detection with positive feedback)[J]. 電工電能新技術(shù)(Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy)，2008，27(3)：22-25.

[15] 劉方銳，康勇，張宇(Liu Fangrui, Kang Yong, Zhang Yu). 光伏并網(wǎng)逆變器的孤島檢測技術(shù)(Islanding detection technique for photovoltaic grid connected inverters)[J]. 電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(Journal of Electric Power Science and Technology)，2009，24(1)：8-11.