（准能集团哈尔乌素露天煤矿 内蒙古鄂尔多斯 017000）
摘要：武威拥有得天独厚的太阳能资源，为分布式光伏的发展提供了优质发展条件，近年来武威分布式光伏建设十分迅速，依托于分布式光伏已经形成了很多分布式微电网，然而目前的电网条件还远未达到智能化水平，分布式电源并网以后，出现了盲调的状态，要想确保电网安全运行，分布式光伏的孤岛检测就显得十分重要。本文从电网侧通信远程检测、逆变器本地检测和小波系数能量检测等方法对该地区分布式电源并网的孤岛方法进行分析与探讨，得出适用于武威电网的孤岛保护方法。
关键词：分布式光伏；孤岛检测；逆变器
ABSTRACT：ThereisagoodconditionforsolaranergytogenearateelectricityinWuweiRegionofGansuProvince，soalotofmacroelectricpowernetshavebeenformedwiththebuildingphotovaltaicsubstations，whileithasappearedthatdistributingelectricpowerisnotautomaticandelectricanergydistributionisdonebypersonswiththewaywhichisnoaccuracy.Inordertoensurethepowernetsafe，itisveryimportanttomeasureifthephotovataicgeneratingsubstationsarelinedtomainelectricalgridcorrectly.Inthispaper，thedetectivemethodsoftelecommunication，localreverberantdevices，thefactorsofsmallwavewithenergyaregivenbyanalysisanddiscuss，andprotectivemethodsaregottoprotectelectricpowernetfromfailure.
KEYWORD：photovaltmeasureanalysis
1电网侧通信的远程孤岛检测方法
1.1电力载波通信法
电力线载波通信法的特点是在电网侧安装了信号发射器，通过输电线路持续给所有的配电线路发送信号。电网处于正常状态时，安装在逆变器侧的信号接收器能持续检测到该信号，如果信号监测失败，则判断可能已经有断路器跳闸而分布式发电系统与公共电网之间产生了孤岛效应。
远程孤岛检测装置安装在分布式发电系统PCC处，通过载波通信方式获得系统侧变电站内开关量信息并进行孤岛判别，当检测到分布式发电系统进入孤岛状态后，通过载波或其他通信方式发送控制命令到分布式电源并网点测控装置，跳开分布式电源并网点开关。
开关位置信号通过载波机传送给集中式孤岛检测装置，孤岛检测装置判别孤岛状态后可通过载波或其他通讯方式控制分布式电源退出。对系统侧的测量装置，因为是安装在系统侧变电站内，有条件的情况下可采集全站重要的开关量信号，如主变高低压侧开关、母联开关位置信号等，条件不允许时可只采集分布式电源接入的l0kV馈线开关位置信号。
1.2传输断路器跳闸信号法
该检测方法需要利用中央处理算法对配电网范围内的所有断路器、自动重合闸装置状态进行判定，当配电网拓扑结构较为固定时，该方法具有实用性，而当配电网拓扑结构较为复杂多变时，该方法需要获取最新的配电网拓扑结构才能对孤岛进行检测，较难实现。也即，该方法对于单台并网逆变器孤岛检测具有一定的实用性，而对于多台并网逆变器孤岛检测难以实现。而且，在武威地区尤其古浪、天祝等贫困地区通信尚未完善，采用此方法进行孤岛检测的前提是通信设备的完善，大大提高了这些地区建设分布式发电系统的成本，因此该方法的应用范围较为狭窄。
2并网逆变器侧的本地孤岛检测方法
2.1主动型检测法
2.1.1Sandia频率偏移法
为了简化分析，设定分布式光伏发电系统分析模型为两台逆变器同时并入公共电网，两者的孤岛检测方法会因逆变器生产来源不同有所差异，首先分析两台逆变器均采用Sandia频率偏移法进行孤岛检测。
考虑到并网逆变器的电流源特性，可以将其输出电流表示为
Δf表示并网逆变器端电压频率f与电网电压额定频率fg之间的偏差。
两台并网逆变器在与公共电网断开后，其频率是增大还是减小由本地负载特性决定，假设并网逆变器1输出的有功功率占到本地负载总有功功率的比例为K1，则并网逆变器2输出的有功功率占到本地负载总有功功率的比例为1-K1，两者输出电流可以分别表示为
cf1和cf2分别表示并网逆变器1和并网逆变器2的初始截断系数值，K’和K’’分别表示并网逆变器1和并网逆变器2的正反馈增益。可以将两台并网逆变器进行等效，根据两者的输出电流表达式可以将等效逆变器的输出电流表示为
采用Sandia频率偏移法进行多台并网逆变器孤岛检测时，初始截断系数较大的并网逆变器2为本地负载提供的有功功率比例越小，检测盲区就越小，也即，对于部分本地负载，当并网逆变器2为本地负载提供的有功功率比例为某值时，该负载点位于检测盲区外，表明并网逆变器可以检测该负载条件下的孤岛状态，而当并网逆变器2为本地负载提供的有功功率比例增大时，该负载点位于检测盲区内，表明并网逆变器不可以检测同样负载条件下的孤岛状态。
2.1.2主动频移检测法
为了简化分析，设定分布式光伏发电系统分析模型为两台逆变器同时并入公共电网，两者的孤岛检测方法会因逆变器生产来源不同有所差异，首先分析两台逆变器均采用主动频移检测法进行孤岛检测。
考虑到并网逆变器的电流源特性，可以将其输出电流表示为
cfk表示第k个周期主动频移检测法的截断系数值，cfk-1表示第k-1个周期主动频移检测法的截断系数值，由此可知，主动频移检测法的截断系数为常数。
两台并网逆变器在与公共电网断开后，其频率是增大还是减小由本地负载特性决定，假设并网逆变器1输出的有功功率占到本地负载总有功功率的比例为K1，则并网逆变器2输出的有功功率占到本地负载总有功功率的比例为1-K1，两者输出电流可以分别表示为
由上可知，采用主动频移检测法进行多台并网逆变器孤岛检测时，两台并网逆变器的参数设置一致时，两台并网逆变器输出有功功率占到本地负载总有功功率的比例并不会影响检测盲区的结果。两台并网逆变器均采用主动频移检测法进行孤岛检测所得到的检测盲区结果与单台逆变器采用主动频移检测法进行孤岛检测所得到的检测盲区结果一致，也即当单台并网逆变器单独运行时能够有效检测孤岛，则多台并网逆变器运行时同样能够有效检测孤岛。
2.1.3滑膜频移法
滑膜频移检测法也是一种频移类检测法，施加扰动对象为并网逆变器输出电流与公共耦合点电压之间公共耦合点的相位差，即当检测到频率的偏差的时候，将正反馈引入该相位差，放大频率变化，当频率偏移量超出阀值时，则触发孤岛保护从而检测出孤岛。
并网运行时，并网逆变器频率稳定运行在工频点附近，孤岛状态下，通过正反馈放大频率的微小偏差或者相位误差，而后频率会稳定于新的工作点。若新工作点的频率超出阈值，则可以触发孤岛保护从而检测出孤岛。
为了简化分析，设定分布式光伏发电系统分析模型为两台逆变器同时并入公共电网，两者的孤岛检测方法会因逆变器生产来源不同有所差异，首先分析两台逆变器均采用滑膜频率偏移法进行孤岛检测。
滑膜频率偏移法与前两种方法有所区别，正反馈引入对象为并网逆变器的输出电流与输出电压之间的相位差，基于使频率持续偏移的检测策略。滑膜频率偏移法控制并网逆变器输出电流的相位，使其成为频率偏差的函数，也即
其中，φm是最大相位偏移，fm是φm所对应的频率，由此可知，并网逆变器的输出电流初相位是逆变器输出电压频率与电网电压频率偏差的函数。
滑膜频移法的判据与上面两种方法判据相同。采用滑膜频率偏移法进行多台并网逆变器孤岛检测时，两台并网逆变器的参数设置一致时，两台并网逆变器输出有功功率占到本地负载总有功功率的比例并不会影响检测盲区的结果。两台并网逆变器均采用滑膜频率偏移法进行孤岛检测所得到的检测盲区结果与单台逆变器采用滑膜频率偏移法进行孤岛检测所得到的检测盲区结果一致，也即当单台并网逆变器单独运行时能够有效检测孤岛，则多台并网逆变器运行时同样能够有效检测孤岛。
采用滑膜频率偏移法进行多台并网逆变器孤岛检测时，两台并网逆变器频率偏差的不同会引起检测盲区的变化。并网逆变器1为本地负载提供的有功功率比例越大，检测盲区就越小，也即，对于部分本地负载，当并网逆变器1为本地负载提供的有功功率比例为某值时，该负载点位于检测盲区外，表明并网逆变器可以检测该负载条件下的孤岛状态，而当并网逆变器1为本地负载提供的有功功率比例变小时，该负载点位于检测盲区内，表明并网逆变器不可以检测同样负载条件下的孤岛状态。
2.2被动型检测法
2.2.1欠/过压保护、欠/过频检测法
欠/过电压、欠/过频率检测法最为简便，实际应用过程中的多数孤岛检测方法都是基于此，它体现了孤岛发生后公共耦合点的电压幅值、频率的变化情况。与公共电网断开后，公共耦合点的电压幅值或者频率会发生偏移。假如在算法中预设电压幅值、频率的阈值，当偏移量超过阈值时，则孤岛检测实现。
这种检测方法的检测性能主要取决于孤岛产生前并网逆变器输出功率与负载功率的偏差，也即ΔP和ΔQ的值。ΔP≠0时，孤岛产生后，公共耦合点的电压幅值突变，触发保护；ΔQ≠0时，孤岛产生后，公共耦合点的电压相位突变，引起并网逆变器输出频率突变，触发保护。假如孤岛产生前并网逆变器的输出功率与负载功率相等或者相差较小，会导致与公共电网断开后，电压幅值、频率的变化较小甚至不发生变化，无法达到设定的阈值，导致检测失败。
2.2.2相位突变检测法
相位突变检测法是通过检测光伏发电系统并网逆变器输出电流与公共耦合点端电压之间的相位差变化情况实现孤岛检测的，当系统正常运行时，并网逆变器输出电流与公共耦合点端电压在锁相环的作用下保持同频同相；当发生孤岛后，并网逆变器输出电流与公共耦合点端电压之间的相位差会受到负载阻抗的影响，产生跃变，超出设定阈值，则孤岛检测实现。
该方法的优点是简便、易实现、无扰动、检测性能较好，缺点是阈值较难确定，阈值设定小，则系统保护产生误动作，阈值设定大，则无法检测孤岛现象。
2.2.3电压谐波检测法
正常状态下，并网逆变器输出电流中谐波含量较小，很难影响公共耦合点电压造成谐波失真；当发生孤岛后，并网逆变器输出电流谐波流入本地负载，本地负载的阻抗远大于公共电网的阻抗，对公共耦合点电压造成谐波失真影响较大；因此，可以通过检测公共耦合点的电压谐波失真度变化情况实现孤岛检测，设定阈值后，假如电压谐波失真度超出设定阈值，则孤岛检测实现。
虽然从理论上进行分析时，该方法可靠性较高、使用范围较广，然而在实际应用的过程中，也存在阈值难确定的问题，兼顾孤岛检测有效性和避免系统误动作的阀值不易确定，导致该方法实际应用中难以推广。
2.2.4关键电量变化率检测法
该方法可以提高孤岛检测效率，然而，当功率失衡较小时，频率变化率较小，孤岛检测准确度降低。功率变化率法是通过监测有功功率的变化情况来实现孤岛检测的，当系统正常运行时，负载功率由公共电网与并网逆变器共同提供；当发生孤岛后，仅并网逆变器为部分负载供电，有功功率发生变化，使得公共耦合点的电压发生变化，触发孤岛保护，因此可以选择功率变化率作为特征量进行孤岛检测。该方法与频率变化率法类似，都存在检测盲区。
3结论
综上分析，通过逆变器和采用小波系数能量检测孤岛的方法比较可靠，在武威分布式光伏中可以广泛采用，有效提高孤岛检测水平，确保电网运行安全。
参考文献：
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[2]张芳，徐卓.分布式发电对配电网可靠性的影响研究.电网技术，2008，32（11）.
[3]黄伟，孙超辉，吴子平.含分布式发电系统的微网技术研究综述.电网技术，2009，33（9）
[4]严胜，姚建国，杨志宏.智能电网调度关键技术.电力建设，2009，24（5）
作者简介：
薛远天，男，甘肃武威，工程硕士，工程师，电网规划和电力系统分析；
翟天培，男，甘肃武威，工程硕士，高级工程师，变电设备评审；
王彩秀，女，甘肃天水，本科，高级工程师，电力调控制。