反孤岛策略：过欠电压频率控制

1.过/欠电压反孤岛策略（OVP/UVP）

过/欠电压反孤岛策略是指当并网逆变器检测出逆变器输出的电网公共连接点PCC处的电压幅值超出正常范围（U₁，U₂）时，通过控制命令停止逆变器并网运行以实现反孤岛的一种被动式方法^[1]，其中U₁、U₂为并网发电系统标准规定的电压最小值和最大值。对于如图7-2所示的并网光伏系统，当断路器闭合（电网正常）时，逆变电源输出功率为P+jQ，负载功率为P_load+jQ_load，电网输出功率为ΔP+jΔQ。此时，公共耦合点电压的幅值由电网决定，不会发现异常现象。断路器断开瞬间，如果ΔP≠0，则逆变器输出有功功率与负载有功功率不匹配，PCC点电压幅值将发生变化，如果这个偏移量足够大，孤岛状态就能被检测出来，从而实现反孤岛保护。

由于并网逆变器大都采用电流控制策略，因此在孤岛形成前后的两个稳态状态下，逆变器输出电流和它与PCC点电压之间的相位差都是不变的，即

I=I₀ （7-19）

φ=φ₀ （7-20）

式中，I和φ分别为孤岛形成后并达到稳态时逆变电源输出电流和它与PCC点电压之间的相位差，I₀、φ₀分别为与I、φ对应的在孤岛形成前的稳态值。

一般并网逆变器常采用单位功率因数控制，从而使相位差φ趋近于0。在电网正常条件下，由孤岛形成前的电路系统分析可知：

而当电网断开并达到稳态时

U=IRcosφ （7-22）

式中 U₀——孤岛形成前PCC点的电压；

U——孤岛形成后并达到稳态时PCC点的电压。

联立式（7-21）、式（7-22）可得

从上式可以看出，孤岛形成瞬间，只要ΔP≠0，PCC点的电压幅值就会发生变化。如果U在正常范围内，即

U₁＜U＜U₂（7-24）

孤岛检测就会失败。联立式（7-23）、式（7-24）可得过/欠电压反孤岛策略（OVP/UVP）的非检测区NDZ为

2.过/欠频率反孤岛策略（OFP/UFP）

过/欠频率反孤岛策略是指当并网逆变器检测出在PCC点的电压频率超出正常范围（f₁，f₂）时，通过控制命令停止逆变器并网运行以实现反孤岛的一种被动式方法，其中f₂、f₁分别为电网频率正常范围的上下限值，IEEE Std1547-2003标准规定：当标准电网频率f₀=60Hz时，f₁=59.3Hz、f₂=60.5Hz。由于我国标准电网频率采用的是f₀=50Hz，因此根据比例计算出电网频率正常范围的上下限值分别为f₁=49.4Hz、f₂=50.4Hz。对于如图7-2所示的并网光伏系统，电网正常时，公共耦合点电压的频率由电网决定，只要电网正常，就不会发生异常现象。电网断开瞬间，如果ΔQ≠0，则逆变器输出无功功率（近似等于0）与负载无功功率不匹配，PCC点的电压频率将发生变化，如果偏移出正常范围，孤岛状态就被检测出来。若并网逆变器运行于单位功率因数状态，在孤岛形成前后的两个稳态状态下，逆变器输出电流与PCC点电压之间的相位差都趋近于0，即(www.xing528.com)

φ=φ₀≈0 （7-26）

在电网正常条件下，由孤岛形成前的电路系统分析可知

式中 ω₀——孤岛形成前PCC点电压的角频率；

Q_f——负载的品质因数。

而当电网断开并达到稳态时

式中 ω——孤岛状态下并达到稳态时PCC点电压的角频率。

联立式（7-26）～式（7-28）可以解得

从式（7-29）可以看出：在孤岛形成瞬间，只要ΔQ≠0，PCC电压的频率就会发生变化。如果ω在正常范围内，即

ω₁＜ω＜ω₂ （7-30）

此时孤岛检测就会失败。

联立式（7-29）、式（7-30）可得过/欠频率反孤岛策略（OFP/UFP）的NDZ为

3.优缺点

过/欠电压、过/欠频率反孤岛策略的作用不只限于检测孤岛效应，还可以用来保护用户设备，并且其他产生异常电压或频率的反孤岛方案也依靠过/欠电压、过/欠频率保护方案来触发并网逆变器停止工作；它是孤岛效应检测的一个低成本选择，而成本对并网光伏逆变器的推广应用是很重要的；由于是被动式反孤岛策略，因此正常并网运行时，逆变器不会影响电网的电能质量；多台并网逆变器运行时，不会产生稀释效应。

从过/欠电压、过/欠频率保护检测孤岛效应的方面出发，此反孤岛策略的NDZ相对较大，并且这种方案的反应时间是不可预测的。