孤岛检测的优化方法

孤岛检测方法分为远程技术、被动式检测技术、主动式检测技术［11］。

远程技术是指电网和分布式电源之间通过通讯来联系，孤岛检测的可靠性较高。但是因为需要通讯设备，成本较高。远程技术包括电力线路载波法、传输断路器跳闸法。该方法适合大功率分布电源并网电站。

被动式检测法通过实时检测和判断公共耦合点的参数是否超过阈值来识别孤岛现象，无需向电网注入任何扰动电流，因此被动式检测法对供电质量无影响。根据PCC电压幅值、频率和相位等参数，被动式检测分为过／欠压保护、过／欠频保护、电压相位突变检测、电压谐波检测以及频率变化率检测等。被动式检测方法简单，但是存在很大的非检测区域，并且随负载的变化，其保护反应时间也不确定。

主动式检测法是在逆变器输出信号中加入某种扰动，根据配电网对扰动的响应结果来判定是否发生孤岛。为了提高检测准确程度，常将被动式和主动式结合起来。

根据逆变器输出电流公式I_inv＝I_msin（2πft＋θ）可知，对幅值（I_m）、频率（f）或初始相位（θ）进行扰动，促使处于孤岛状态下的系统公共耦合点电压的参数幅值、频率或谐波含量等超出正常范围，从而达到检测孤岛效应的目的。因此主动检测法有并网电流幅值扰动法、滑动频率偏移法（SMS）、自动移相偏移法（APS）、主动频率偏移法（AFD）、正反馈频率偏移法（AFDPF）、2N周期扰动法等。由于主动扰动法是向电网注入畸变的电流扰动信号，因此对供电质量有一定的影响。常用的主动孤岛检测法是AFD。

AFD法是对逆变器输出电流注入微小的畸变，使扰动电流与电压保持同步，正负半周扰动电流波形对称，扰动电流频率向上偏移或向下偏移。如果向上偏移，扰动电流频率比电压频率略快，在电流正负半周末尾注入零电流t_z区间。当发生孤岛效应时，这样做可以促使电压频率向上偏移。如果注入的扰动电流频率向下偏移，则其频率就会比电压频率略慢。为了保持电流和电压同步，在电压正负半周末尾斩掉电流t_z区间。图6-35是频率向上偏移和向下偏移的主动频率偏移法示意图。其中T_u为电压周期，t_z为零电流时间。(www.xing528.com)

当发生孤岛时，逆变器输出的电流加到负载上，电压由电流和负载共同决定，在达到稳态时，电流和电压间的相位差为扰动角。如果负载角频率与电网频率相差很大，则断网后由于电压受负载影响，变化很快，在较短时间内仅仅通过被动法中的过／欠压或过／欠频即可识别出来；当频率相当，且相位接近，采用AFD法需要很长时间才能进入检测区；当频率相等且当负载角θ_L和扰动角度θ_Z匹配时，采用常规的AFD法则无法识别。其中负载角θ_L和扰动角θ_Z的公式如式（6-38），f_u为耦合点电压频率。

图6-35 频率向上偏移和向下偏移的主动频率偏移法

a）频率向上偏移 b）频率向下偏移