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與離網光伏發電系統相比較，并網太陽能發電系統具有更高的電能利用率，太陽能發電系統將光伏陣列發出的電能經逆變器逆變后輸送到電網[1]，并網時需滿足以下條件：發電系統的電壓頻率經逆變器逆變后與并網電壓頻率相同、系統輸出電壓的最大值與電網電壓最大值相同、經逆變后的電壓與電網電壓的相角差為零[2]。光伏并網發電技術作為快速發展的新能源技術之一，帶來的孤島效應問題也亟待解決。根據現有的技術，孤島解決方案分為主動方案和被動方案兩種。當并網斷開時，發電系統逆變器輸出端的電氣參數會由于斷開電網而變化，以檢測電壓、頻率、相位變化為依據的是被動式方案，被動式方案在負載所需功率和太陽能發電系統輸出功率相等時，頻率的變化很小，從而無法檢測到孤島故障。與被動式不同的是向電網注入擾動來檢測孤島效應的方法則是主動式反孤島策略，該方法更容易實現，克服了被動式無法檢測到頻率變化的缺陷。本文的正反饋主動式頻率偏移法的提出加快了檢測孤島故障的速度。

1孤島效應的發生與檢測

1.1孤島效應的發生此處以測試原理圖來解釋孤島故障，如圖1所示。從孤島測試原理圖中可以看出，太陽能發電系統經逆變后，經過電氣設備與電網連接。當太陽能發電系統正常工作時，用電感、電阻、電容的并聯電路來表示發電系統的負載，太陽能發電系統的輸出功率用P+jQ表示。

1.2孤島效應的檢測圖2所示為太陽能并網發電結構圖。光伏陣列發出的電經IGBT逆變傳送到電網，L1、C2組成濾波器能夠允許特定的頻率通過，用電容C、電阻R、電感L并聯來表示負載。C1充電后表示直流電源。光伏陣列發出的電經過逆變器逆變后，能夠與電網電壓同頻同相[3]，這樣才能并網。在圖3所示的示意圖中，若開關斷開后，就會產生孤島效應問題，開關斷開后，發電系統的電壓和頻率無法控制，對本地負載會造成危害，當開關重新閉合時，也會影響電網的電能質量。局部反孤島策略如圖4所示，反孤島策略主要分為以下兩種：被動式方案是在電網發生斷電時，以檢測電路中的相關參數為依據的，這種方法檢測不到電壓頻率的變化，造成漏檢；主動式是向逆變器輸出電流注入擾動引起電壓頻率變化來判斷是否發生了孤島現象[4]，對于負載而言，若電容過大或電感過大時會有檢測盲區，無法檢測到故障。相對于這些缺陷，文中提出的AFDPF即使是很小的頻率變化，在正反饋的情況下也有很好的檢測效果。

2AFDPF算法分析

2.1主動頻率偏移法AFD傳統的主動頻率偏移法(AFD)是在光伏陣列發出的電能經逆變器后的電流中注入干擾，此時的電流頻率在PCC點處會有變化，高于或者低于以往的電流頻率[5]，如圖5所示。由于逆變器輸出電流存在死區時間tz(偏移時間)，導致電流基波分量超前電壓θAFD角度，電流提前到達零點，而電壓滯后電流。當太陽能發電系統并網正常運行時，圖1中PCC點處電壓頻率不會因負載的改變而變化，當孤島效應發生之后，圖1中PCC點處的電流頻率會因負載的變化而改變，并且引起了電壓頻率的改變，頻率變化到規定的上下限時被OFR/UFR檢測出來，發生了孤島故障。采用AFD檢測孤島效應時，擾動的方向是人為添加的，其方向與發電系統的輸出方向一樣，在大電網斷電時，由于RLC負載不同，太陽能發電系統輸出頻率的變化方向與擾動方向并不一致，在主動頻率擾動下，逆變器頻率誤差檢測變緩，延長了孤島故障的檢測時間，諧波畸變THD也會變大，對負載有較大的檢測盲區，為了解決此缺陷，提出了正反饋主動頻率偏移法AFDPF。

2.2正反饋主動頻率偏移法AFDPF為了解決AFD的檢測盲區，在公共耦合點處運用頻率正反饋，即AFDPF，能夠加快公共連接點處的頻率誤差累積，便于更快的檢測到孤島現象。上式能有選擇性地進行擾動，避免當負載為容性、感性、阻性時偏容性或感性的情況，由于添加的擾動方向與頻率改變方向相反而造成對頻率增量的削弱，影響對孤島的準確判斷，式中abs(fp-f)為取絕對值運算，當公共連接點頻率不小于電網額定頻率的時候取正；當公共連接點頻率小于電網額定頻率時取負，對電流施加負方向的擾動。cf(0)：斬波系數的初始值，fp：PCC處電壓頻率，f：電網電壓的頻率。AFDPF程序流程圖如圖6所示。其中Tc為三角波周期，T(n)、T(n-1)為電網電壓周期，三角波初值分別為s1、s0。在圖示中，若m的值達到3時電壓頻率都增加或者減少,則說明太陽能發電系統與電網已經分離開，電流頻率受電壓的變化改變，太陽能光伏發電系統正常工作時，公共連接點處的電壓頻率不會受電流頻率的改變而變化。若用正反饋法將擾動值增加q倍，此時，頻率發生突變后達到頻率保護的上下限時，將會檢測到孤島現象。

3仿真檢測結果

為了對反孤島方案AFDPF進行驗證，利用Matlab/Simulink對太陽能發電系統的反孤島檢測性能進行仿真，在反孤島的仿真中，負載用并聯RLC代替來模擬孤島效應。仿真模型如圖7所示，直流輸入電壓DC=550V，RLC并聯諧振頻率50HZ，RLC負載參數為：R=24.5Ω，濾波電感L=0.03mH，C=328.8uF，負載品質因數Q=2.5，斷路器Break用來斷開電網和負載，調整step的參數來給定孤島故障發生的時間，設置step發生孤島現象的時間為0.3秒，通過軟件仿真得到了斷開電網時的負載電流電壓波形，如圖8所示。通過圖8可以看出，輸出電壓與電流同頻率同相位，當斷路器Break斷開時，輸出電壓和電流由負載RLC決定，從圖8中可以看到，系統在0.3s時檢測到孤島現象的發生，并在0.34s時通過PWM控制模塊關閉逆變器，使負載輸出電壓電流均為0，在0.04s內檢測出了孤島現象，并斷開了逆變器，能夠在RLC負載并且偏容性的情況下有效地檢測出孤島，符合孤島檢測的標準。

4結束語

本文通過描述AFD法的不足，提出了AFDPF算法來加快孤島效應檢測，運用Matlab/Simulink進行了仿真，驗證了AFDPF算法具有檢測盲區小，檢測速度快的優點，克服了傳統的AFD在容性負載下的缺點，正反饋對很小的頻率變化就能及時地檢測出來，對太陽能發電系統的孤島效應具有很好的檢測效果。

作者：肖建東 于淼 黃孝鵬 沈友建 陳煊之 單位：山東科技大學 電氣與自動化工程學院