摘 要： 孤岛检测技术是微电网在特定情况下由并网运行模式向孤岛运行模式转换的必不可少的前提条件。总结了目前孤岛检测的各种方法，详细分析了各种常用的主动检测法和被动检测法在电能质量和检测盲区等方面的优缺点。
关键词： 孤岛检测;主动检测;被动检测
中图分类号： TP274+.5 文献标识码：A 文章编号
Comparison and Analysis of the Micro-grid Islanding Detection Methods
AN Xiao-jing, CUI Yu
(Zhecheng Power Supply Co., Ltd. of Henan Province, Shangqiu 476200, Henan, China)
Abstract: Islanding detection technology is an essential prerequisite for micro-grid to transform from grid connected operation mode to islanding operation mode under certain circumstances. Summarizes the current various kinds of islanding detection methods, analyzes the advantages and disadvantages of various commonly used active and passive detection methods in the aspects of the quality of electric energy and non detection zone, etc. in detail.
Keywords: islanding detection; active detection; passive detection
0 引言
在大电网中接入微电网后，两者可以互相支持，提高电网的可靠性。对大电网来说，若微电网规模达到一定的程度，可以提高大电网运行的经济性。当大电网的稳定运行受到扰动的威胁时，微电网中分布式电源可以为重要负荷提供电能和电压、频率支撑，从而提高供电可靠性。如果电网的电能质量不能满足用户要求或者电网发生故障，微电网由并网运行模式转入孤岛运行模式，保证了区域供电的可靠性和灵活性[1,2]。然而，在两种运行模式下，微电网中的分布式电源需要采用不同的控制策略。因此，必须要保证微电网由并网运行模式向孤岛运行模式的平稳过渡。
本文以孤岛检测技术为重点，分析总结了常用的主动检测法和被动检测法在电能质量和检测盲区等方面的优缺点。
1 孤岛检测的基本方法
孤岛检测技术起源于分布式电源的应用，目前孤岛检测方法主要有三类：主动检测法、被动检测法和开关状态监测法[3-5]。开关状态监测法是一种基于高速实时通信技术的方法，虽然其运行效果良好，但是由于需要大量安装通信设备，导致造价较高，操作复杂，因此通常情况下不考虑这种方法。下面主要介绍依靠本地检测的主动检测法和被动检测法。
1.1 主动检测法
主动检测法是指通过逆变器人为的向系统中加入1个有源扰动信号。并网运行时，由于受到大电网的制约，扰动信号作用非常小，不会对测量产生影响;当孤岛产生时，逆变器输出的扰动会迅速累积，超出允许范围时触发孤岛检测装置。该方法优点在于可以减小检测盲区，但引入的有源扰动会对微电网孤岛运行产生负面影响。
1.1.1 阻抗测量检测法
阻抗测量检测方法是指控制逆变器给其输出电流施加一个周期性扰动，使其输出功率发生变化，进而导致其输出电压的变化。当微电网并网运行时，由于大电网的作用，输出电压变化不明显。当孤岛产生时，由于微电网中负荷的存在，输出电压会随电流产生一个周期性波动。通过对电压变化的过/欠压保护，完成孤岛检测。该方法适用于局部负载阻抗大于电网阻抗的单台并网逆变器，检测盲区非常小。当微电网中存在多个分布式电源时，除非其输出波动同步，否则相互干扰会导致电压的变化很小，不足以被检测到。
1.1.2 Sandia电压偏移法
此方法对分布式电源逆变器输出电压引入正反馈。当微电网并网运行时，逆变器输出电压受大电网制约，不会发生变化。当孤岛产生时，由于正反馈作用，逆变器输出电压的微小变化都会一直循环地被放大，直到超出检测阀值，孤岛被检测出来。这种方法可以减小对微电网正常运行时电能质量的影响，并且在多分布式电源的情况下也不会降低检测效率。但是对于弱电网来说，采用Sandia电压偏移法的逆变器不可使用过多，以免造成电网电压不稳定，降低电能质量。
1.1.3 主动移频法
分布式电源并网逆变器输出一个略微失真的电流，形成一个连续改变频率的趋势。当微电网并网运行时，由于大电网的作用，网络中电压的频率基本不变。当孤岛产生时，逆变器输出的电压频率由于失真电流的影响会向上或者向下偏移，增加了系统因寻求负荷谐振频率而产生的频率偏移。主动移频法优点在于易用于基于微处理器的并网逆变器。但是这种方法会对电能质量造成影响，且当主动移频造成的相位差与负荷的阻抗角在工频附近相等时，该方法将会失效。在多分布式电源输入的情况下，必须要保证使逆变器输出频率偏移方向一致，否则会相互抵消，导致检测失败。
1.1.4 转差频率漂移检测法
转差频率漂移是指控制并网逆变器输出电流与电压之间的相位差为频率的函数，当孤岛产生后促使该频率偏离额定值。该方法检测盲区相对较小，在安装有多个分布式电源的微电网系统中，不会产生稀释效应，并且保证了检测的可靠性。由于该方法需要对逆变器输出电流的相位进行不停地修正，因此对电能质量有一定的影响。如果并网逆变器发电量较高，反馈环增益较大，使用该方法可能造成整体供电质量下降和暂态响应。
1.1.5 Sandia频率偏移法
Sandia频率偏移法是对逆变器输出电压的频率引入正反馈，正反馈的加速作用可以实现孤岛状态下逆变器输出频率的快速偏移。此方法检测盲区很小，但是使用Sandia频率偏移法的逆变器与弱电网相连时，会响应系统的暂态响应;对于多分布式电源的微电网而言，必须同步各逆变器的扰动，否则会降低检测的有效性。
1.2 被动检测法
在孤岛产生的前后，网络中的电气量如电压、频率、相位一般会发生变化，通过检测这些变化，可以判断有无孤岛产生。当微电网中分布式电源的输出功率与孤岛状态下负荷的需求相差较大时，孤岛产生后，上述电气量会产生很明显的变动，此时可以使用被动检测法。被动检测法不会对系统产生影响，但是其检测盲区较大。常用的被动检测法有以下几种。
1.2.1 过/欠电压和高/低频率检测法(OVP/UVP，OFP/UFP)
微电网并网运行时，网内负荷所需的电能由分布式电源和大电网共同提供。通常情况下，微电网内分布式电源和负荷的功率无法达到完全平衡，因而需要大电网提供一部分负荷功率。当孤岛产生后，大电网无法继续向微电网中负荷提供功率，因此微电网中会产生功率缺额现象，有功功率缺额产生频率变化，无功功率缺额产生电压变化。当变化达到孤岛检测设定的阀值时，就认为是孤岛。这种方法具有良好的经济性，易于实现，然而，当微电网中的本地负荷与各分布式电源输出的功率接近匹配时，电压和频率的偏移会非常小甚至为零，检测盲区较大，过/欠电压和高/低频率检测法会失效。
1.2.2 电压谐波检测法
电压谐波检测法是指监控逆变器端电压总的谐波畸变(THD)，当THD超出设定的阀值时，就可以实现孤岛检测。逆变器的输出电流中含有一定的谐波，微电网并网运行时，网络中电压受到大电网的制约，谐波含量相对比较少，为低失真的正弦波。而当孤岛发生时，逆变器向负荷中注入谐波电流，并且非线性负荷也会加重电压的谐波畸变。因此，通过检测逆变器输出电压的谐波畸变就可以判断是否有孤岛发生。电压谐波检测法的优点是孤岛检测范围较广，对多逆变器的情况检测效果基本不变。其缺点在于容易引起逆变器误动作。在实际运行中，大电网电压的失真不为零，还有类似于整流器这样的负荷会产生谐波电流，这些都会增大THD 值，而检测系统可能会误认为THD的增加是由于孤岛的产生。当逆变器质量较高时，电压谐波畸变较低，该方法会失效。
1.2.3 电压相位突变检测法
电压相位突变检测法是指监测逆变器输出端电压和电流之间的相位角是否发生突然变化，如果突然变化并且超出设定的阀值，则孤岛被检测到。电压突变相位检测法易于实现，只需要检测逆变器输出电流和端电压之间的相位差，若超过阀值就可以判定孤岛，不会影响到电能质量和系统的暂态响应。而且对于含多个分布式电源的微电网，孤岛检测效果也不会减弱。其缺点是对于纯阻性负荷，相位差不会发生变化，不能检测。此外，相位差检测的阀值难以确定，某些负荷(尤其是电动机)启动时，会造成大幅度瞬间相位突变，导致逆变电源误动作。
2 结语
孤岛检测技术是微电网在特定情况下由并网运行模式向孤岛运行模式转换的必不可少的前提条件。本文总结了目前孤岛检测的各种方法，详细分析了各种常用的主动检测法和被动检测法在电能质量和检测盲区等方面的优缺点。
参考文献：
[1] 施 婕,艾 芊.智能电网实现的若干关键技术问题研究[J].电力系统保护与控制,2009,37(19):1-4.
[2] 鲁鸿毅,应鑫龙,何奔腾.微型电网联网和孤岛运行控制方式初探[J].电力系统保护与控制,2009,37(11):28-31.
[3] 鹿 婷,段善旭,康 勇.逆变器并网的孤岛检测方法[J].通信电源技术,2006,23(3):38-41.
[4] 袁 玲,郑建勇,张先飞.光伏发电并网系统孤岛检测方法的分析与改进[J].电力系统及其自动化,2007,31(21):72-75.
[5] 原慧军,王效华,徐 进.光伏并网系统孤岛检测与防止[J].可再生能源,2007,25(2):82-84.
原标题：微电网孤岛检测方法的比较与分析
