光伏發電、風力發電等分布式發電系統與電網間可以實現功率互補，具有環保性、經濟性和靈活性等特點，因此越來越多地應用于電力系統。多個實驗室的研究表明，孤島效應是分布式發電并網中存在的重要問題之一，對于孤島檢測技術的研究具有重要的現實意義。所謂孤島效應是指當電力公司因供電故障或其他因素而停止供電后，并網發電系統和周圍的負載形成自給供電孤島。這種自給的孤島現象可能會損害用電設備，危害電網維護人員的人身安全。因此在分布式發電系統中，及時、準確地檢測到孤島發生對于避免重大安全事故發生具有重要意義[1]。

1 復合式孤島檢測方法
    孤島檢測算法可以分為電網端和逆變器端兩種，通過逆變器并網運行是分布式發電系統最常見的方式。圖1給出的分布式發電系統并網運行結構圖，節點a為并網逆變器和電網的公共連接點。逆變器側孤島檢測算法一般可分為兩類：主動式檢測方法和被動式檢測方法。主動式孤島檢測方法通過對某一參數添加擾動，改變并網逆變器的某些輸出量，孤島發生時這種擾動就會引起輸出量的改變，從而能夠在電網斷電時檢測到孤島效應的發生。主動式檢測方法控制算法較復雜，輸出諧波較大。其中主動頻率偏移法AFD(Active Frequency Drift)只需對逆變器輸出電流參考波形加入畸變，應用較多。被動式檢測方法僅僅監控電網斷電時逆變器輸出端電壓、頻率、相位或諧波變化進行孤島檢測，該方法容易實現，但檢測盲區較大，應用于負載頻率變化不大且與逆變器的功率輸出不匹配的場合[2-5]。其中過/欠壓和過/欠頻保護基于孤島檢測基本原理，是所有主、被動孤島檢測方法的基礎。
    為了減小孤島檢測對電網電能質量的影響，本文在研究主、被動孤島檢測方法的優缺點的基礎上，提出了一種新的復合式孤島檢測方法。新孤島檢測算法一方面實時檢測公共點電壓頻率、相位的變化，利用過/欠壓和過/欠頻方法進行孤島檢測；另一方面通過改變擾動電流波形對已有AFD方法存在的缺點進行改進，在過/欠壓和過/欠頻方法失效時采用改進后的AFD方法來檢測孤島。將過/欠壓和過/欠頻被動式孤島檢測方法和改進主動式AFD方法相結合，形成了本文提出的復合式孤島檢測方法。經驗證，該方法避免了主動式孤島檢測方法對電網電能質量存在影響，以及被動式方法檢測盲區較大的缺點，大大提高了孤島檢測的效果。


    在傳統的AFD孤島檢測算法中，欲使Q/P的值達到5.017%，THD的值將會達到5%，電流波形失真率增大了近30%。而THD的最大值為5%，可以求出此時K的值為0.108，利用式(14)求出Q/P的值為7.4%。在傳統AFD孤島檢測算法中，若Cf=0.046得到Q/P的值為4.8%。兩種檢測算法的THD和Q/P的對比曲線如圖2所示。
    圖中“○”和“+”分別表示本文提出的改進AFD方法以及傳統AFD方法的THD和Q/P的對比值。可以看出，改進的AFD法在任意Q/P值下所引起的輸出電壓總諧波失真值都比較小。改進后的AFD算法中Q值增大了近50%，在不影響孤島檢測效果的基礎上提高了電網的輸出電能質量。
1.2 復合式孤島檢測法
    在改進AFD方法中，電流的擾動周期取值一般不宜過小，并且只有在擾動周期到來時才能夠檢測出孤島，致使孤島檢測速度較慢。因此本文嘗試將改進AFD方法與被動式孤島檢測方法結合，即復合式孤島檢測算法。復合式孤島檢測方法可以分以下兩種情況。(1)一般情況下，即逆變器輸出功率與負載功率不平衡和負載呈非阻性的情況下利用過/欠壓和過/欠頻法，通過控制電路實時檢測公共點電壓的頻率和相位是否超過閾值來判定孤島狀態，進行孤島保護。(2)針對逆變器輸出功率與負載功率平衡以及負載呈阻性的情況，此時過/欠壓和過/欠頻等被動式孤島檢測算法失效。采用本文提出的改進的AFD方法來檢測孤島，即通過對逆變器輸出電流施加擾動電流而改變電流的頻率和相位，使輸出電流頻率比公共連接點處電壓頻率略高或者略低。
    我國發布的孤島檢測標準要求至少采用主動與被動孤島檢測方法各一種進行孤島保護，且電網失壓時防孤島效應保護必須在2 s內動作。表1為IEEE Std.2000—929規定的孤島運行后并網逆變器與電網斷開的最大時間限制，其中Vnom為額定電壓，仿真中取交流值220 V；fnom為正常工作的電網電壓頻率范圍，仿真中取60 Hz。孤島發生時，隨著擾動量的累積使系統輸出電壓頻率等超出保護閾值，從而達到孤島保護的目的[6]。

2 仿真分析
    為了驗證本文所提出的復合式孤島檢測算法的可行性，在Matlab/Simulink中使用Power System Blockset建立系統主電路進行了光伏并網發電系統的孤島檢測的建模仿真實驗。
    仿真參數為：選取參考正弦波頻率為50 Hz，分布式電源采用光伏系統，可以用直流電源表示，大小為25 kV，電網電壓設置為220 V/50 Hz，設置普遍采用的電阻R、電感L和電容C作為光伏并網系統的負載，仿真時間為1 s，t=0.4 s時電網斷開發生孤島效應，此時的電網電壓輸出波形如圖3所示。每隔0.2 s對參考電流施加擾動信號，擾動周期持續兩個電網周期，逆變器輸出功率與負載功率平衡以及負載呈阻性的情況下，被動式孤島檢測方法很難檢測到孤島效應的發生，采用復合型孤島檢測方法進行孤島檢測所獲得的仿真波形如圖4所示。

    由圖4可以看出，采用復合型孤島檢測方法，在t=0.6 s時，孤島被檢測出來，遠遠小于2 s。另一方面，從上文所述關于輸出電壓總諧波失真值的分析可以得到，新的孤島檢測方法對電網電能質量的影響是比較小的。
    本文提出了一種被動式孤島檢測方法與改進的主動頻率偏移法結合的復合式孤島檢測方法，該方法兼顧了兩者優點，克服了采用單一的被動式孤島檢測方法在近乎阻性負載下失效和單一主動式孤島檢測方法影響輸出電能質量的問題。為了驗證該方法的有效性，采用Matlab/Simulink仿真軟件進行了進行仿真分析。仿真結果證明了該方法的正確性、快速性和有效性，檢測時間遠遠小于2 s，符合我國對于孤島檢測時間的規定。不影響電網的頻率,不向電網注入諧波，不存在檢測盲區，具有快速有效的孤島檢測功能。
參考文獻
[1] 郭小強，趙清林，鄔偉揚.光伏并網發電系統孤島檢測技術[J].電工技術學報，2007，22(4)：157-162.
[2] 程明，張建忠，趙俊杰.分布式發電系統逆變器側孤島檢測方法及非檢測區描述[J].電力科學與技術學報，2008，23(4)：44-52.
[3] DOUMBIA M L，AGBOSSOU K.Islanding protection evaluation of inverter-based grid connected hybrid renewable energy systems[C].Canadian Conference on Elec-trical and Computer Engineering，Canadian，2004(2)：1081-1084.
[4] KIKIM S，JEON H，AHN J B，et al.Frequency-shift acceleration control for anti-islanding of a distributedgeneration inverter[J]．IEEE Transactions on Industrial Electronics，2010，57(2)：494-504.
[5] IEEE STD 929-2000.IEEE recommended practice for utility interface of photovoltaic(PV)system[S].2000.
[6] 程啟明，王映斐，程尹曼，等.分布式發電并網系統中孤島檢測方法的綜述研究[J].電力系統保護與控制，2011，39(6)：147-154.