電網(wǎng)阻抗自適應(yīng)的混合式孤島檢測(cè)方法

摘" 要： 針對(duì)并網(wǎng)逆變器存在的孤島效應(yīng)，提出一種電網(wǎng)阻抗自適應(yīng)的混合式孤島檢測(cè)方法。首先，采用被動(dòng)法與主動(dòng)法結(jié)合的混合式孤島檢測(cè)方法，基于分布式發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行分析。其中被動(dòng)法采用電壓不平衡法，主動(dòng)法采用零序電壓正反饋法，主動(dòng)法僅在被動(dòng)法懷疑發(fā)生孤島時(shí)啟動(dòng)，以避免因主動(dòng)法導(dǎo)致的電能質(zhì)量下降。其次，采用電壓不平衡法，通過(guò)理論推導(dǎo)獲得被動(dòng)法設(shè)定閾值與電網(wǎng)阻抗的關(guān)聯(lián)式，通過(guò)諧波注入法檢測(cè)電網(wǎng)阻抗，從而有效解決被動(dòng)法閾值設(shè)定困難的問(wèn)題。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所提方法的有效性和抗干擾性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法對(duì)于不同電網(wǎng)情況以及不同本地負(fù)載均能有效檢測(cè)，對(duì)于電網(wǎng)電壓波動(dòng)的情況也具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

關(guān)鍵詞： 并網(wǎng)逆變器； 電網(wǎng)阻抗； 混合式孤島檢測(cè)法； 諧波注入法； 閾值設(shè)定； 被動(dòng)法； 主動(dòng)法

中圖分類號(hào)： TN464?34" " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A" " " " " " " " " " "文章編號(hào)： 1004?373X（2025）04?0151?08

Method of hybrid island detection with adaptive impedance in power grid

ZHANG Chengyu1， DAI Haiping2， HUANG Yaoyao1， CAI Hui1， LI Lingzhi1， ZOU Guoping1

（1. College of Information Engineering， China Jiliang University， Hangzhou 310018， China; 2. Zhejiang Gaoxin Technology Co.， Ltd.， Hangzhou 311200， China）

Abstract： In allusion to the islanding effect of grid connected inverters， a method of hybrid islanding detection with adaptive grid impedance is proposed. A hybrid islanding detection method combining passive and active methods is used for the analysis based on distributed generation systems. The voltage imbalance method is used in the passive method， while the zero sequence voltage positive feedback method is used in the active method. The active method only can be started when the passive method suspects islanding to avoid the power quality degradation caused by the active method. The voltage unbalance method is used to obtain the correlation formula between the threshold set by the passive method and the grid impedance by means of theoretical derivation， and the grid impedance is detected by means of the harmonic injection method， effectively solving the problem of difficulty in setting the threshold by means of the passive method. The effectiveness and anti?interference of the proposed method are verified by experiments. The experimental results show that the proposed method can effectively detect different network conditions and different local loads， and also has strong anti?interference ability to the voltage fluctuation of the network.

Keywords： grid?connected inverter; grid impedance; hybrid island detection method; harmonic injection method; threshold setting; passive method; active method

0" 引" 言

分布式發(fā)電系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)可再生能源有效利用的途徑之一。然而，各種并網(wǎng)逆變器和本地負(fù)載的接入導(dǎo)致電網(wǎng)電壓和電流具有復(fù)雜和不確定性，孤島效應(yīng)便是穩(wěn)定問(wèn)題的其中之一[1?2]。

此外，為解決并網(wǎng)逆變器對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)電網(wǎng)阻抗的不確定性以及常見(jiàn)被動(dòng)式孤島檢測(cè)方法閾值難以設(shè)定的問(wèn)題[3?5]，需要尋找能夠準(zhǔn)確設(shè)定被動(dòng)法閾值，并快速檢測(cè)出孤島及時(shí)斷開(kāi)分布式發(fā)電系統(tǒng)的方法。

目前常見(jiàn)逆變器端的本地孤島檢測(cè)方法可以分為兩類：被動(dòng)法[6?8]、主動(dòng)法[9?11]。被動(dòng)法主要分為特征電氣量閾值設(shè)定法（如電壓幅值和電壓頻率等）、電壓諧波檢測(cè)法和頻率變化率法等[6，12]。被動(dòng)法具有投資成本低、對(duì)電能質(zhì)量影響小、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。常見(jiàn)的主動(dòng)法[13?15]為主動(dòng)移頻法，但是該方法由于改變電流頻率導(dǎo)致公共點(diǎn)電流諧波含量增大，不適用于弱電網(wǎng)；無(wú)功功率擾動(dòng)法由于周期性注入無(wú)功功率擾動(dòng)，將會(huì)降低電能質(zhì)量，增加了對(duì)并網(wǎng)逆變器控制的難度。

針對(duì)目前并網(wǎng)逆變器設(shè)備因所處電網(wǎng)位置的不確定導(dǎo)致的檢測(cè)法閾值難以界定，以及在弱電網(wǎng)下存在因主動(dòng)法導(dǎo)致的電能質(zhì)量下降、電壓總諧波畸變率增加等問(wèn)題，本文提出一種根據(jù)電網(wǎng)阻抗對(duì)檢測(cè)法閾值自適應(yīng)的孤島檢測(cè)方法。該方法通過(guò)檢測(cè)當(dāng)前電網(wǎng)阻抗，進(jìn)而給定檢測(cè)法閾值，以提高在弱電網(wǎng)下的檢測(cè)效果。

1" 孤島模型建模

并網(wǎng)逆變器由直流源與逆變器構(gòu)成，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

本地負(fù)載選擇R、L、C并聯(lián)的形式，Zg表示電網(wǎng)等效阻抗，PCC點(diǎn)是分布式發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)連接點(diǎn)，Pinv為分布式發(fā)電系統(tǒng)輸出的有功功率，Qinv為分布式發(fā)電系統(tǒng)輸出的無(wú)功功率，Pload和Qload為負(fù)載所消耗的功率。由于分布式發(fā)電系統(tǒng)提供功率不同，電網(wǎng)側(cè)功率存在提供或吸收的情況，故將電網(wǎng)側(cè)的有功功率和無(wú)功功率表示為ΔP、ΔQ，公共耦合點(diǎn)的電壓則表示為UPCC。

當(dāng)未發(fā)生孤島時(shí)，此時(shí)逆變器并網(wǎng)運(yùn)行，可得出：

[Pload=Pinv+ΔP=U2R]" nbsp; " " "（1）

[Qload=Qinv+ΔQ=U21ωL-ωC]" "（2）

式中：U為并網(wǎng)時(shí)公共耦合點(diǎn)電壓幅值；ω為公共耦合點(diǎn)電壓角頻率。

若發(fā)生孤島，此時(shí)公共耦合點(diǎn)不再連接電網(wǎng)，在發(fā)生孤島前后的極短時(shí)間內(nèi)，逆變器輸出功率不發(fā)生變化。由此得出本地負(fù)載的有功功率和無(wú)功功率關(guān)系為：

[P'load=Pinv=U'2R]" " " " " （3）

[Q'load=Qinv=U'21ω'L-ω'C]" " "（4）

式中：U'和ω'分別為斷網(wǎng)后公共耦合點(diǎn)電壓幅值和電壓角頻率。

聯(lián)立式（1）和式（3）可得：

[ΔP=Pload-Pinv=U2R1-U'2U2]" " "（5）

由式（5）可以看出，斷網(wǎng)后公共耦合點(diǎn)電壓幅值U'與電網(wǎng)提供的有功功率ΔP相關(guān)。如果ΔPgt;0，則U'lt;U，反之如果ΔPlt;0，則U'gt;U。由此可得：ΔP的絕對(duì)值越大，孤島前后電壓變化越大，孤島后的公共耦合點(diǎn)電壓U'越容易超出常見(jiàn)電壓幅值類的孤島檢測(cè)方法限定范圍，從而檢測(cè)出孤島；如果ΔP接近0，則孤島前后公共耦合點(diǎn)電壓變化幅度較小，進(jìn)入孤島檢測(cè)盲區(qū)，因此孤島檢測(cè)失敗。

在逆變器正常工作時(shí)Qinv=0，故由式（2）、式（4）可得：

[ΔQ=Qload=U2ωL1-ω2ω20]" " " "（6）

[Q'load=Qinv=U2ω'L1-ω'2ω20]" " " （7）

式中ω0為本地負(fù)載的諧振角頻率。

由式（7）可知，斷網(wǎng)后無(wú)功功率僅由逆變器提供，PCC電壓角頻率將會(huì)偏移至本地負(fù)載的諧振角頻率，直至公共耦合點(diǎn)電壓角頻率與本地負(fù)載諧振角頻率相等。

從式（6）可以看出，公共耦合點(diǎn)電壓角頻率ω和電網(wǎng)側(cè)的無(wú)功功率ΔQ相關(guān)。如果ΔQgt;0，則ωlt;ω0，反之如果ΔQlt;0，則ωgt;ω0。由此可得，ΔQ的絕對(duì)值越大，孤島前后電壓角頻率變化越大，孤島后的公共耦合點(diǎn)電壓角頻率ω越容易超出常見(jiàn)電壓頻率類的孤島檢測(cè)方法限定范圍，從而檢測(cè)出孤島；但是如果ΔQ接近0，則孤島前后公共耦合點(diǎn)電壓角頻率變化幅度較小，進(jìn)入孤島檢測(cè)盲區(qū)，因此孤島檢測(cè)失敗。

根據(jù)上文可以得出：在并網(wǎng)逆變器發(fā)生孤島后，公共耦合點(diǎn)電壓幅值U'與ΔP相關(guān)，電網(wǎng)提供的有功功率絕對(duì)值越大，越容易通過(guò)常見(jiàn)的檢測(cè)電壓幅值的方法檢測(cè)出孤島，如果電網(wǎng)不提供有功功率，則容易進(jìn)入電壓幅值類的孤島檢測(cè)方法的檢測(cè)盲區(qū)；其次，PCC電壓角頻率ω'與ΔQ相關(guān)，電網(wǎng)提供的無(wú)功功率絕對(duì)值越大，常見(jiàn)的檢測(cè)電壓頻率的方法越容易檢測(cè)出孤島，如果電網(wǎng)不提供無(wú)功功率，則容易進(jìn)入電壓頻率類的孤島檢測(cè)方法的檢測(cè)盲區(qū)。如果滿足電網(wǎng)側(cè)不提供或吸收有功功率和無(wú)功功率，那么常見(jiàn)的檢測(cè)電壓幅值和電壓頻率的被動(dòng)孤島檢測(cè)方法將失效。

2" 電網(wǎng)阻抗自適應(yīng)的混合式孤島檢測(cè)法

2.1" 電網(wǎng)阻抗檢測(cè)

諧波注入法是一種用于阻抗檢測(cè)的技術(shù)，它被廣泛應(yīng)用于并網(wǎng)逆變器中。本文通過(guò)對(duì)dq軸的電流進(jìn)行控制，進(jìn)而控制并網(wǎng)逆變器的輸出功率。在dq軸上注入相應(yīng)信號(hào)，進(jìn)而在a、b、c三相坐標(biāo)系下產(chǎn)生特定的諧波信號(hào)。通過(guò)這種方式可以在電網(wǎng)中引入受控的擾動(dòng)，進(jìn)而分析系統(tǒng)的反應(yīng)，從而確定系統(tǒng)的阻抗特性。諧波信號(hào)是通過(guò)在dq坐標(biāo)系中注入特定的電流指令來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這些指令通常表示為[idr]和[iqr]，它們分別對(duì)應(yīng)于d軸和q軸上的擾動(dòng)電流分量：

[idr=Ihsin2π（fh-fo）t+φiqr=-Ihcos2π（fh-fo）t+φ]" " （8）

式中：Ih為注入擾動(dòng)的諧波幅值，約為d軸電流參考值的[110]；fh為注入擾動(dòng)的諧波頻率；fo為并網(wǎng)逆變器輸出電壓基波頻率；φ為注入擾動(dòng)的諧波相角。

通過(guò)將[idr]和[iqr]疊加至dq軸參考電流idref和iqref，再將疊加結(jié)果傳遞給PI控制器后生成對(duì)應(yīng)調(diào)制信號(hào)，由并網(wǎng)逆變器將其注入至公共耦合點(diǎn)，使其激勵(lì)出相應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)，并從中提取出頻率為fh的非特征次諧波，并以此計(jì)算電網(wǎng)阻抗。

提取PCC頻率已知的響應(yīng)信號(hào)，由以下公式實(shí)時(shí)計(jì)算可得到電網(wǎng)阻抗值：

[Zg=UPCC（h）IPCC（h）=UPCC（h）ejφuhIPCC（h）ejφih]" " " " " （9）

電網(wǎng)阻抗各分量為：

[Rg=ZgcosφZ(yǔ)gLg=ZgsinφZ(yǔ)gωh]" " " " " " （10）

式中：UPCC（h）為公共耦合點(diǎn)處電壓第h次諧波幅值；IPCC（h）為公共耦合點(diǎn)電流第h次諧波幅值；φuh為公共耦合點(diǎn)電壓第h次諧波相角；φih為公共耦合點(diǎn)電流第h次諧波相角；[φZ(yǔ)g]為電網(wǎng)阻抗相角；φh為注入諧波角頻率；h為注入諧波次數(shù)。本文采用83.3 Hz作為諧波擾動(dòng)信號(hào)頻率。因?yàn)槌Ｒ?jiàn)的電網(wǎng)背景諧波多為基波的整數(shù)倍次諧波，為便于區(qū)分背景諧波與注入諧波，故采用非基波整數(shù)倍的諧波。

2.2" 混合式孤島檢測(cè)法

文中混合式孤島檢測(cè)方法使用諧波注入法對(duì)當(dāng)前并網(wǎng)逆變器連接處電網(wǎng)阻抗進(jìn)行檢測(cè)。以電壓不平衡法作為所選混合法的被動(dòng)法部分，依據(jù)諧波注入法檢測(cè)到的電網(wǎng)阻抗設(shè)定對(duì)應(yīng)閾值。以零序電壓正反饋法作為所選混合法的主動(dòng)法部分，該方法通過(guò)零序電壓的正反饋對(duì)逆變器三相電壓進(jìn)行超前或滯后，可有效地縮短檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)。單向混合式孤島檢測(cè)法的具體檢測(cè)流程如圖2所示。

2.3" 電壓不平衡法

一般情況下，三相逆變系統(tǒng)將為多種不同的單相負(fù)荷供電，因此可能存在三相電壓不平衡的情況。具體來(lái)說(shuō)，電壓不平衡度VU可以定義為：

[VU=VNSVPS×100%]" " " （11）

式中：[VPS]為電壓正序分量；[VNS]為電壓負(fù)序分量。

因此電壓不平衡度變化量[ΔVU]可以定義為：

[ΔVU=VUt-VUt-1VUt-1×100%]" " " "（12）

式中：[VUt]為當(dāng)前時(shí)刻的電壓不平衡度；[VUt-1]為前一個(gè)周期的電壓不平衡度。

針對(duì)被動(dòng)法的閾值設(shè)定困難問(wèn)題，結(jié)合弱電網(wǎng)進(jìn)行分析。分布式發(fā)電系統(tǒng)等效電路圖如圖3所示。

圖3中逆變器輸出阻抗Zo與電流源并聯(lián)，電網(wǎng)端等效為理想電壓源與線路阻抗Zg，其中Zg=Rg+jXg，Zload為本地負(fù)載等效阻抗。將逆變器輸出電流iinv分解為如下公式：

[iinv=iPS+iNS]" " " （13）

式中：[iPS]為電流正序分量；[iNS]為電流負(fù)序分量。

此時(shí)可推出PCC點(diǎn)電壓負(fù)序分量為：

[VNS=ZgZloadZg+ZloadiNS]" " "（14）

由于發(fā)生孤島的瞬間可認(rèn)為電流不發(fā)生突變，此時(shí)孤島后的PCC點(diǎn)電壓負(fù)序分量為：

[V'NS=ZloadiNS]" " " "（15）

若發(fā)生孤島后功率適配較小，此時(shí)電壓正序分量偏差[Δ]VPS會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于VPS，因此可近似看作[V'PS]≈VPS，故此時(shí)[ΔVU]在發(fā)生孤島后可看作：

[ΔVU=V'NSV'PS-VNSVPSVNSVPS" " " " "≈V'NS-VNSVNS=Zg+ZloadZg-1]" （16）

同時(shí)，短路比（SCR）定義為：

[SCR=V2tZgPrated]" " " " "（17）

式中：Vt和Prated分別為額定線電壓和逆變器功率。

由于逆變器發(fā)電量與本地負(fù)載消耗密切匹配，額定功率與負(fù)載的關(guān)系為：

[Prated=V2tRload≈V2tZload]" " （18）

式中[Rload]為本地阻性負(fù)載。

結(jié)合式（17）與式（18）可得負(fù)載阻抗與電網(wǎng)之間的關(guān)系為：

[Zload=Zg?SCR]" " " " （19）

假設(shè)Rg=n·Xg，式（16）可改寫為：

[ΔVU=Rg+Rload2+X2gR2g+X2g-1" " " " =1+SCR2+2nn2+1?SCR-1]" "（20）

根據(jù)式（20）可推導(dǎo)出在弱電網(wǎng)下的電壓不平衡法閾值。故可根據(jù)不同短路比設(shè)定不同的閾值，解決了被動(dòng)法閾值設(shè)定困難的問(wèn)題。本文根據(jù)2.1節(jié)中提出的電網(wǎng)阻抗檢測(cè)方法設(shè)定有效的閾值。

2.4" 零序電壓正反饋控制

當(dāng)并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，公共耦合點(diǎn)電壓相位取決于電網(wǎng)所控制的電壓相位；而并網(wǎng)逆變器可通過(guò)修改控制調(diào)整輸出電壓相位，因此可以通過(guò)調(diào)整輸出電壓相位來(lái)改變并網(wǎng)逆變器輸出功率。并網(wǎng)逆變器的輸出側(cè)LC濾波器處電感和電容的電流分別為ILi和ICi（i=a，b，c）；Udc為并網(wǎng)逆變器直流母線側(cè)電壓。以c相為例，對(duì)并網(wǎng)逆變器輸出電壓相位變化造成的影響進(jìn)行分析。

1） 并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，逆變器輸出電壓uc的相位為φ，假設(shè)此時(shí)并網(wǎng)點(diǎn)處電網(wǎng)側(cè)電壓Uc的相位為0，且電壓和電流的相位相同，則逆變器保持單位功率因數(shù)運(yùn)行。圖4a）所示為并網(wǎng)逆變器正常并網(wǎng)時(shí)電壓和電流相位圖。

2） 在并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，若逆變器輸出側(cè)c相電壓的相位發(fā)生突變，變化角度為φ′，但逆變器仍處于并網(wǎng)狀態(tài)，電網(wǎng)將會(huì)對(duì)公共并網(wǎng)點(diǎn)電壓相位產(chǎn)生鉗制作用，相位仍保持原樣。但是逆變器電壓相位的恒定將會(huì)使電流并網(wǎng)點(diǎn)電流相位發(fā)生滯后，此時(shí)逆變器將以非單位功率因數(shù)運(yùn)行，故電網(wǎng)對(duì)相位的鉗制僅改變了逆變器運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)公共耦合點(diǎn)處電壓和電流相位如圖4b）所示。圖中：突變后的并網(wǎng)逆變器電感電流為[I′Lc]；突變后的并網(wǎng)逆變器電容電流為[I′Cc]。

3） 當(dāng)逆變器發(fā)生孤島效應(yīng)時(shí)，本地鄰近負(fù)載所消耗的功率不會(huì)發(fā)生變化。此時(shí)若逆變器輸出電壓相位發(fā)生變化，變化角度為[φ″]，則并網(wǎng)點(diǎn)電壓以及電流相位也會(huì)隨之發(fā)生突變。此時(shí)公共耦合點(diǎn)處電壓和電流相位如圖4c）所示。圖中：孤島后的并網(wǎng)逆變器電感電流為[I″Lc]；孤島后的并網(wǎng)逆變器電容電流為[I″Cc]。

通過(guò)對(duì)圖4的具體分析可知：逆變器輸出電壓的相位發(fā)生突變時(shí)，當(dāng)逆變器處于穩(wěn)定并網(wǎng)工作狀態(tài)，不會(huì)影響逆變器以單位功率因數(shù)運(yùn)行；當(dāng)并網(wǎng)逆變器發(fā)生孤島效應(yīng)后，由于公共耦合點(diǎn)處電壓相位不再受到電網(wǎng)影響，此時(shí)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓相位由本地負(fù)載和并網(wǎng)逆變器共同作用。對(duì)逆變器輸出的三相電壓相位進(jìn)行超前或滯后控制，可以引起三相電壓不平衡，零序電壓幅值增加。隨著零序電壓幅值的逐步增大，可以觸發(fā)保護(hù)機(jī)制，從而有效地防止孤島效應(yīng)的發(fā)生，確保系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

2.4.1" 零序電壓的計(jì)算和相位關(guān)系劃分

并網(wǎng)逆變器零序電壓U0的計(jì)算式為：

[U0=13（Ua+Ub+Uc）=AU0∠φ0]" "（21）

式中：Ua、Ub、Uc分別為并網(wǎng)逆變器公共耦合點(diǎn)的三相電壓；[AU0]和φ0分別為公共耦合點(diǎn)處零序電壓的幅值和相位。

依據(jù)公共耦合點(diǎn)三相電壓和零序電壓的相位對(duì)一個(gè)完整周期進(jìn)行劃分，以60°為一個(gè)區(qū)間，具體相位劃分圖如圖5所示。

2.4.2" 擾動(dòng)方向的控制

如圖5所示，如果逆變器零序電壓的相位位于區(qū)域①，為了對(duì)零序電壓進(jìn)行正向反饋的擾動(dòng)，應(yīng)保持逆變器輸出側(cè)a相電壓相位的穩(wěn)定，同時(shí)對(duì)b相和c相電壓的相位分別進(jìn)行調(diào)整，使b相電壓相位超前，c相電壓相位滯后。

這樣的相位調(diào)整會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生正反饋，進(jìn)而增大零序電壓的幅值。對(duì)于零序電壓相位位于其他區(qū)域（區(qū)域②～⑥）的情況，可以通過(guò)類似的方法實(shí)施控制策略。根據(jù)零序電壓相位所在的不同區(qū)域，可以選擇適當(dāng)?shù)南辔徽{(diào)整方式來(lái)產(chǎn)生所需的正反饋擾動(dòng)。

正反饋擾動(dòng)具體的控制策略可以參照表1。表中定義了逆變器各相電壓相位的調(diào)整方式，系數(shù)ka、kb、kc分別代表a相、b相和c相電壓相位的調(diào)整指令，其中0表示相位保持不變，“?”表示相位滯后突變，而“+”表示相位超前突變。通過(guò)這種細(xì)致的控制可以有效地控制零序電壓的幅值，以實(shí)現(xiàn)防孤島保護(hù)的目的。

2.4.3" 擾動(dòng)幅值的控制

在逆變器并網(wǎng)運(yùn)行的狀態(tài)下，由于電網(wǎng)的穩(wěn)定作用，逆變器并網(wǎng)點(diǎn)的三相電壓保持均衡，各相之間的相位差恒定為[2π3]。然而，在孤島效應(yīng)發(fā)生時(shí)，逆變器輸出的相位擾動(dòng)將打破這種均衡，導(dǎo)致三相電壓間的相位差發(fā)生變化。利用上述現(xiàn)象可以通過(guò)監(jiān)測(cè)三相電壓中最小的相位角來(lái)調(diào)節(jié)逆變器輸出側(cè)的零序電壓幅值。通過(guò)引入一個(gè)適當(dāng)?shù)臄_動(dòng)量Δθi，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)零序電壓幅值的正反饋擾動(dòng)。這種擾動(dòng)策略有效地利用了孤島效應(yīng)下逆變器輸出相位控制的靈活性，能夠增強(qiáng)零序電壓幅值的變化，從而觸發(fā)防孤島保護(hù)機(jī)制。

Δθi的幅值為：

[Δθi=αkimin（φa，φb，φc）]" " （22）

式中：a、b、c三相電壓相位的擾動(dòng)方向系數(shù)分別為ka、kb和kc；α為反饋增益量；a、b、c三相電壓的相位量分別為φa、φb、φc；min（·）表示取最小值。

3" 半實(shí)物平臺(tái)驗(yàn)證

本節(jié)分別對(duì)幾種典型工況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證所提出方法的性能。使用“Opal?RT”半實(shí)物平臺(tái)作為驗(yàn)證工具，搭建如圖1所示的分布式發(fā)電系統(tǒng)模型。分布式發(fā)電系統(tǒng)具體參數(shù)如表2所示。

采用GB/T 29319—2012標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所提出的混合法進(jìn)行有效性評(píng)估。對(duì)提出的混合式孤島檢測(cè)方法進(jìn)行性能驗(yàn)證，選擇本地負(fù)載諧振頻率為50 Hz，本地負(fù)載的品質(zhì)因數(shù)為1。其中：通道1波形為公共點(diǎn)電壓；通道2波形為公共點(diǎn)電流；通道3波形為孤島發(fā)生信號(hào)；通道4波形為零序電壓。本文采用半實(shí)物仿真平臺(tái)，對(duì)孤島發(fā)生信號(hào)與零序電壓波形進(jìn)行了放大，通道1與通道2中波形與實(shí)際設(shè)定值相符。如圖6所示，本地負(fù)載為100%負(fù)載，短路比為1.2，檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)約為62 ms，檢測(cè)完成并停止逆變器。如圖7所示，本地負(fù)載為100%負(fù)載，短路比為5，檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)約為40 ms，檢測(cè)完成并停止逆變器。如圖8所示，本地負(fù)載為33%負(fù)載，短路比為1.2，檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)約為36 ms，檢測(cè)完成并停止逆變器。

如圖9所示，本地負(fù)載為33%負(fù)載，短路比為5，檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)約為29 ms，檢測(cè)完成并停止逆變器。

圖6～圖9的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，所提算法適用于強(qiáng)弱電網(wǎng)，且均有較好的檢測(cè)效果。同時(shí)可以看出：當(dāng)本地負(fù)載功率適配程度較小時(shí)，檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)；電網(wǎng)強(qiáng)度越小時(shí)，檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)。

同時(shí)針對(duì)孤島檢測(cè)算法是否因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓波動(dòng)發(fā)生誤觸發(fā)進(jìn)行了半實(shí)物平臺(tái)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通道2波形為電網(wǎng)電壓，通道1、3、4波形為公共點(diǎn)電壓。

首先對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行低壓擾動(dòng)，電網(wǎng)電壓由1.0 p.u.降低至0.8 p.u.。電網(wǎng)電壓跌落擾動(dòng)與恢復(fù)驗(yàn)證圖如圖10所示。在電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落和恢復(fù)過(guò)程中，并網(wǎng)逆變器輸出電壓保持穩(wěn)定，并未因電網(wǎng)電壓波動(dòng)而出現(xiàn)孤島檢測(cè)誤觸發(fā)現(xiàn)象。其次對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行高壓擾動(dòng)，電網(wǎng)電壓由1.0 p.u.上升至1.2 p.u.。電網(wǎng)電壓升高擾動(dòng)與恢復(fù)驗(yàn)證圖如圖11所示。

由圖可知，電網(wǎng)電壓發(fā)生上升和恢復(fù)過(guò)程中，并網(wǎng)逆變器輸出電壓保持穩(wěn)定，并未因電網(wǎng)電壓波動(dòng)而出現(xiàn)孤島檢測(cè)誤觸發(fā)現(xiàn)象。

通過(guò)圖10和圖11的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以有效證明，設(shè)計(jì)的混合式孤島檢測(cè)方法具有良好的抗干擾性，在電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)誤觸發(fā)現(xiàn)象。

4" 結(jié)" 論

本文提出一種基于逆變器的分布式發(fā)電系統(tǒng)，并能在弱電網(wǎng)下正常工作的混合式孤島檢測(cè)方法。該方法將電壓不平衡法與零序電壓正反饋法相結(jié)合，其中主動(dòng)法僅在電壓不平衡法判定可能存在孤島時(shí)激活。通過(guò)諧波注入法獲取當(dāng)前逆變器所處并網(wǎng)點(diǎn)電網(wǎng)阻抗，進(jìn)而設(shè)定被動(dòng)法檢測(cè)閾值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法對(duì)于不同電網(wǎng)情況以及不同本地負(fù)載均能夠有效檢測(cè)，證明了通過(guò)有效地設(shè)定被動(dòng)法閾值可有效減小孤島檢測(cè)盲區(qū)。同時(shí)對(duì)于電網(wǎng)電壓波動(dòng)是否會(huì)引起孤島檢測(cè)誤觸發(fā)現(xiàn)象也進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明，本文的孤島檢測(cè)算法對(duì)于電網(wǎng)電壓波動(dòng)的情況具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

注：本文通訊作者為蔡慧。

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作者簡(jiǎn)介：張成玉（1997—），男，安徽阜陽(yáng)人，碩士研究生，研究方向?yàn)椴⒕W(wǎng)逆變器孤島檢測(cè)。

戴海平（1982—），男，浙江杭州人，博士研究生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)樾履茉窗l(fā)電及其控制。

黃瑤瑤（2000—），女，浙江溫州人，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏﹄娮蛹夹g(shù)與電力傳動(dòng)。

蔡" 慧（1980—），男，浙江臺(tái)州人，博士研究生，教授，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏﹄娮蛹夹g(shù)與電力傳動(dòng)、空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)控制、電力大數(shù)據(jù)分析、新能源發(fā)電及其控制。

李靈至（1993—），女，山東棗莊人，博士研究生，講師，研究方向?yàn)殡娏υO(shè)備故障診斷、空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)控制。

鄒國(guó)平（1982—），男，浙江杭州人，博士研究生，副教授，研究方向?yàn)槎辔锢眈詈蠄?chǎng)、電氣檢測(cè)技術(shù)。