孤島檢測(cè)技術(shù)是微電網(wǎng)在特定情況下由并網(wǎng)運(yùn)行模式向孤島運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換的必不可少的前提條件?？偨Y(jié)了目前孤島檢測(cè)的各種方法，詳細(xì)分析了各種常用的主動(dòng)檢測(cè)法和被動(dòng)檢測(cè)法在電能質(zhì)量和檢測(cè)盲區(qū)等方面的優(yōu)缺點(diǎn)。
一、孤島檢測(cè)的基本方法
孤島檢測(cè)技術(shù)起源于分布式電源的應(yīng)用，目前孤島檢測(cè)方法主要有三類：主動(dòng)檢測(cè)法、被動(dòng)檢測(cè)法和開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)法。開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)法是一種基于高速實(shí)時(shí)通信技術(shù)的方法，雖然其運(yùn)行效果良好，但是由于需要大量安裝通信設(shè)備，導(dǎo)致造價(jià)較高，操作復(fù)雜，因此通常情況下不考慮這種方法。下面主要介紹依靠本地檢測(cè)的主動(dòng)檢測(cè)法和被動(dòng)檢測(cè)法。
1、 主動(dòng)檢測(cè)法
主動(dòng)檢測(cè)法是指通過逆變器人為的向系統(tǒng)中加入1個(gè)有源擾動(dòng)信號(hào)。并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，由于受到大電網(wǎng)的制約，擾動(dòng)信號(hào)作用非常小，不會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響;當(dāng)孤島產(chǎn)生時(shí)，逆變器輸出的擾動(dòng)會(huì)迅速累積，超出允許范圍時(shí)觸發(fā)孤島檢測(cè)裝置。該方法優(yōu)點(diǎn)在于可以減小檢測(cè)盲區(qū)，但引入的有源擾動(dòng)會(huì)對(duì)微電網(wǎng)孤島運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面影響。
1.1 阻抗測(cè)量檢測(cè)法
阻抗測(cè)量檢測(cè)方法是指控制逆變器給其輸出電流施加一個(gè)周期性擾動(dòng)，使其輸出功率發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致其輸出電壓的變化。當(dāng)微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，由于大電網(wǎng)的作用，輸出電壓變化不明顯。當(dāng)孤島產(chǎn)生時(shí)，由于微電網(wǎng)中負(fù)荷的存在，輸出電壓會(huì)隨電流產(chǎn)生一個(gè)周期性波動(dòng)。通過對(duì)電壓變化的過/欠壓保護(hù)，完成孤島檢測(cè)。該方法適用于局部負(fù)載阻抗大于電網(wǎng)阻抗的單臺(tái)并網(wǎng)逆變器，檢測(cè)盲區(qū)非常小。當(dāng)微電網(wǎng)中存在多個(gè)分布式電源時(shí)，除非其輸出波動(dòng)同步，否則相互干擾會(huì)導(dǎo)致電壓的變化很小，不足以被檢測(cè)到。
1.2 主動(dòng)移頻法
分布式電源并網(wǎng)逆變器輸出一個(gè)略微失真的電流，形成一個(gè)連續(xù)改變頻率的趨勢(shì)。當(dāng)微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，由于大電網(wǎng)的作用，網(wǎng)絡(luò)中電壓的頻率基本不變。當(dāng)孤島產(chǎn)生時(shí)，逆變器輸出的電壓頻率由于失真電流的影響會(huì)向上或者向下偏移，增加了系統(tǒng)因?qū)で筘?fù)荷諧振頻率而產(chǎn)生的頻率偏移。主動(dòng)移頻法優(yōu)點(diǎn)在于易用于基于微處理器的并網(wǎng)逆變器。但是這種方法會(huì)對(duì)電能質(zhì)量造成影響，且當(dāng)主動(dòng)移頻造成的相位差與負(fù)荷的阻抗角在工頻附近相等時(shí)，該方法將會(huì)失效。在多分布式電源輸入的情況下，必須要保證使逆變器輸出頻率偏移方向一致，否則會(huì)相互抵消，導(dǎo)致檢測(cè)失敗。
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1.3 轉(zhuǎn)差頻率漂移檢測(cè)法
轉(zhuǎn)差頻率漂移是指控制并網(wǎng)逆變器輸出電流與電壓之間的相位差為頻率的函數(shù)，當(dāng)孤島產(chǎn)生后促使該頻率偏離額定值。該方法檢測(cè)盲區(qū)相對(duì)較小，在安裝有多個(gè)分布式電源的微電網(wǎng)系統(tǒng)中，不會(huì)產(chǎn)生稀釋效應(yīng)，并且保證了檢測(cè)的可靠性。由于該方法需要對(duì)逆變器輸出電流的相位進(jìn)行不停地修正，因此對(duì)電能質(zhì)量有一定的影響。如果并網(wǎng)逆變器發(fā)電量較高，反饋環(huán)增益較大，使用該方法可能造成整體供電質(zhì)量下降和暫態(tài)響應(yīng)。
1.4 Sandia電壓偏移法
此方法對(duì)分布式電源逆變器輸出電壓引入正反饋。當(dāng)微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，逆變器輸出電壓受大電網(wǎng)制約，不會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)孤島產(chǎn)生時(shí)，由于正反饋?zhàn)饔?，逆變器輸出電壓的微小變化都?huì)一直循環(huán)地被放大，直到超出檢測(cè)閥值，孤島被檢測(cè)出來。這種方法可以減小對(duì)微電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)電能質(zhì)量的影響，并且在多分布式電源的情況下也不會(huì)降低檢測(cè)效率。但是對(duì)于弱電網(wǎng)來說，采用Sandia電壓偏移法的逆變器不可使用過多，以免造成電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定，降低電能質(zhì)量。
1.5 Sandia頻率偏移法
Sandia頻率偏移法是對(duì)逆變器輸出電壓的頻率引入正反饋，正反饋的加速作用可以實(shí)現(xiàn)孤島狀態(tài)下逆變器輸出頻率的快速偏移。此方法檢測(cè)盲區(qū)很小，但是使用Sandia頻率偏移法的逆變器與弱電網(wǎng)相連時(shí)，會(huì)響應(yīng)系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng);對(duì)于多分布式電源的微電網(wǎng)而言，必須同步各逆變器的擾動(dòng)，否則會(huì)降低檢測(cè)的有效性。
2、被動(dòng)檢測(cè)法
在孤島產(chǎn)生的前后，網(wǎng)絡(luò)中的電氣量如電壓、頻率、相位一般會(huì)發(fā)生變化，通過檢測(cè)這些變化，可以判斷有無孤島產(chǎn)生。當(dāng)微電網(wǎng)中分布式電源的輸出功率與孤島狀態(tài)下負(fù)荷的需求相差較大時(shí)，孤島產(chǎn)生后，上述電氣量會(huì)產(chǎn)生很明顯的變動(dòng)，此時(shí)可以使用被動(dòng)檢測(cè)法。被動(dòng)檢測(cè)法不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，但是其檢測(cè)盲區(qū)較大。常用的被動(dòng)檢測(cè)法有以下3種。
2.1 過/欠電壓和高/低頻率檢測(cè)法(OVP/UVP，OFP/UFP)
微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷所需的電能由分布式電源和大電網(wǎng)共同提供。通常情況下，微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源和負(fù)荷的功率無法達(dá)到完全平衡，因而需要大電網(wǎng)提供一部分負(fù)荷功率。當(dāng)孤島產(chǎn)生后，大電網(wǎng)無法繼續(xù)向微電網(wǎng)中負(fù)荷提供功率，因此微電網(wǎng)中會(huì)產(chǎn)生功率缺額現(xiàn)象，有功功率缺額產(chǎn)生頻率變化，無功功率缺額產(chǎn)生電壓變化。當(dāng)變化達(dá)到孤島檢測(cè)設(shè)定的閥值時(shí)，就認(rèn)為是孤島。這種方法具有良好的經(jīng)濟(jì)性，易于實(shí)現(xiàn)，然而，當(dāng)微電網(wǎng)中的本地負(fù)荷與各分布式電源輸出的功率接近匹配時(shí)，電壓和頻率的偏移會(huì)非常小甚至為零，檢測(cè)盲區(qū)較大，過/欠電壓和高/低頻率檢測(cè)法會(huì)失效。
2.2 電壓相位突變檢測(cè)法
電壓相位突變檢測(cè)法是指監(jiān)測(cè)逆變器輸出端電壓和電流之間的相位角是否發(fā)生突然變化，如果突然變化并且超出設(shè)定的閥值，則孤島被檢測(cè)到。電壓突變相位檢測(cè)法易于實(shí)現(xiàn)，只需要檢測(cè)逆變器輸出電流和端電壓之間的相位差，若超過閥值就可以判定孤島，不會(huì)影響到電能質(zhì)量和系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)。而且對(duì)于含多個(gè)分布式電源的微電網(wǎng)，孤島檢測(cè)效果也不會(huì)減弱。其缺點(diǎn)是對(duì)于純阻性負(fù)荷，相位差不會(huì)發(fā)生變化，不能檢測(cè)。此外，相位差檢測(cè)的閥值難以確定，某些負(fù)荷(尤其是電動(dòng)機(jī))啟動(dòng)時(shí)，會(huì)造成大幅度瞬間相位突變，導(dǎo)致逆變電源誤動(dòng)作。
2.3 電壓諧波檢測(cè)法
電壓諧波檢測(cè)法是指監(jiān)控逆變器端電壓總的諧波畸變(THD)，當(dāng)THD超出設(shè)定的閥值時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)孤島檢測(cè)。逆變器的輸出電流中含有一定的諧波，微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中電壓受到大電網(wǎng)的制約，諧波含量相對(duì)比較少，為低失真的正弦波。而當(dāng)孤島發(fā)生時(shí)，逆變器向負(fù)荷中注入諧波電流，并且非線性負(fù)荷也會(huì)加重電壓的諧波畸變。因此，通過檢測(cè)逆變器輸出電壓的諧波畸變就可以判斷是否有孤島發(fā)生。電壓諧波檢測(cè)法的優(yōu)點(diǎn)是孤島檢測(cè)范圍較廣，對(duì)多逆變器的情況檢測(cè)效果基本不變。其缺點(diǎn)在于容易引起逆變器誤動(dòng)作。在實(shí)際運(yùn)行中，大電網(wǎng)電壓的失真不為零，還有類似于整流器這樣的負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生諧波電流，這些都會(huì)增大THD 值，而檢測(cè)系統(tǒng)可能會(huì)誤認(rèn)為THD的增加是由于孤島的產(chǎn)生。當(dāng)逆變器質(zhì)量較高時(shí)，電壓諧波畸變較低，該方法會(huì)失效。更多技術(shù)請(qǐng)?jiān)L問: http://octopusreward.cn/news_jswz.asp
二、 結(jié)束語
孤島檢測(cè)技術(shù)是微電網(wǎng)在特定情況下由并網(wǎng)運(yùn)行模式向孤島運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換的必不可少的前提條件。上面總結(jié)了目前孤島檢測(cè)的各種方法，詳細(xì)分析了各種常用的主動(dòng)檢測(cè)法和被動(dòng)檢測(cè)法在電能質(zhì)量和檢測(cè)盲區(qū)等方面的優(yōu)缺點(diǎn)。
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