一種光伏并網(wǎng)系統(tǒng)無功擾動(dòng)孤島檢測(cè)方法

摘要：孤島檢測(cè)是并網(wǎng)光伏逆變器的必備功能。分析了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)無功擾動(dòng)孤島檢測(cè)的原理以及傳統(tǒng)無功擾動(dòng)孤島檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)方法，并在此基礎(chǔ)上提出一種單雙向混合無功功率擾動(dòng)(Mixed Unidirectional and Bidirectional Reactive Power Variation，簡(jiǎn)稱MUBRPV)的孤島檢測(cè)方法。該方法在光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)逆變器向電網(wǎng)施以小幅度正負(fù)雙向無功電流擾動(dòng)，期間檢測(cè)到網(wǎng)壓頻率偏差后，快速確定電流正饋擾動(dòng)方向，并開始無功電流單向正饋擾動(dòng)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明該方法不僅能及時(shí)檢測(cè)出孤島狀態(tài)，無盲區(qū)，而且能將孤島檢測(cè)對(duì)電網(wǎng)的不良影響降到最低。
關(guān)鍵詞：逆變器；孤島檢測(cè)；光伏并網(wǎng)

1 引言
光伏發(fā)電系統(tǒng)在公共電網(wǎng)發(fā)生故障斷電時(shí)，仍孤立向本地負(fù)載供電的運(yùn)行現(xiàn)象稱為孤島?，F(xiàn)有孤島檢測(cè)方法主要有被動(dòng)檢測(cè)法和主動(dòng)檢測(cè)法。其中，主動(dòng)檢測(cè)法從實(shí)施的可靠性和可操作性來看，主要有移頻控制法和功率擾動(dòng)法兩種。移頻控制造成了并網(wǎng)電流波形畸變，對(duì)電能質(zhì)量影響大；功率擾動(dòng)法分為有功擾動(dòng)法、無功擾動(dòng)法及兩者結(jié)合法。這里在分析光伏網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)無功擾動(dòng)孤島檢測(cè)原理及傳統(tǒng)無功擾動(dòng)孤島檢測(cè)實(shí)現(xiàn)方法的基礎(chǔ)上，提出一種MUBRPV孤島檢測(cè)方法。并最終用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性。

2 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)無功擾動(dòng)孤島檢測(cè)原理
圖1示出正常并網(wǎng)和孤島運(yùn)行時(shí)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的功率流圖，斷路器模擬孤島現(xiàn)象的發(fā)生，系統(tǒng)負(fù)載采用RLC并聯(lián)形式。正常并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，光伏系統(tǒng)和電網(wǎng)同時(shí)向負(fù)載供電。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障，即網(wǎng)側(cè)斷路器斷開后，光伏系統(tǒng)獨(dú)立向負(fù)載供電。若光伏系統(tǒng)輸出功率與負(fù)載功率近似匹配，則公共耦合點(diǎn)電壓uPCC幅值和頻率仍將維持在正常運(yùn)行范圍內(nèi)，光伏系統(tǒng)無法檢測(cè)到電網(wǎng)斷開故障，從而形成孤島運(yùn)行。

正常并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，uPCC等于電網(wǎng)電壓uG，角頻率為電網(wǎng)角頻率ω。孤島運(yùn)行時(shí)，uPCC等于逆變器輸出電流與本地負(fù)載阻抗的乘積。當(dāng)孤島發(fā)生時(shí)，LC并聯(lián)阻抗ZLC為光伏系統(tǒng)角頻率ω1的函數(shù)：

由式(4)可知，當(dāng)孤島發(fā)生時(shí)，ω1與P1，Q1及負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。若Q1為負(fù)，表明負(fù)載為容性負(fù)載，孤島效應(yīng)發(fā)生時(shí)ω1將下降，反之ω1將上升。由于負(fù)載無功需求在一定的電壓幅值和頻率條件下不變，通過對(duì)逆變器輸出的無功進(jìn)行擾動(dòng)，破壞光伏系統(tǒng)與負(fù)載間的無功功率平衡，使頻率發(fā)生變化，直至超出逆變器正常頻率運(yùn)行范圍進(jìn)行保護(hù)，達(dá)到孤島檢測(cè)的目的，這是光伏并網(wǎng)系統(tǒng)無功擾動(dòng)孤島檢測(cè)法基本原理。