一種光伏并網(wǎng)系統(tǒng)無功擾動孤島檢測方法

摘要：孤島檢測是并網(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)無功擾動孤島檢測的原理以及傳統(tǒng)無功擾動孤島檢測的實現(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(Mixed Unidirectional and Bidirectional Reactive Power Variation，簡稱MUBRPV)的孤島檢測方法。該方法在光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運行時逆變器向電網(wǎng)施以小幅度正負雙向無功電流擾動，期間檢測到網(wǎng)壓頻率偏差后，快速確定電流正饋擾動方向，并開始無功電流單向正饋擾動。實驗驗證表明該方法不僅能及時檢測出孤島狀態(tài)，無盲區(qū)，而且能將孤島檢測對電網(wǎng)的不良影響降到最低。
關(guān)鍵詞：逆變器；孤島檢測；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，仍孤立向本地負載供電的運行現(xiàn)象稱為孤島?，F(xiàn)有孤島檢測方法主要有被動檢測法和主動檢測法。其中，主動檢測法從實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法兩種。移頻控制造成了并網(wǎng)電流波形畸變，對電能質(zhì)量影響大；功率擾動法分為有功擾動法、無功擾動法及兩者結(jié)合法。這里在分析光伏網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)無功擾動孤島檢測原理及傳統(tǒng)無功擾動孤島檢測實現(xiàn)方法的基礎(chǔ)上，提出一種MUBRPV孤島檢測方法。并最終用實驗驗證了該方法的可行性。

2 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)無功擾動孤島檢測原理
圖1示出正常并網(wǎng)和孤島運行時光伏并網(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)負載采用RLC并聯(lián)形式。正常并網(wǎng)運行時，光伏系統(tǒng)和電網(wǎng)同時向負載供電。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)獨立向負載供電。若光伏系統(tǒng)輸出功率與負載功率近似匹配，則公共耦合點電壓uPCC幅值和頻率仍將維持在正常運行范圍內(nèi)，光伏系統(tǒng)無法檢測到電網(wǎng)斷開故障，從而形成孤島運行。

正常并網(wǎng)運行時，uPCC等于電網(wǎng)電壓uG，角頻率為電網(wǎng)角頻率ω。孤島運行時，uPCC等于逆變器輸出電流與本地負載阻抗的乘積。當(dāng)孤島發(fā)生時，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，ω1與P1，Q1及負載性質(zhì)有關(guān)。若Q1為負，表明負載為容性負載，孤島效應(yīng)發(fā)生時ω1將下降，反之ω1將上升。由于負載無功需求在一定的電壓幅值和頻率條件下不變，通過對逆變器輸出的無功進行擾動，破壞光伏系統(tǒng)與負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行范圍進行保護，達到孤島檢測的目的，這是光伏并網(wǎng)系統(tǒng)無功擾動孤島檢測法基本原理。