一种光伏并网系统无功扰动孤岛检测方法

摘要：孤岛检测是并网光伏逆变器的必备功能。分析了光伏并网发电系统无功扰动孤岛检测的原理以及传统无功扰动孤岛检测的实现方法，并在此基础上提出一种单双向混合无功功率扰动(Mixed Unidirectional and Bidirectional Reactive Power Variation，简称MUBRPV)的孤岛检测方法。该方法在光伏发电系统正常运行时逆变器向电网施以小幅度正负双向无功电流扰动，期间检测到网压频率偏差后，快速确定电流正馈扰动方向，并开始无功电流单向正馈扰动。实验验证表明该方法不仅能及时检测出孤岛状态，无盲区，而且能将孤岛检测对电网的不良影响降到最低。
关键词：逆变器；孤岛检测；光伏并网

1 引言
光伏发电系统在公共电网发生故障断电时，仍孤立向本地负载供电的运行现象称为孤岛。现有孤岛检测方法主要有被动检测法和主动检测法。其中，主动检测法从实施的可靠性和可操作性来看，主要有移频控制法和功率扰动法两种。移频控制造成了并网电流波形畸变，对电能质量影响大；功率扰动法分为有功扰动法、无功扰动法及两者结合法。这里在分析光伏网发电系统无功扰动孤岛检测原理及传统无功扰动孤岛检测实现方法的基础上，提出一种MUBRPV孤岛检测方法。并最终用实验验证了该方法的可行性。

2 光伏并网系统无功扰动孤岛检测原理
图1示出正常并网和孤岛运行时光伏并网系统的功率流图，断路器模拟孤岛现象的发生，系统负载采用RLC并联形式。正常并网运行时，光伏系统和电网同时向负载供电。当电网出现故障，即网侧断路器断开后，光伏系统独立向负载供电。若光伏系统输出功率与负载功率近似匹配，则公共耦合点电压uPCC幅值和频率仍将维持在正常运行范围内，光伏系统无法检测到电网断开故障，从而形成孤岛运行。

正常并网运行时，uPCC等于电网电压uG，角频率为电网角频率ω。孤岛运行时，uPCC等于逆变器输出电流与本地负载阻抗的乘积。当孤岛发生时，LC并联阻抗ZLC为光伏系统角频率ω1的函数：

由式(4)可知，当孤岛发生时，ω1与P1，Q1及负载性质有关。若Q1为负，表明负载为容性负载，孤岛效应发生时ω1将下降，反之ω1将上升。由于负载无功需求在一定的电压幅值和频率条件下不变，通过对逆变器输出的无功进行扰动，破坏光伏系统与负载间的无功功率平衡，使频率发生变化，直至超出逆变器正常频率运行范围进行保护，达到孤岛检测的目的，这是光伏并网系统无功扰动孤岛检测法基本原理。