摘要：針對并網型光伏逆變器孤島檢測，提出了一種基于DQ變換的自適應主動頻率偏移孤島檢測方法，該算法通過控制無功電流的大小來實現電流頻率偏移，從而實現孤島狀態下接入點電壓頻率的正反饋，進而檢測出孤島。可有效防止偽孤島并減小對電網的干擾，避免孤島保護誤動作。為了減小無功電流對電力系統的污染，需將該主動頻率偏移算法與傳統的被動孤島檢測算法結合起來使用。仿真和實驗結果表明該孤島檢測算法不僅消除了被動孤o0k島檢測算法在負載功率和逆變器功率匹配時存在的檢測盲區，而且克服了傳統主動頻率偏移算法有功電流波動的缺點，提高了直流母線電壓的穩定性。

關鍵詞：光伏系統；自適應主動頻率偏移；孤島檢測

1引言

目前越來越多的光伏并網逆變器作為分布式電源被投入使用，當電網由于電氣故障或自然因素等原因停止供電后，光伏發電系統作為孤立電源繼續向本地負載繼續供電，會形成“孤島效應”。

孤島效應是指當電網由于電氣故障或自然因素等原因停止供電后，光伏發電系統作為孤立電源繼續向本地負載繼續供電，會形成“孤島效應”。由于孤島效應會威脅到設備及人身安全，因此準確及時地檢測出孤島效應是光伏并網發電系統設計中的一個關鍵性問題。孤島效應檢測方法有被動式和主動式兩種，被動式利用電網斷電時逆變器輸出端電壓頻率相位或諧波的變化進行孤島效應檢測該方法在光伏系統輸出功率與局部負載功率平衡時將失去孤島效應檢測能力；主動式是指通過控制逆變器，使其輸出功率頻率或相位存在一定的擾動電網正常工作時，由于電網的平衡作用，檢測不到這些擾動，一旦電網出現故障，逆變器輸出的擾動將快速累積并超出允許范圍，從而觸發孤島效應檢測電路有源頻率偏移法在主動檢測法中應用較多該方法檢測精度高，檢測盲區小，但其基準電流控制復雜，而且在不同負載性質下，結果存在較大差異，嚴重時會對孤島效應檢測速度變慢甚至失效。

針對以上孤島檢測方法的缺點，本文提出了一種新穎主動移頻式孤島檢測方法該方法簡化了系統控制檢測算法，分析基于DQ變換的自適應頻率偏移法檢測孤島的原理，建立仿真模型，應用MATLAB進行時間域的仿真。該算法通過控制無功電流的大小來實現電流頻率偏移，從而實現孤島狀態下接入點電壓頻率的正反饋，進而檢測出孤島。仿真和實驗結果驗證了該算法的有效性。

2自適應頻率偏移孤島檢測算法

自適應頻率偏移法是指在不同的公共節點電壓頻率情況下，以不同的方式改變逆變器輸出電流的頻率。給定公共節點電壓頻率一定的閥值范圍，在閥值范圍內，以正反饋形式進行頻率擾動，而當超出閥值范圍時，則加大頻率正反饋，從而加速頻率的變化來快速使節點電壓頻率超出頻率保護閥值，以便能夠快速檢測到孤島狀態，進行孤島保護。算法流程圖見圖4-1。

式中，為控制的逆變器輸出電流的頻率；為公共節點電壓；的頻率；K為比例系數；為控制增大頻率正反饋的系數；為添加周期性頻率擾動和加大頻率擾動的頻率閥值。

當在滿足頻率條件的時候，每隔一個周期增加2，實現增大頻率擾動，以便快速超出被動孤島檢測法過/欠頻頻率保護的范圍，從而實現快速檢測出孤島狀態。而如果一旦發現節點電壓頻率在頻率閥值范圍內的時候，，變為零，這樣便可以防止由于并網時電網電壓頻率的波動而引起孤島保護誤動作，保證了并網系統工作的正常，減小了對并網系統正常工作的影響。

在并網開關閉合的時候，由于電網頻率的箝位作用使得節點電壓頻率跟隨電網電壓頻率，雖然在部分周期存在電流頻率的擾動，而逆變器輸出的電流每次在電網電壓過零點復位，從另一個新的正弦開始。但是如果當并網開關斷開的時候，沒有電網電壓頻率的箝位作用，那么公共節點電壓將跟隨逆變器輸出電流的變化而變化，由于當地負載的影響，會相應引起節點電壓頻率的上升或者下降，超出被動孤島檢測法頻率保護的閥值，從而檢測出孤島。

自適應頻率偏移孤島檢測方法是基于對頻率偏移孤島檢測法進行的改進，本質上也是屬于通過反饋結構來進行孤島檢測控制的。對于三相并網逆變器來說，反饋量采用ABC相電壓和電流值或應用DQ變換實現數據轉換都可以實現，然而就當今現代化數字控制的逆變器來說，DQ變換更為適用。

基于DQ變換的自適應頻率偏移法，是將單相并網系統下對逆變器輸出電流的頻率擾動，轉變為三相并網系統中，對經過DQ變換后得到的角頻率ω以正反饋形式進行頻率擾動，從而進行對三相輸出電流的頻率擾動，實現自適應頻率偏移法對三相逆變系統并網的孤島檢測。結構框圖如圖1所示。

圖1基于DQ變換的自適應頻率偏移法

3仿真結果

仿真條件為：交流側濾波電感，線電壓，輸出功率；直流側電容，負載，母線電壓。圖2為用主動頻率偏移法進行孤島檢測的結果，0.3s之前逆變器不工作，負載功率由電網提供，0.3s逆變器開始工作，此時由于逆變器輸出功率與負載匹配，由電網電流波形可以看出此時電網提供有功、無功功率可近似為零，網側并網開關0.4s斷開，系統處于孤島運行。由圖2.a鎖相環輸出可以看到，當孤島形成后由于頻率正反饋的作用接入點電壓頻率升高，在0.45s左右超出正常頻率范圍（49.5Hz，50.5Hz），此時逆變器停止工作，系統反孤島功能得以實現。

a接入點電壓鎖相環輸出

b接入點電壓

c電網電流

d逆變器電流

圖2主動頻率偏移發生孤島情況

自適應頻率偏移法的仿真波形如下圖3所示。由仿真圖可知，由于為平衡負載，在t=0.05s斷網后，逆變器輸出電壓電流變化幅值很小，由于在孤島檢測方法中添加了基于DQ變換的自適應頻率偏移法，使得頻率向下偏移，頻率減小超出保護閥值范圍，檢測精度更一步提高，防孤島現象更明顯從而檢測到孤島現象的發生。

圖3A相電壓、并網電流仿真波形(t=0.05s，斷網)

4實驗結果

圖4給出了實驗接線圖，其中三相開關S1、S2分別為逆變器的電網分離開關和負載分離開關，其中三相負載應為可變RLC負載，諧振頻率為電網頻率。

圖4孤島檢測實驗接線圖

實驗平臺中的功率模塊采用英飛凌公司的FF600R12ME4型兩單元IGBT模塊，母線采用母排設計。驅動電路采用英飛凌公司的2SP320V智能驅動模塊，該模塊通過光纖與控制電路連接對IGBT進行驅動。

為了完成孤島檢測實驗，利用臺灣群菱的孤島檢測裝置ACLT-3803M作為三相RLC負載。實驗中可以通過設定開關方便調節負載有功功率、諧振頻率及品質因數等參數，以便進行孤島檢測實驗。

為了降低對電力系統的無功電流污染，實驗中采用被動和主動孤島檢測相結合的方法，周期性地加入電流畸變。其中被動檢測算法采用引言中提到的過欠壓、過欠頻檢測法。

首先對負載功率與逆變器功率不匹配情況下進行孤島檢測實驗，實驗條件為：逆變器交流進線電壓270V，逆變器三相功率4kW，負載三相有功功率8kW，此時實驗，孤島形成后接入點電壓幅值將減小，5ms后系統檢測出異常，逆變器停止工作，孤島檢測成功。

然后對負載功率與逆變器功率匹配情況下進行孤島檢測實驗，實驗條件為：逆變器交流進線電壓270V，逆變器三相功率分別為1.5kW、3kW和6kW，負載三相有功功率分別為1.5kW、3kW和6kW，同時根據國家檢測標準對于諧振頻率及品質因數的要求，這里取諧振頻率50Hz，品質因數為1。圖5、圖6和圖7給出功率匹配情況下自適應頻率偏移法算法的檢測效果，從波形看出在自適應頻率偏移法算法啟動前，由于被動檢測法檢測盲區的存在，逆變器在孤島情況下繼續發電，主動孤島算法啟動后，由于電流波形畸變使得接入點處電壓形成正反饋，在50m內可以系統頻率超出正常值，逆變器停止工作，孤島檢測取得成功。

圖5功率1.5kW時，防孤島動作時間為44ms

圖6功率3kW時，防孤島動作時間為8ms

圖7功率6kW時，防孤島動作時間為14ms

7結論

本文提出了一種自適應頻率偏移孤島檢測算法，該算法通過控制無功電流的大小來實現電流頻率偏移，從而實現孤島狀態下接入點電壓頻率的正反饋，進而檢測出孤島。將該算法與傳統的被動檢測算法相結合，不僅對電力系統的污染較小，消除了傳統孤島檢測算法存在的檢測盲區，而且克服了傳統AFD算法有功電流波動的缺點，提高了直流母線電壓的穩定性。該方法實現簡單，具有較強的工程使用價值，不僅適用于光伏并網系統，也適用于其它采用三相逆變器并網的分布式發電系統。

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