Ｏ 引 言
随着光 伏 发 电技 术 的飞 速 发 展 ，为 了使 光 伏 发 电系统 的能 量 转 换 效 率 达 到最 高 、安 全 性 能 达 到最 佳 ，人 们 一 直 在 探 索 研 究 光 伏 发 电系 统 的最 大功 率点 的跟 踪 、并 网逆变 器 的控 制 策 略 的选 择 、 如何 预 防孤 岛现象产 生 这 三个 关 键 问题 的最 优 解 决方 案 ．其 中如何预 防 孤 岛现象 产 生 ，直 接关 系到 电网 的 安 全 稳 定 运 行 ，得 到 大 家 的 广 泛 关 注 和 研究 ．
第 ３４卷第 ４期 ２０１２年 ０４月
武 汉 工 程 大 学 学 报
Ｊ． Ｗ ｕｈａｎ Ｉｎｓｔ． Ｔｅｃｈ．
文章 编 号 ：１６７４—２８６９（２０１２）０４—００７２—０４
Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．４ Ａｐｒ． ２０１２
光伏并 网孤岛效应产生特性与控制
甘家梁，李志敏，谈怀江
此可 以选 择 这 种 方 法 作 为 检 测 孤 岛 效 应 的 控 制 方 案．
变化来 判 断是 否 发 生 孤 岛效 应 ．此方 法 能 够 准 确 地 检测 孤 岛 ，但需 要 给逆 变 器输 出施加 扰 动 ，这 必 然 会对 并 网 电能 质 量 造 成 不 良影 响．主 动 检 测 法
（湖北工程学院计算机与信息科学学院，湖北 孝感 ４３２１００）
摘 要 ：基于光伏发电系统并网 中产生 的孤岛效应 问题 ，从 原理上 进行 了探 讨．比较 了检测 孤 岛效 应 的几种 方法 ，针对孤 岛检测 方 法 中 的检测 盲 点 ，提 出 了一种 基 于 频 率微 小 变 化 的功 率 平衡 的 孤 岛检 测 方 法．在 Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的环境下 ，对其进行了建模 仿真研究 ，该方法具 有检测孤 岛无盲 区、响应 速度快 、对光伏 并 网 发 电系统有功输出无影响的特点 ，并验证 了采用这种孤岛检测方法的可行性． 关键词 ：光伏并 网；孤岛检测 ；并网逆变器 ；仿真 中图 分 类 号 ：ＴＭ７６１ 文 献 标 识 码 ：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４—２８６９．２０１２．０４．０１７
根 据 图 １，如果光 伏并 网系 统在 断 电前 和断 电
后输 出的有 功 和 无 功 功 率 是 不 变 的 ，则 产 生 孤 岛
效应后 ，孤 岛 的 电压 和频 率 由光伏 并 网 发 电系 统
的输 出能 量 和负 载 所 需 能 量 是 否平 衡 确定 ．当 光
伏发 电系统 并 网工 作 时 ，即 ｓ１和 ｓ２闭合 ，则 下 列
Ｑ ＝（ 一２ ）
（４）
当电网断电后 ，形成供 电“孤岛”，即 ｓ１闭合 ，
Ｓ２断 开 ，此 时有 ：
ｒ，１２
Ｐ Ｐ ＝
（５）
ＱＰｖ＝Ｑ ＝（ 一２ｏｒｆＣ）Ｕ ２
（６）
收 稿 日期 ：２０１２—０３—０２ 作 者简介 ：甘家梁 （１９６６一），男 ，湖北安陆人 ，副教授 ，硕士．研究方 向：电力电子技术与 自动化 控制系统
包 括 电 压 正 反 馈 法 、主 动 相 移 法 、主 动 频 移 （７） 法等 【６］．
手＿厂 尸Ｐｖ 一ＱＡＰｔ？ ｖ＝［（手） －～１］ ＱＰｖ＋。 厶ｆ－１（、 ８）
系统 并 网的等效 电路 如 图 １所示
Ａｐ，Ａａ
．．——————一
ＰＰｖ，ａＰｖ
Ａ， Ａ ——————一
公 共 电 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
网
电 源
光 伏 逆
变 并 阀 电
源
图 １ 光 伏 系统 并 网等 效 电 路
Ｆｉｇ．１ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ｇｒ ｉｄ—ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｐｈｏｔｏｖｏｈａｉｃｓ ｓｙｓｔｅｍ
所 谓孤 岛 效应 是 指 当 电 网 由于 电气 故 障 、误 操作 或者 自然 因 素 中断 供 电 时 ，与 公 共 电 网相 联 的各 个分 布式 的光 伏发 电系统 的控 制检 测 系 统不 能及 时有效 地 检 测 出停 电现 象 将 自身 脱 离 电 网 ， 造 成光 伏 发 电 系 统 单 独 给 某 个 区 域 内 的 负 载 供 电 ，形成 电力 部 门不可 控 的“孤岛 ”．该 现象 的发生 会造成电网电压和频率超 出允许 的范 围、降低 电 网的安全标准，这样会给“孤岛”上 的用 电设 备和 检修 人员 造成 较 大 的安 全 隐患 ．所 以 ，研究 孤 岛 检 测 方 法 及 控 制 策 略 ，具 有 十 分 重 要 的 现 实 意 义 －５］．
第 ４期
甘家梁 ，等 ：光伏并 网孤 岛效应产生特性与控制
７３
式 （５）、（６）中 ， 分别 代表 电 网断 电形 成 而 生 ．
孤 岛运 行后 负载 电压 和频 率．由式 （４）和 （６）可 知
主动检测 法 是 一 种 有 源 检 测 法 ，该 方 法 是 通
并 网系统 的频率 与并 网 逆 变 器输 出 的 无 功 有 关 ， 过 给并 网逆 变 器 的控 制 端 施 加 电压 、频 率 或 相 位 只要 改变 输 出无 功 功 率就 可 以改 变 系 统频 率 ，因 等 扰动 信号 ，检 测 受 扰 后 并 网逆 变器 输 出信 号 的
方程 式成 立 ：
ＰＰｖ＝ＰＬ＋△Ｐ
（１）
ＱＰｖ＝ＱＬ＋ＡＱ
（２）
ｔ ｒ２
Ｐ ＝ ｕ２
（３）
１ 孤 岛现 象产 生 的机 理 分 析
在实 际 的系 统 中 ，光 伏 发 电 系统 所 带 负 载 可 以用 ＲＬＣ并 联 电路模 拟 ．假 设 负 载 接 人 点 （也 是 公 共耦 合监 测点 ）的端 电压 和频 率 为 ｕ和 ｆ，输 出 的有 功和无 功 功率 用 Ｐ 和 Ｑ 表示 ；负载 所 吸 收 的有功 和无 功 功率用 Ｐ 和 Ｑ 表 示 ；△Ｐ和 ＡＱ代 表 光伏 系统 与负 载 之 间 的功 率 偏 差 ，则 光 伏 发 电