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1、第第4章章 分布式发电系统孤岛检测分布式发电系统孤岛检测4.1反孤反孤岛岛保保护护的基本原理的基本原理 離岸風力發電離岸風力發電加值服務加值服務波浪發電波浪發電預測情報預測情報微型電力網微型電力網高壓儲氫系統高壓儲氫系統產氫與加氫站產氫與加氫站電力需求管理中心電力需求管理中心燃料電池燃料電池小水力小水力海洋溫差發電海洋溫差發電太陽能發電廠太陽能發電廠超導儲能系統超導儲能系統儲熱系統儲熱系統微型儲能系統微型儲能系統太陽光發電太陽光發電電力與地面電力與地面資訊傳輸資訊傳輸低污染電廠低污染電廠變電所變電所水力發電水力發電區域性熱電共生區域性熱電共生高壓直流導線高壓直流導線太陽熱水器太陽熱水器控制通訊
2、控制通訊当当一一部部分分配配电电系系统统从从电电力力系系统统中中隔隔离离开开来来，但但仍仍继继续续由由分分布布式式发电设备发电设备供供电时电时，则则形成了孤形成了孤岛岛。反反孤孤岛岛的的能能力力是是指指分分布布式式发发电电设设备备探探测测其其是是否否处处于于孤孤岛岛运运行行状状态态并及并及时时地地从孤从孤岛岛系系统统中断开中断开连连接接的能力。的能力。若若不不能能有有效效地地将将处处于于孤孤岛岛状状态态的的分分布布式式发发电电设设备备从从系系统统中中解解列列，则则有有可可能能导导致致发发电电设备设备和和负负荷出荷出现问题现问题。FC燃煤燃煤核能核能水力水力燃氣燃氣WIND適合的適合的管理管理與
3、保護設備與保護設備PV適合的適合的管理管理與保護設備與保護設備風力電廠風力電廠CHPPV4.1.1、分布式分布式发电发电系系统统孤孤岛岛的形成的形成孤孤岛岛是是一一个个没没有有调调节节控控制制的的电电力力系系统统，由由于于发发电电和和供供电电之之间间的的不不平平衡衡且且孤孤岛岛电电网网中中可可能能没没有有电电压压、频频率率控控制制，其其特特性性是是不不可可预预知的。知的。由由于于电电力力系系统统不不再再控控制制孤孤岛岛系系统统中中的的电电压压和和频频率率，如如果果孤孤岛岛系系统统中中的的分分布布式式发发电电机机不不能能提提供供电电压压和和频频率率调调节节，没没有有限限制制电电压压和和频频率率偏
4、偏移移的的继继电电保保护护，则则用用户户得得到到的的电电压压和和频频率将波率将波动动很大很大，将可能引起用，将可能引起用户设备户设备的的损损坏。坏。当当一一条条线线路路本本应应该该没没有有电电而而由由孤孤岛岛中中的的分分布布式式发发电电机机供供电电时时，将使，将使线线路路维维修的工作人修的工作人员员或其他人或其他人员员有触有触电电的危的危险险。当当孤孤岛岛系系统统重重新新与与电电力力系系统统并并列列运运行行时时，有有可可能能损损坏坏孤孤岛岛系系统统中中的的分分布布式式发发电电设设备备，这这是是因因为为并并列列时时分分布布式式发发电电机机可可能能与与系系统统不不同同步步，并并列列时时的的电电压压
5、相相位位差差将将对对发发电电机机产产生生非常大的冲非常大的冲击电击电流，另外也可能流，另外也可能导导致系致系统统的重新解列。的重新解列。孤孤岛岛可能干可能干扰邻扰邻近用近用户户正常服正常服务务的手的手动动或自或自动动恢复。恢复。孤岛的危害孤岛的危害目目前前电电力力系系统统对对孤孤岛岛的的处处理理是是立立即即停停止止所所有有分分布布式式发发电电机机的的运运行行，使使得得整整个个线线路路都都处处于于无无电电状状态态，防防止止可可能能对对设设备备造造成成的的损损害害，消消除除潜潜在在的的安安全全隐隐患。患。处理方式处理方式4.1.2 孤孤岛岛的的检测检测当当孤孤岛岛形形成成后后，应应能能立立即即检检
6、测测出出来来，要要成成功功地地探探测测到孤到孤岛岛，基本需要，基本需要为为：孤孤岛检测岛检测方案方案应应能能对对任何可能的孤任何可能的孤岛岛都有效。都有效。孤孤岛岛的的检测应检测应在允在允许许的的时间时间内完成。内完成。应应考考虑虑分分布布式式发发电电机机的的特特点点，几几乎乎所所有有的的分分布布式式发发电电机机都都能能归纳为归纳为下述三种下述三种类类型：型：同同步步发发电电机机：这这种种类类型型的的分分布布式式发发电电机机一一般般连连接接在在主主干干母母线线上上，其其容容量可达量可达30MW。感感应应式式发发电电机机：该该类类型型的的分分布布式式发发电电设设备备一一般般连连接接在在主主母母线
7、线上上，其其容容量一般也量一般也较较大，在大，在1020MW左右。左右。基基于于逆逆变变器器的的发发电电设设备备：该该类类型型的的分分布布式式发发电电设设备备一一般般连连接接在在二二次次母母线线上，上，这这主要是因主要是因为为其容量相其容量相对对比比较较小，一般在数百瓦到小，一般在数百瓦到1MW。根根据据目目前前提提出出的的分分布布式式发发电电系系统统孤孤岛岛检检测测的的工工作作原原理理，可可将将孤孤岛检测岛检测分分为为两种两种类类型，即型，即远远程程检测检测方法和方法和本地本地检测检测方法。方法。本本地地检检测测方方法法取取决决于于分分布布式式发发电电系系统统一一侧侧电电压压和和电电流流信信
8、号号，如果如果检测检测到的信号超到的信号超过过一定一定阈值阈值，则则可可检测检测孤孤岛岛运行状运行状态态。本地本地检测检测方法也可分方法也可分为为两种两种类类型：型：无无源源的的检检测测方方法法：该该方方法法主主要要是是基基于于所所测测量量的的电电压压和和电电流流信信号号在在孤孤岛岛发发生生后后的的参参数数变变化化是是否否超超过过给给定定的的阈阈值值来来判判断断孤孤岛岛是否是否产产生。生。有有源源检检测测方方法法：该该方方法法对对系系统统加加入入扰扰动动信信号号，然然后后根根据据检检测测到的系到的系统统响响应应来判断孤来判断孤岛岛是否是否发发生。生。本本地地检检测测方方法法取取决决于于分分布布
9、式式发发电电系系统统一一侧侧电电压压和和电电流流信信号号，如果如果检测检测到的信号超到的信号超过过一定一定阈值阈值，则则可可检测检测孤孤岛岛运行状运行状态态。本地本地检测检测方法也可分方法也可分为为两种两种类类型：型：无无源源的的检检测测方方法法：该该方方法法主主要要是是基基于于所所测测量量的的电电压压和和电电流流信信号号在在孤孤岛岛发发生生后后的的参参数数变变化化是是否否超超过过给给定定的的阈阈值值来来判判断断孤孤岛岛是否是否产产生。生。有有源源检检测测方方法法：该该方方法法对对系系统统加加入入扰扰动动信信号号，然然后后根根据据检检测测到的系到的系统统响响应应来判断孤来判断孤岛岛是否是否发发
10、生。生。4.1.3 非非检测检测区和孤区和孤岛岛危害分析危害分析上上述述所所有有孤孤岛岛检检测测方方法法都都存存在在某某些些局局限限性性，如如：投投资资费费用用高高;需需要要分分布布式式发发电电系系统统和和电电力力系系统统之之间间的的相相互互配配合合;误误动动作作;在在某某些些情情况况下下可可能能存存在在非非检检测测区区以以及及对对电电力力系系统统供供电电质质量量、电电压压和和频频率率稳稳定性的影响等。定性的影响等。本本地地检检测测方方法法的的主主要要缺缺点点是是存存在在非非检检测测区区(Non-Detection Zone，NDZ)，某某些些方方法法的的NDZ很很小小，可可以以忽忽略略，但但
11、其其他他方方法的法的NDZ可能非常大。可能非常大。基基于于频频率率的的孤孤岛岛检检测测方方法法常常用用于于同同步步发发电电机机中中，下下面面采采用用此此方法来方法来说说明明NDZ的大小造成的影响。的大小造成的影响。基基于于频频率率的的反反孤孤岛岛方方法法通通过过测测量量本本地地频频率率的的变变化化来来判判断断孤孤岛岛是否是否发发生。生。在在孤孤岛岛系系统统中中，母母线线频频率率随随着着负负荷荷与与发发电电机机的的功功率率是是否否匹匹配配而而变变化化，发发电电机机输输出出功功率率过过大大将将使使频频率率增增高高，反反之之，将将使使频频率降低。率降低。如如果果在在孤孤岛岛中中存存在在较较大大的的功
12、功率率失失衡衡，基基于于频频率率的的孤孤岛岛检检测测方方法法可可快快速速地地检检测测到到孤孤岛岛的的发发生生；如果如果功率失衡功率失衡较较小小，则则需要需要较长较长的的时间检测时间检测到孤到孤岛岛。在在最最坏坏的的情情况况下下，即即孤孤岛岛系系统统中中发发电电机机和和负负荷荷的的功功率率非非常常接近接近时时，此方法可能在允，此方法可能在允许许的的时间时间内内检测检测不到孤不到孤岛岛状状态态。孤孤岛岛中中发电发电机和机和负负荷功率的失配决定了荷功率的失配决定了NDZ。孤孤岛岛中中显显著著地地影影响响能能量量失失配配程程度度的的因因素素有有两两个个：第第一一个个因因素素是是线线路路日日负负荷荷曲曲
13、线线的的变变化化。依依据据运运行行特特征征的的不不同同，线线路路负负荷荷会会在在平平均均日日负负荷荷的的上上下下有有20%波波动动；第第二二个个因因素素是是分分布布式式发发电电系系统统中中可可能能形形成成不不同同的的孤孤岛岛，每每个个孤孤岛岛的的负负荷荷大大小小都都不不相相同。同。基基于于逆逆变变器器的的分分布布式式发发电电系系统统，其其孤孤岛岛形形成成的的可可能能性性和和与与孤孤岛岛的的形形成成相相关关的的危危险险比比基基于于同同步步发发电电机机的的分分布布式式发发电电系系统统的要小。的要小。与孤与孤岛岛相关的人相关的人员员安全危害故障安全危害故障树树4.2 远程孤岛检测远程孤岛检测在在孤孤
14、岛岛形形成成后后，远远程程孤孤岛岛检检测测方方法法是是依依靠靠无无线线电电通通信信来来进进行行报报警警和和使使分分布布式式发发电电系系统统跳跳闸闸，它它们们的的性性能能通通常常与与分分布布式式发发电电机的机的类类型无关。型无关。4.2.1传输传输断路器跳断路器跳闸闸信号信号 重重合合闸闸的的状状态态，当当一一个个开开关关操操作作产产生生了了到到变变电电站站的的断断路路时时，中中央央算算法法可可确确定定孤孤岛岛的的范范围围，然然后后给给分分布布式式发发电电机机的的断断路器路器发发出跳出跳闸闸信号。信号。如如果果系系统统中中有有很很多多自自动动重重合合闸闸并并且且配配电电线线路路的的拓拓扑扑结结构
15、构发发生生变变化化，则则传传输输断断路路器器跳跳闸闸信信号号的的孤孤岛岛检测检测方法方法将很将很复复杂杂。传传输输断断路路器器跳跳闸闸信信号号的的孤孤岛岛检检测测方方法法需需要要大大量量的的通信支持。通信支持。该该方方法法最最大大的的缺缺点点是是费费用用较较高以及潜在的复高以及潜在的复杂杂性。性。4.2.2 电电力力线线路路载载波通信波通信电电力力线线路路载载波通信的孤波通信的孤岛检测岛检测采用采用输电线传输输电线传输信号。信号。该该方方法法主主要要优优点点是是只只采采用用一一个个信信号号发发生生器器，而而且且信信号号接接收收器器只只是是检检测测信信号号的的连连续续性性，因因此此非非常常可可靠
16、靠。另另外外不不必必考考虑虑配配电电网网络络的的拓拓扑扑结结构构的的变变化化，因因此此很很容易容易实现实现。该该方方法法有有两两个个主主要要缺缺点点：第第一一个个是是信信号号发发生生器器的的费费用用，这这是是一一个个中中压压装装置置，需需要要有有一一个个降降压压变变压压器器来来连连接接并并且且必必须须安安装装在在变变电电站站中中。第第二二个个缺缺点点是是信信号号发发生生器器发发出出的的孤孤岛岛检检测测信信号号有可能有可能干干扰扰其他其他电电力力线线路路载载波通信波通信设备设备的信号。的信号。4.3 4.3 分布式同步分布式同步发电发电机孤机孤岛岛的本地的本地检测检测 4.3.1 基于基于频频率
17、的无源孤率的无源孤岛检测岛检测方法方法1)工作原理工作原理有有三三种种基基于于频频率率的的继继电电器器可可用用于于检检测测分分布布式式发发电电系系统统的的孤孤岛岛，分分别别为为频频率率继继电电器器(OFR/UFR)、频频率率变变化化率率继继电电器器和和相相位位突突变继电变继电器器。频频率率继继电电器器测测量量分分布布式式发发电电机机端端电电压压波波形形频频率率，根根据据测测量量的的频频率是否高于或低于率是否高于或低于频频率率阈值阈值来判断孤来判断孤岛岛是否形成。是否形成。频频率率变变化化率率继继电电器器测测量量发发电电设设备备的的频频率率变变化化速速率率。当当测测量量的的频频率率变变化化速速率
18、率超超过过设设定定阈阈值值时时停停止止分分布布式式发发电电机机向向系系统统供供电电。相相位位突突变变继继电电器器检检测测发发电电机机端端电电压压波波形形与与参参考考电电压压波波形形之之间间的的相位角偏移相位角偏移。2.)性能特点性能特点当当在在孤孤岛岛中中存存在在较较大大的的功功率率不不平平衡衡时时，将将引引起起孤孤岛岛中中频频率率的的快速快速变变化，从而减小了化，从而减小了检测检测孤孤岛岛的的时间时间。评评价价基基于于频频率率的的反反孤孤岛岛继继电电器器性性能能的的方方法法是是掌掌握握跳跳闸闸(或或检检测测)时间时间和功率不平衡之和功率不平衡之间间的关系的关系。对对于于基基于于频频率率的的继
19、继电电器器孤孤岛岛检检测测方方法法，影影响响其其性性能能的的方方面面主主要要有有分分布布式式发发电电机机的的惯惯性性、母母线线上上随随电电压压和和频频率率变变化化的的负负荷荷以及同步以及同步发电发电机的机的励磁控制励磁控制。频率变化率继电器频率变化率继电器(整定值：整定值：1.2Hz/s)相位突变继电器相位突变继电器(整定值：整定值：10)相位突相位突变继电变继电器器检测检测孤孤岛时间岛时间可用下式估算：可用下式估算：负负荷荷随随电电压压变变化化的的参参数数k由下式定由下式定义义：如如果果孤孤岛岛中中有有多多个个分分布布式式发发电电机机，基基于于频频率率的的继继电电器器可可能相互能相互干干扰扰
20、。基基于于频频率率的的继继电电器器的的最最大大缺缺点点是是非非检检测测区区大大，如如果果孤孤岛岛中中的的负负荷荷功功率率缺缺额额低低于于10%30%，继继电电器器就就不不能能提提供供有有效效的的反反孤孤岛岛保保护护。4.3.2 其他无源孤其他无源孤岛检测岛检测方法方法系系统统中中过过剩剩无无功功功功率率将将使使系系统统电电压压升升高高，无无功功不不足足将将使使电电压压下降。通下降。通过过电压变电压变化或化或变变化率化率，就有可能，就有可能检测检测到孤到孤岛岛状状态态。有有功功功功率率输输出出变变化化：这这种种方方法法监监测测分分布布式式发发电电机机输输出出的的有有功功功功率率，由由于于有有功功
21、功功率率变变化化直直接接导导致致系系统统频频率率变变化化，因因此此该该方方法的性能和基于法的性能和基于频频率的率的继电继电器相似。器相似。孤孤岛岛中中，电电压压变变化化比比频频率率变变化化快快很很多多，因因为为电电压压变变化化和和机机械械惯惯量无关，所以量无关，所以电压继电电压继电器能器能够够迅速迅速动动作。作。无无功功功功率率输输出出的的变变化化：该该方方法法监监视视分分布布式式发发电电机机输输出出无无功功功功率率的的变变化化，它它的的性性能能可可能能比比电电压压继继电电器器的的好好，这这是是因因为为在在分分布布式式发发电电低低渗渗透透的的配配电电网网中中，要要得得到到可可探探测测的的电电压
22、压的的变变化化，系系统统中无功功率中无功功率变变化必化必须须很大。很大。功功率率因因数数(P/Q)和和(df/dP)：发发电电机机的的有有功功功功率率和和无无功功功功率率的的变变化都将影响功率因数。化都将影响功率因数。4.2.3 有源孤有源孤岛检测岛检测方法方法有有源源孤孤岛岛检检测测方方法法是是将将干干扰扰信信号号注注入入到到供供电电系系统统，并并测测量量本本地系地系统统的响的响应应来来检测检测孤孤岛岛是否形成。是否形成。1)有源阻抗有源阻抗测测量孤量孤岛检测岛检测有有源源阻阻抗抗测测量量孤孤岛岛检检测测是是将将干干扰扰信信号号注注入入到到系系统统中中，通通过过测测量量由干由干扰扰信号信号产
23、产生的响生的响应应来来测测量系量系统统阻抗阻抗。如如果果分分布布式式发发电电系系统统与与大大电电网网相相连连，分分布布式式发发电电机机端端的的等等效效系系统统阻阻抗抗将将很很小小，反反之之如如果果分分布布式式发发电电系系统统形形成成孤孤岛岛，则则等等效效阻抗将很大阻抗将很大。该该方方法法的的突突出出优优点点是是孤孤岛岛中中的的功功率率不不平平衡衡大大小小不不会会影影响响它它的的性性能能，主主要要缺缺点点是是系系统统有有多多个个分分布布式式发发电电机机时时，注注入入的的各各扰扰信信号号之之间间将将互互相相冲冲突突，因此很，因此很难获难获得相当精确的得相当精确的测测量量 阻阻抗抗。另另外外，某某些
24、些负负荷荷的的频频率率响响应应可可能能正正好好将将干干扰扰信信号号滤滤除除掉，不能掉，不能产产生相生相应应的的电压电压和和电电流响流响应应。2)改改变发电变发电机端机端电压电压的孤的孤岛检测岛检测方法方法使使分分布布式式发发电电系系统统的的自自动动电电压压调调整整器器设设置置小小的的电电压压变变化化并并且且监监视视发发电电机机无无功功功功率率输输出出值值变变化化来来检检测测孤孤岛岛。该该方方法法比比直直接接测测量阻抗更量阻抗更实实用，它的用，它的实现实现只需改只需改变发电变发电机的励磁系机的励磁系统统。当当分分布布式式发发电电机机并并网网运运行行时时，如如果果感感应应电电动动势势E0增增加加，
25、则则发发电电机机输输出出的的无无功功率将增加。功功率将增加。当当分分布布式式发发电电机机处处于于孤孤岛岛状状态态时时，由由于于负负荷荷的的无无功功功功率率不不变变，分分布布式式发发电电机机发发出出的的无无功功功功率率为为常常数数，因因此此随随着着感感应应电电动动势势E0的增加系的增加系统电压统电压Ut将增加。将增加。4.4 4.4 基于逆基于逆变变器的本地孤器的本地孤岛检测岛检测方法方法 基基于于逆逆变变器器接接口口的的分分布布式式发发电电系系统统按按照照电电力力系系统统的的标标准准其其输输出出功功率率相相对对较较小小，为为1kW几几MW，另另外外，它它们们通通常常采采用用不不可可调调的的能能
26、源源，如如光光伏伏电电池池阵阵列列，因因此此这这些些电电源源的的安安装装费费用用不不高高，一般一般不和不和电电力系力系统统的控制系的控制系统统通信通信。基基于于逆逆变变器器接接口口的的分分布布式式发发电电系系统统的的孤孤岛岛检检测测和和保保护护方方法法主主要要采采用用本本地地检检测测技技术术而而不不是是远远程程检检测测技技术术。4.4.1逆逆变变器拓扑器拓扑结结构和控制构和控制结结构构对对孤孤岛岛危害和保危害和保护护技技术术的影响的影响1)逆逆变变器的工作原理器的工作原理2）逆逆变变器分器分类类3）线线路路换换向逆向逆变变器器线线路路(或或负负荷荷)换换向向逆逆变变器器使使用用半半导导体体晶晶
27、闸闸管管等等开开关关器器件件，这这些些器器件件可可用用控控制制信信号号开开通通，但但需需要要一一个个外外部部电电路路或或电电源源，使使电电路中路中电电流降到零来流降到零来进进行关行关闭闭。在在线线路路换换向逆向逆变变器中，配器中，配电电网作网作为电为电源来关源来关闭闭开关器件。开关器件。线线路路换换向向逆逆变变器器能能通通过过孤孤岛岛中中外外部部容容性性电电抗抗换换向向，或或被被孤孤岛岛中其他分布式中其他分布式发电发电机机换换向，因而逆向，因而逆变变器将器将继续继续运行运行。4）自自换换向逆向逆变变器器自自换换向向逆逆变变器器采采用用既既能能实实现现导导通通控控制制也也能能实实现现关关断断控控
28、制制的的开开关器件，如关器件，如IGBT和和MOSFET。根根据据直直流流输输入入端端直直流流到到交交流流的的连连接接方方式式，自自换换向向逆逆变变器器拓拓扑扑可分可分为电为电流源逆流源逆变变器器(CSI)和和电压电压源逆源逆变变器器(VSI)。电电流流源源逆逆变变器器有有一一个个称称为为可可控控电电流流源源的的直直流流母母线线。通通常常直直流母流母线线采用大的采用大的串串联电联电感来感来维维持母持母线线上的上的电电流流不不变变。电电压压源源逆逆变变器器有有一一个个称称为为可可控控电电压压源源的的直直流流母母线线。通通常常直直流母流母线线使用大的使用大的并并联电联电容来容来维维持直流母持直流母
29、线线的的电压电压恒定。恒定。由由于于逆逆变变器器的的输输出出连连接接到到恒恒定定电电压压源源特特性性的的配配电电网网，因因此此对对于于分分布布式式电电源源逆逆变变器器接接口口，选选择择电电流流源源拓拓扑扑结结构构。将将电电流流源源直接与直接与电压电压源源连连接比两个接比两个电压电压源直接源直接连连接接较较易控制潮流易控制潮流。目目前前电电压压源源逆逆变变器器接接口口通通常常比比电电流流源源接接口口更更普普遍遍，这这是是因因为为如如IGBT和和MOSFET这这些些开开关关器器件件更更容容易易满满足足电电压压源源逆逆变变器器的需要，也因的需要，也因为为分布式分布式电电源更像源更像电压电压源而不像源
30、而不像电电流源。流源。5）逆）逆变变器控制器控制结结构构 逆逆变变器器控控制制器器测测量量端端电电压压Uo和和输输出出电电流流Io，再再加加上上可可从从内内部部计计算算或或从从外外部部电电源源得得到到的的输输出出功功率率设设定定信信号号，控控制制逆逆变变器器的的输输出出电电流、有功和无功功率。流、有功和无功功率。电电流流控控制制：在在电电流流控控制制的的逆逆变变器器中中，受受控控变变量量是是输输出出电电流流。反反馈馈环环为为输输出出电电流流Io，逆逆变变器器输输出出Uac根根据据测测量量的的输输出出电电流流和和参考参考电电流控制流控制值值之之间间的的误误差来差来调调整。整。将将输输出出端端电电
31、压压Uo作作为为电电流流波波形形参参考考，对对孤孤岛岛检检测测很很有有利利，因因为为它它产产生正反生正反馈馈，使孤，使孤岛岛状状态态不不稳稳定。定。功功率率角角控控制制：在在逆逆变变器器的的功功率率角角控控制制中中，逆逆变变器器通通过过电电感感Lo的功率的功率为为控制量。控制量。Lo一一般般很很小小，功功率率角角即即使使在在输输出出额额定定功功率率时时也很小，因此也很小，因此cos接近于接近于1。电电流流控控制制和和相相角角控控制制的的逆逆变变器器都都没没有有独独立立的的内内部部频频率率和和输输出出电电压压控控制制，它它们们跟跟随随输输出出端端测测量量得得到到的的频频率率和和电电压压变变化化，
32、并且控制并且控制输输出出电电流或功率。流或功率。如如果果孤孤岛岛出出现现且且逆逆变变器器的的输输出出功功率率和和本本地地负负荷荷之之间间功功率率不不平平衡衡时时，输输出出频频率率和和/或或电压电压将快速将快速变变化。化。如如果果逆逆变变器器和和负负荷荷之之间间存存在在有有功功功功率率不不平平衡衡，必必须须改改变变逆逆变变器器输输出出电电压压来来获获得得新新的的平平衡衡。如如果果有有功功功功率率相相等等，但但是是无无功功功功率率不平衡，必不平衡，必须须改改变频变频率得到新的平衡。率得到新的平衡。由由于于逆逆变变器器为为达达到到控控制制目目的的测测量量输输出出电电压压和和频频率率，因因此此很很容容
33、易易采采用用无无源源的的方方法法检检测测孤孤岛岛，如如检检查查逆逆变变器器的的电电压压或或频频率是否偏移率是否偏移额额定定电压电压或或频频率来率来检测检测孤孤岛岛是否是否发发生。生。非非检检测测区区的的大大小小取取决决于于电电压压和和频频率率的的窗窗口口的的大大小小和和逆逆变变器器控制器的控制器的设计设计。电电流流控控制制拓拓扑扑结结构构的的逆逆变变器器非非检检测测区区很很小小，逆逆变变器器运运行行在在单单位位功功率率因因数数下下，其其输输出出电电流流跟跟随随输输出出电电压压的的变变化化，这这两两个个因因素素都都是是不不稳稳定定的的，因因此此即即使使负负荷荷的的匹匹配配相相当当好好，孤孤岛岛发
34、发生生时时将使将使电压电压或或频频率率产产生大的偏移。生大的偏移。多多模模式式控控制制：分分布布式式发发电电系系统统可可能能具具有有比比简简单单的的向向配配电电网网供供电电更更复复杂杂的的工工作作模模式式。当当来来自自电电网网的的能能量量无无效效或或很很贵贵时时它它们们能能向向本本地地负负荷荷输输出出功功率率；也也可可将将配配电电网网的的能能量量存存储储起起来来，在在其其他他时时候候再再用用；还还可可通通过过电电压压调调节节、无无功功功功率率补补偿偿或或有有源源滤滤波波消消除除谐谐波来波来提高提高电电能能质质量量。由由于于功功率率角角控控制制的的逆逆变变器器可可通通过过改改变变功功率率角角实实
35、现现双双向向转转换换(逆逆变变和和整整流流)，并并且且控控制制方方法法中中可可包包含含无无功功功功率率控控制制，因因此此它它们们在在并并网网运运行行、单单机机运运行行或或本本地地负负荷荷需需要要无无功功补补偿偿等等应应用中具有很大的吸引力。用中具有很大的吸引力。对对于于并并网网运运行行和和单单机机运运行行模模式式，功功率率角角控控制制逆逆变变器器的的控控制制环环能能够够在在电电流控制和流控制和电压电压控制之控制之间转换间转换。在在单单机机运运行行模模式式，通通过过一一个个由由逆逆变变器器控控制制的的开开关关，配配电电网网在在公公共共耦耦合合点点和和本本地地负负荷荷断断开开，逆逆变变器器采采用用
36、内内部部产产生生的的参参考考电压电压和和频频率，以率，以电压电压控制模式工作，向本地控制模式工作，向本地负负荷供荷供电电。当当逆逆变变器器运运行行在在并并网网模模式式时时，逆逆变变器器或或者者起起一一个个带带有有通通常常的的反反孤孤岛岛保保护护的的逆逆变变器器的的作作用用，向向电电网网输输送送电电能能，或或者者起起一一个个高高功功率率因因数数有有源源整整流流器器的的作作用用，从从电电网网接接收收电电能能向向它它的存的存储储系系统统充充电电。4.4.2逆逆变变器内部的孤器内部的孤岛检测岛检测技技术术1)无源孤无源孤岛检测岛检测方法方法逆逆变变器器内内部部的的无无源源孤孤岛岛检检测测方方法法和和同
37、同步步发发电电机机的的本本地地无无源源检检测测方方法法相相似似，当当孤孤岛岛形形成成时时，该该类类方方法法监监视视逆逆变变器器输输出出端端的的电压电压参数，如参数，如电压电压幅幅值值和和频频率等参数的率等参数的变变化。化。(1)电压电压偏高偏高/低和低和频频率偏高率偏高/低孤低孤岛检测岛检测在在并并网网逆逆变变器器中中通通常常需需要要限限制制逆逆变变器器的的输输出出电电压压和和频频率率，为为用用户设备户设备在逆在逆变变器器电压电压和和频频率漂移率漂移时时提供保提供保护护。上上述述限限制制也也可可同同时时提提供供孤孤岛岛检检测测功功能能，因因为为当当孤孤岛岛发发生生时时如如果果逆逆变变器器的的输
38、输出出功功率率和和本本地地负负荷荷功功率率消消耗耗不不平平衡衡，电电压压和和频频率将会率将会产产生偏移。生偏移。如如果果本本地地负负荷荷和和逆逆变变器器的的输输出出功功率率相相差差不不大大，电电压压和和频频率率的的偏偏移移不不足足以以超超过过设设定定的的逆逆变变器器的的电电压压和和频频率的极限，率的极限，则检测则检测不出孤不出孤岛岛。依依据据逆逆变变器器输输出出功功率率(P,Q)和和本本地地负负荷荷(P+P,Q+Q)之之间间的的有有功功功功率率不不平平衡衡(P)和和无无功功功功率率(Q)不不平平衡衡，非非检检测测区区的的大大小小将将随随逆逆变变器器的的控控制制策策略略不不同而同而变变化。化。若
39、若逆逆变变器器的的控控制制使使其其输输出出功功率率恒恒定定不不变变且且为为单单位位功功率率因因数数，则则可推出下面的关系：可推出下面的关系：如果如果负负荷采用并荷采用并联联RLC电电路模路模拟拟，则则品品质质因数因数为为在在北北美美，并并网网逆逆变变器器的的允允许许的的电电压压偏偏移移为为88和和110，频频率率上上下下限限为为5759.3Hz和和60.5Hz，若若设设fmin=59.3Hz，品品质质因因数数Qf为为2.5，则电压则电压和和频频率偏高率偏高/偏低的非偏低的非检测检测区区为为：对对于于有有功功功功率率不不平平衡衡的的非非检检测测区区相相当当大大，而而对对于于无无功功功功率率不不平
40、平衡衡的的非非检检测测区区很很小小。无无功功功功率率不不平平衡衡的的非非检检测测区区当品当品质质因数因数Qf降低降低时时甚至更小。甚至更小。(2)电压电压相位突相位突变变孤孤岛检测岛检测(PJD)PJD和和同同步步发发电电机机分分布布式式发发电电系系统统中中孤孤岛岛检检测测使使用用的的频频率率变变化率化率继电继电器和相位突器和相位突变继电变继电器技器技术术相似。相似。逆逆变变器器控控制制系系统统通通常常控控制制输输出出电电流流使使电电压压和和电电流流相相位位保保持持一一个个小小的的差差别别，相相位位发发生生突突变变说说明明配配电电网网不不再再维维持持逆逆变变器器的的端端电压电压，它的相位角，它
41、的相位角发发生突生突变变，以便和以便和负负荷的相位角相匹配荷的相位角相匹配。对对于于电电流流源源型型逆逆变变器器，系系统统断断开开后后，逆逆变变器器端端电电压压不不再再被被系系统统固固定定，而而逆逆变变器器输输出出电电流流是是固固定定的的，它它一一直直跟跟随随逆逆变变器器内内部部锁锁相相环环提提供供的的波波形形。由由于于频频率率没没有有发发生生变变化化，负负载载的的相相位位必必定定与与系系统统断断开开前前相相同同，因因此此电电压压必必须须跳跳到到新新的的相相位位。在在下下一一个个过过零零点点，“新新”电电压压和和逆逆变变器器输输出出电电流流之之间间的的相相位位误误差差即即可用来可用来检测检测孤
42、孤岛岛。PJD的的主主要要优优点点是是易易于于实实现现，因因为为无无论论如如何何逆逆变变器器都都需需要要锁锁相相环环(PLL)来来与与系系统统同同步步，要要实实现现电电压压相相位位突突变变检检测测只只需需增增加加检检测测逆逆变变器器输输出出电电流流和和端端电电压压的的相相位位误误差差超超过过阈值时阈值时具有关断逆具有关断逆变变器的能力。器的能力。PJD很很难难选选择择能能提提供供可可靠靠的的孤孤岛岛检检测测的的阈阈值值，而而不不引引起起频频繁繁的的误动误动作。作。(3)电压谐电压谐波波变变化孤化孤岛检测岛检测 逆逆变变器器控控制制器器监监视视逆逆变变器器端端电电压压的的总总的的谐谐波波畸畸变变
43、(THD)，如如果果THD超超过设过设定的定的阈值阈值即关即关闭闭逆逆变变器。器。在在正正常常运运行行时时，配配电电网网为为一一个个低低阻阻抗抗的的电电压压源源，能能够够维维持持逆逆变变器端器端电压谐电压谐波畸波畸变变很低，很低，THD0。当孤当孤岛产岛产生生时时，两个原因两个原因使逆使逆变变器器输输出出电压电压的的THD增增强强。逆逆变变器器的的输输出出端端的的阻阻抗抗增增大大，因因为为低低阻阻抗抗的的配配电电网网被被断断开开，孤孤岛岛系系统统中中只只有有本本地地负负荷荷，因因此此逆逆变变器器输输出出电电流流的的电电流流谐谐波将使端波将使端电压电压的的电压谐电压谐波增大。波增大。孤孤岛岛中中
44、的的非非线线性性负负荷荷，尤尤其其是是配配电电变变压压器器，将将通通过过逆逆变变器器的的输输出出电电流流励励磁磁，非非线线性性负负荷荷的的电电压压响响应应在在励励磁磁电电流流的的作作用下出用下出现现高度失真。高度失真。从从理理论论上上说说，电电压压谐谐波波检检测测法法在在很很宽宽范范围围内内都都能能成成功功的的检检测测到孤到孤岛岛，而且在，而且在多台多台逆逆变变器情况下其器情况下其效果并没有很大改效果并没有很大改变变。电电压压谐谐波波变变化化孤孤岛岛检检测测与与电电压压相相位位突突变变孤孤岛岛检检测测具具体体实实现现时时面面临临同同样样的的困困难难，通通常常不不易易选选择择能能保保证证可可靠靠
45、的的孤孤岛岛检检测测的的动动作作阈值阈值，而不引起逆，而不引起逆变变器器误动误动作。作。实际实际上上如如果果孤孤岛岛中中的的负负载载具具有有很很强强的的低低通通特特性性，这这种种方方法法会会失失效效，例例如如负负载载具具有有很很高高的的品品质质因因数数时时，负负载载的的滤滤波波作作用用将将使使THD减小。减小。当当发发电电机机端端的的负负荷荷分分流流无无功功电电流流或或者者逆逆变变器器具具有有高高质质量量、低低失真失真输输出出时时，该该方法也可能失效。方法也可能失效。另外另外 2）有源孤）有源孤岛检测岛检测方法方法 逆逆变变器器内内部部有有源源孤孤岛岛检检测测方方法法采采用用逆逆变变器器能能够
46、够调调整整其其输输出出电电流流、电电压压或或频频率率的的能能力力扰扰动动负负荷荷，然然后后监监视视其其响响应应来来探探测测具具有有稳稳定定的的电压电压、频频率和低阻抗的配率和低阻抗的配电电网是否断开。网是否断开。(1)阻抗阻抗测测量孤量孤岛检测岛检测方法方法阻阻抗抗测测量量孤孤岛岛检检测测通通过过探探测测当当低低阻阻抗抗配配电电网网断断开开后后，逆逆变变器器输输出出电电路阻抗的路阻抗的变变化来判断孤化来判断孤岛岛是否是否产产生。生。当当逆逆变变器器与与配配电电网网并并网网运运行行时时，由由于于电电流流幅幅值值波波动动即即功功率率变变化引起的化引起的电压电压波波动动大小与系大小与系统统额额定阻抗
47、和功率有关定阻抗和功率有关。如如果果配配电电网网与与逆逆变变器器断断开开，电电流流幅幅值值的的变变化化将将引引起起可可检检测测到到的逆的逆变变器端器端电压电压幅幅值值的的变变化，从而可化，从而可检测检测到孤到孤岛岛的的发发生。生。实实际际上上，逆逆变变器器测测量量的的是是du/dio，因因此此这这种种方方法法通通常常称称为为阻阻抗抗测测量法。量法。电流源时电流源时阻阻抗抗测测量量孤孤岛岛检检测测方方法法最最主主要要的的优优点点是是对对于于只只有有一一个个逆逆变变器器的的孤孤岛岛，若若本本地地阻阻抗抗大大于于配配电电网网阻阻抗抗，在在理理论论上上则则具有非常小的非具有非常小的非检测检测区。区。该
48、该方方法法最最突突出出的的缺缺点点是是在在多多逆逆变变器器情情况况下下孤孤岛岛检检测测的的效效率率将将降降低低，即即使使孤孤岛岛中中所所有有的的逆逆变变器器的的阻阻抗抗测测量量法法也也会会降降低低检检测测效效率率，除除非非所所有有逆逆变变器器输输出的出的扰动扰动信号都同步。信号都同步。即即使使对对于于非非常常大大的的电电网网，系系统统等等效效电电压压源源的的阻阻抗抗也也不不为为零零，因因此此，必必须须设设定定逆逆变变器器动动作作的的阈阈值值，如如果果低低于于该该阈阈值值则则认认为为逆逆变变器器仍仍然然与与配配电电网网连连接接。因因此此该该方方法法也也存存在在非非检检测测区区，如如果果本本地地负
49、负荷荷的的阻阻抗抗低低于于动动作作阈阈值值，阻阻抗抗测测量量法法不不会会认认为为所所测测量量得得到到的的阻阻抗抗是是本本地地负负荷荷的的阻阻抗抗，从从而而允允许许孤孤岛岛继继续续存在。存在。(2)特定特定频频率下阻抗率下阻抗测测量孤量孤岛检测岛检测方法方法该该方方法法是是谐谐波波检检测测方方法法的的一一个个特特例例，之之所所以以被被认认为为是是有有源源的的而而不不是是无无源源的的是是因因为为它它通通过过逆逆变变器器人人为为地地注注入入特特定定频频率率的的电电流流谐谐波波。当当孤孤岛岛发发生生后后，注注入入的的谐谐波波电电流流将将在在负负载载上上产产生生谐谐波波电压电压，只要，只要该谐该谐波波电
50、压电压足足够够大，大，则则可可检测检测到孤到孤岛岛。该该方法与无源的方法与无源的电压谐电压谐波波变变化化检测检测法具有同法具有同样样缺点。缺点。多多台台逆逆变变器器注注入入相相同同的的谐谐波波可可能能产产生生误误动动作作，因因为为即即使使与与低低阻抗网阻抗网络络相相连连，谐谐波波电压电压幅幅值值也将增加很大。也将增加很大。负负载载具具有有的的频频率率特特性性有有可可能能正正好好滤滤除除掉掉引引入入的的电电流流谐谐波波信信号号而使而使该该方法失效。方法失效。(3)滑模滑模频频率漂移孤率漂移孤岛检测岛检测方法方法(SMS)SMS对对逆逆变变器器输输出出电压电压的相角引入正反的相角引入正反馈馈。逆逆