有源配電網(wǎng)的故障檢測(cè)和保護(hù)

1、電力系統(tǒng)故障檢測(cè)與保護(hù)2013年1月15日有源配電網(wǎng)的故障檢測(cè)和保護(hù)0 引言為了滿足用戶對(duì)電能日益增長(zhǎng)的需要，保證用電的可靠性和電能質(zhì)量，太陽(yáng)能發(fā)電、燃料電池、風(fēng)能等分布式電源(Distributed Generation, DG)并網(wǎng)發(fā)電變得越來(lái)越普遍。分布式電源通常連接到配電網(wǎng)上，直接向當(dāng)?shù)刎?fù)荷供電，其容量一般小于50MW1,2。傳統(tǒng)配電網(wǎng)中由于DG的大量接入，形成了有源配電網(wǎng)(Active Distribution Network)，也叫主動(dòng)配電網(wǎng)。有源配電網(wǎng)指的就是DG高度滲透、功率雙向流動(dòng)的配電網(wǎng)絡(luò)。所謂“高度滲透”是指分布式電源容量足夠大，接入分布式電源對(duì)配電網(wǎng)的潮流、短路電流產(chǎn)生

2、了實(shí)質(zhì)性的影響，使得傳統(tǒng)配電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、保護(hù)控制、運(yùn)行管理方法不再有效。有源配電網(wǎng)的概念是相對(duì)于對(duì)DG接入容量做出嚴(yán)格限制的配電網(wǎng)而提出的，它是讓DG盡可能地多發(fā)電(特別是對(duì)可再生能源)、充分地發(fā)揮其對(duì)配電網(wǎng)的積極作用以及節(jié)省整體投資，DG的容量客觀上是可以替代一部分配電容量的3。因此，考慮DG對(duì)配電容量的替代作用，是有源配電網(wǎng)的一個(gè)重要特征。有源配電網(wǎng)使配電系統(tǒng)發(fā)生了根本性的變化：將一個(gè)輻射式的配電網(wǎng)絡(luò)變?yōu)橐粋€(gè)遍布電源和用戶互聯(lián)的配電網(wǎng)絡(luò)，其目的是加大配電網(wǎng)對(duì)于可再生能源的接納能力、提升配電網(wǎng)資產(chǎn)的利用率、延緩配電網(wǎng)的升級(jí)投資，以及提高用戶的用電質(zhì)量和供電可靠性。有源配電網(wǎng)作為未來(lái)智能配電

3、網(wǎng)的一種發(fā)展模式，歐美國(guó)家正積極開(kāi)展相關(guān)技術(shù)的研究。目前，歐盟已經(jīng)在丹麥、西班牙以及英國(guó)等地深入開(kāi)展了有源配電網(wǎng)技術(shù)研究及示范工程建設(shè)。其中最具影響力的是歐盟FP6主導(dǎo)的ADINE（即active distribution network）示范工程，其核心理念是利用自動(dòng)化、信息、通信，以及電力電子等新技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)模接入DG的配電網(wǎng)進(jìn)行主動(dòng)管理（active network management）4。ADINE示范工程通過(guò)實(shí)例演示了有源配電網(wǎng)管理系統(tǒng)是如何與含大規(guī)模DG的有源配電網(wǎng)進(jìn)行交互，從而解決有源配電網(wǎng)中的保護(hù)、電壓控制、電能質(zhì)量、故障穿越和孤島運(yùn)行等一系列問(wèn)題。ADINE示范工程的實(shí)例

4、表明，通過(guò)有源配電網(wǎng)管理技術(shù)，DG在配電網(wǎng)的接入更加容易，還可以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況。2012年以來(lái)，中國(guó)也在大量開(kāi)展有源配電網(wǎng)及其相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的深入研究。本文將闡述有源配電網(wǎng)的含義及其內(nèi)在特征，并在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)論述有源配電網(wǎng)孤島保護(hù)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。1 有源配電網(wǎng)的含義及特征根據(jù)CIGREC6.11工作組的工作報(bào)告，有源配電網(wǎng)可定義為：可以綜合控制分布式能源（DG、柔性負(fù)載和儲(chǔ)能）的配電網(wǎng)，可以使用靈活的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)潮流的有效管理，分布式能源在其合理的監(jiān)管環(huán)境和接入準(zhǔn)則基礎(chǔ)上承擔(dān)對(duì)系統(tǒng)一定的支撐作用。有源配電網(wǎng)在微網(wǎng)對(duì)于DG協(xié)調(diào)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，注重信息價(jià)值的作用，并且采用自上而下的設(shè)計(jì)理念，同時(shí)

5、關(guān)注局部區(qū)域的自主控制（如微網(wǎng)）和全網(wǎng)的最優(yōu)協(xié)調(diào)，是一種可以兼容微網(wǎng)及其他新能源集成技術(shù)的開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)，是智能配電網(wǎng)發(fā)展的高級(jí)階段。此外，從規(guī)模效益來(lái)看，有源配電網(wǎng)是在整個(gè)配電網(wǎng)層面對(duì)可再生能源進(jìn)行消納，其對(duì)于可再生能源的接入半徑更大，可接入的可再生能源容量規(guī)模更大，因此對(duì)綠色清潔能源的利用也更多4。有源配電網(wǎng)與傳統(tǒng)的配電網(wǎng)有明顯的區(qū)別，主要表現(xiàn)以下幾個(gè)方面4。1）間歇式能源消納傳統(tǒng)的配電網(wǎng)采用就地消納間歇式能源模式，若間歇式能源所發(fā)電力過(guò)剩，配電網(wǎng)本身沒(méi)有調(diào)節(jié)能力，無(wú)法上送配電網(wǎng)，只能降低其出力運(yùn)行；而有源配電網(wǎng)具有消納間歇式能源的調(diào)節(jié)能力，若間歇式能源所發(fā)電力過(guò)剩，在滿足配電網(wǎng)運(yùn)行約束的條

6、件下，通過(guò)柔性負(fù)荷以及多層次電網(wǎng)的分層消納能力消納過(guò)剩的間歇式能源。2）DG的調(diào)度傳統(tǒng)的配電網(wǎng)中DG用來(lái)平衡本地負(fù)載，由于功率無(wú)法上送至配電網(wǎng)，無(wú)法參與配電網(wǎng)的最優(yōu)潮流運(yùn)行；而在有源配電網(wǎng)中，通過(guò)源網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，將DG作為可控可調(diào)度機(jī)組參與最優(yōu)潮流的運(yùn)行調(diào)度。3）DG的保護(hù)傳統(tǒng)的配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，DG退出運(yùn)行；而在有源配電網(wǎng)中，當(dāng)配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，允許在有源配電網(wǎng)的管理系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制下，繼續(xù)給非故障區(qū)域的重要負(fù)荷供電。4）DG的監(jiān)控傳統(tǒng)的配電網(wǎng)中獨(dú)立建立DG監(jiān)控系統(tǒng)，無(wú)法與配電自動(dòng)化協(xié)調(diào)控制；而在有源配電網(wǎng)中，DG監(jiān)控系統(tǒng)與配電自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)協(xié)調(diào)的一體化設(shè)計(jì)，可以協(xié)調(diào)DG與配電網(wǎng)的控制。

7、主動(dòng)配電網(wǎng)是未來(lái)大容量DG以及多個(gè)微網(wǎng)接入電網(wǎng)運(yùn)行的主要渠道。2 有源配電網(wǎng)的孤島保護(hù)在有源配電網(wǎng)中，分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行會(huì)帶來(lái)一系列問(wèn)題，孤島(Islanding)就是其中之一。一般來(lái)說(shuō)，在與主系統(tǒng)分開(kāi)以后，非計(jì)劃孤島內(nèi)的功率是不平衡的，若長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，必然會(huì)導(dǎo)致孤島系統(tǒng)中電壓和頻率的嚴(yán)重偏離，造成DG及其周圍負(fù)荷用電設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞。此外，若在主配電系統(tǒng)側(cè)故障，配電系統(tǒng)側(cè)保護(hù)裝置動(dòng)作跳閘后，非計(jì)劃孤島系統(tǒng)中的DG仍有可能繼續(xù)向故障點(diǎn)提供短路電流，使故障得以維持，絕緣無(wú)法恢復(fù)，將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)側(cè)重合閘、備自投或故障后配網(wǎng)重構(gòu)等無(wú)法正確運(yùn)行，危害事故處理人員的人身安全。因此，需要配置孤島保護(hù)，在非計(jì)劃性

8、孤島方式讓DG退出運(yùn)行。根據(jù)所利用信息的不同，孤島保護(hù)可分為基于通信的保護(hù)與基于本地測(cè)量信號(hào)的保護(hù)兩類，而基于本地測(cè)量信號(hào)的保護(hù)又根據(jù)所利用信息的來(lái)源分為無(wú)源保護(hù)與有源保護(hù)?；谕ㄐ诺墓聧u保護(hù)是利用在系統(tǒng)中傳輸斷路器跳閘信號(hào)或載波信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)信號(hào)綜合判斷是否出現(xiàn)孤島運(yùn)行。無(wú)源保護(hù)通過(guò)檢測(cè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)連接處電壓或頻率等的變化來(lái)判斷是否出現(xiàn)孤島運(yùn)行。有源保護(hù)是在DG的輸出中加入擾動(dòng)信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)中電壓、頻率以及阻抗等的相應(yīng)變化，以確定電網(wǎng)的存在與否。圖1 分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)圖2.1 基于通信的孤島檢測(cè)方法目前提出的基于通信的孤島檢測(cè)方法主要有兩種，一種是傳輸斷路器跳閘信號(hào)孤島檢測(cè)法

9、，一種是電力線載波通信孤島檢測(cè)法（簡(jiǎn)稱載波孤島保護(hù)）。1. 傳輸斷路器跳閘信號(hào)孤島檢測(cè)法5,6它是監(jiān)控所有DG與電網(wǎng)之間的斷路器和自動(dòng)重合閘的狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)有開(kāi)關(guān)操作使一部分配電網(wǎng)與主網(wǎng)脫離，即通過(guò)中央處理算法確定孤島范圍，跳開(kāi)分布式電源并網(wǎng)開(kāi)關(guān)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性強(qiáng)，檢測(cè)速度快，穩(wěn)定性高；對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行無(wú)影響。主要缺點(diǎn)是成本高、執(zhí)行復(fù)雜；對(duì)于多重網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，需要一個(gè)中央算法處理；當(dāng)自動(dòng)重合閘和配電線路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，運(yùn)算算法需要及時(shí)更新配電網(wǎng)拓?fù)湫畔?；為保證方案的可靠性，必須連續(xù)發(fā)送信號(hào)，所以需要大量的通信做支持，對(duì)于無(wú)線電和電話線不能覆蓋的有源配電網(wǎng)，若采用此方法代價(jià)難以評(píng)估3。

10、2. 載波孤島保護(hù)7載波孤島保護(hù)的原理圖如圖2所示。從變電站母線向系統(tǒng)注入載波信號(hào)，利用電力線路將信號(hào)在配電網(wǎng)中傳輸開(kāi)來(lái)，每個(gè)DG設(shè)備均裝設(shè)信號(hào)接收器，如果接收器沒(méi)有檢測(cè)到該注入信號(hào)，則說(shuō)明變電站和該DG設(shè)備之間的斷路器可能跳閘，認(rèn)為DG處于孤島運(yùn)行狀態(tài)，孤島保護(hù)立即動(dòng)作，將DG從電網(wǎng)中切除。其中，信號(hào)發(fā)生器有幾個(gè)輔助輸入，任一輸入停止發(fā)送信號(hào)都將導(dǎo)致信號(hào)發(fā)生器停止向系統(tǒng)注入信號(hào)，使DG從電網(wǎng)中切除。圖2 載波孤島保護(hù)原理該方案能可靠執(zhí)行，必須滿足以下幾點(diǎn)要求：l)注入信號(hào)必須是連續(xù)的。因?yàn)橐坏┬盘?hào)中斷，基于以檢測(cè)信號(hào)的連續(xù)性為基礎(chǔ)的該方案，可能認(rèn)為DG與變電站母線之間的斷路器跳閘，導(dǎo)致保護(hù)誤

11、動(dòng)作。2)注入信號(hào)在整個(gè)有源配電網(wǎng)中能可靠地傳輸，經(jīng)過(guò)變壓器或系統(tǒng)對(duì)地電容時(shí)信號(hào)衰減不能太大。因?yàn)樽儔浩鞯拇?lián)電感將中斷高頻信號(hào)，所以注入信號(hào)必須使用低頻信號(hào)。3)注入信號(hào)應(yīng)與電力系統(tǒng)中的任何可能產(chǎn)生的信號(hào)區(qū)別開(kāi)來(lái)。為了方便檢測(cè)，不受電力系統(tǒng)中其他固有信號(hào)的干擾，次諧波信號(hào)或不同頻率信號(hào)的混合信號(hào)是比較理想的選擇。該方法的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)配電網(wǎng)中的分布式電源密度增加時(shí)，信號(hào)發(fā)生器仍可以共用，不需要增加；信號(hào)接收器只檢測(cè)信號(hào)的連續(xù)性，可靠性相對(duì)較高；不受配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化的影響；注入信號(hào)對(duì)系統(tǒng)計(jì)量、檢測(cè)等干擾較小，對(duì)輸出電能質(zhì)量和系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)影響很??；利用電力線本身作為信號(hào)的通道，易于實(shí)現(xiàn)，投資相對(duì)

12、較小。缺點(diǎn)是信號(hào)發(fā)生器為低壓設(shè)備，需通過(guò)一個(gè)升壓變壓器連接在變電站母線上，如果有源配電網(wǎng)中只有一臺(tái)或兩臺(tái)分布式電源，成本需要考慮；系統(tǒng)中的噪聲和諧波等干擾信號(hào)可能影響信號(hào)接收器對(duì)載波信號(hào)的檢測(cè)結(jié)果，注入的載波信號(hào)可能干擾其它電力線路載波通信，如自動(dòng)讀表等。另外，該方法沒(méi)有考慮信號(hào)發(fā)生裝置故障和系統(tǒng)故障等因素對(duì)信號(hào)傳輸和信號(hào)接收情況的具體影響，保護(hù)存在誤動(dòng)和拒動(dòng)的可能，檢測(cè)原理還需要進(jìn)一步完善，離實(shí)用化還有很大的距離。2.2 無(wú)源保護(hù)方法（被動(dòng)式孤島保護(hù)方法）被動(dòng)法是通過(guò)檢測(cè)電網(wǎng)斷電時(shí)逆變器輸出的端電壓幅值、頻率、相位、諧波是否出現(xiàn)異常來(lái)判斷是否產(chǎn)生孤島。主要包括低頻低壓、高頻高壓、關(guān)鍵電量變化

13、率檢測(cè)法、矢量移向法和功率波動(dòng)法等。1. 低頻低壓與高頻高壓檢測(cè)8,9DG并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，頻率和電壓不會(huì)有很大的波動(dòng)，總能夠在允許的范圍之內(nèi)。出現(xiàn)孤島時(shí)，若干負(fù)荷不匹配，則頻率和電壓的很難維持穩(wěn)定，由此可以作為孤島發(fā)生的判據(jù)。頻率判據(jù)：當(dāng)檢測(cè)到的頻率在49.550.5 Hz之間時(shí)，認(rèn)為DG處于并網(wǎng)狀態(tài)，而低于49.5Hz或高于50.5Hz時(shí)，認(rèn)為DG處于孤島狀態(tài)。電壓判據(jù)：當(dāng)檢測(cè)到的電壓在電網(wǎng)額定電壓的90108%之間時(shí)，認(rèn)為DG處于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。而低于90%或高于108%時(shí)，認(rèn)為DG處于孤島狀態(tài)。利用低頻低壓與高頻高壓法檢測(cè)孤島狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便，但由于僅反映頻率及電壓的大小，容易受

14、重負(fù)荷切換或大電源跳閘等原因引起的頻率、電壓變化的影響，誤動(dòng)率較高。此外，如果孤島部分的功率基本平衡或發(fā)電機(jī)有一定的調(diào)節(jié)能力，形成孤島以后頻率電壓也可能基本不變，或變化不超出整定的范圍,將會(huì)造成孤島狀態(tài)的漏檢。所以這種檢測(cè)方式一般僅用在較小容量的分布式發(fā)電設(shè)備上或僅作為一種輔助的檢測(cè)手段。2. 電壓諧波檢測(cè)法10電壓諧波檢測(cè)法的原理是通過(guò)監(jiān)控逆變器端電壓的總諧波畸變(THD)，一旦THD超出了設(shè)定的閡值，就會(huì)檢測(cè)到孤島的發(fā)生。在逆變器的輸出電流中總是會(huì)不可避免地包含一些諧波信號(hào)，并網(wǎng)運(yùn)行的時(shí)候，由于電網(wǎng)是低阻抗電壓源，所以逆變器的端電壓諧波畸變非常低，諧波畸變數(shù)值當(dāng)發(fā)生孤島現(xiàn)象時(shí)，逆變器的端阻

15、抗將會(huì)增大，這導(dǎo)致輸出諧波電流促使端電壓電壓諧波也增大。3. 關(guān)鍵電量變化率檢測(cè)法11孤島發(fā)生以后，由于系統(tǒng)的不穩(wěn)定，功率、頻率等電量都比較敏感，其變化率將增大，可以通過(guò)檢測(cè)功率變化率、頻率變化率、諧波畸變率、不平衡度、頻率對(duì)功率的偏導(dǎo)等變量值是否超出限值來(lái)判斷孤島的產(chǎn)生。4.一種新的被動(dòng)式孤島檢測(cè)方法12,13該方法以并網(wǎng)公共連接點(diǎn)(point of common coupling, PCC)處頻率變化與負(fù)荷電壓變化之比作為檢測(cè)指標(biāo)，利用其計(jì)算值與所給門檻值相比較來(lái)判斷并網(wǎng)系統(tǒng)是否發(fā)生孤島現(xiàn)象。該方法檢測(cè)盲區(qū)較小。被動(dòng)檢測(cè)法優(yōu)點(diǎn)：由于并網(wǎng)逆變器本身的控制策略就需要檢測(cè)端電壓，此法不需要增加額

16、外的硬件電路或者獨(dú)立的保護(hù)繼電器；對(duì)電網(wǎng)無(wú)干擾，對(duì)電能質(zhì)量無(wú)影響；在多臺(tái)逆變器下，檢測(cè)效率不會(huì)降低。被動(dòng)檢測(cè)法缺點(diǎn)：檢測(cè)盲區(qū)（NDZ）較大；門檻閾值難以設(shè)定，既要高于正常運(yùn)行時(shí)的值，又要小于孤島時(shí)的值。為了減小NDZ，常提高裝置的靈敏度，但會(huì)引發(fā)設(shè)備無(wú)故障誤跳閘，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行；在某些特定的情況下，NDZ很大；某些參數(shù)不能直接測(cè)量，需要復(fù)雜的計(jì)算才能得到，其計(jì)算誤差以及計(jì)算時(shí)間對(duì)檢測(cè)效果也會(huì)產(chǎn)生影響。被動(dòng)法適用范圍：被動(dòng)法一般與主動(dòng)法結(jié)合起來(lái)運(yùn)用，應(yīng)用于負(fù)載頻率變化不大，且與逆變器的功率輸出不匹配的場(chǎng)合。2.3 有源保護(hù)方法（主動(dòng)式孤島保護(hù)方法）主動(dòng)檢測(cè)通過(guò)控制DG對(duì)系統(tǒng)施加一個(gè)外部干擾，

17、然后監(jiān)視系統(tǒng)的響應(yīng)來(lái)判斷是否形成孤島，一般是通過(guò)調(diào)制DG的有功或無(wú)功輸出，檢測(cè)電壓和頻率的響應(yīng)變化。主要包括阻抗測(cè)量法、特定頻率的阻抗測(cè)量法、電抗插入法、Sandia電壓偏移法、輸出功率擾動(dòng)法、主動(dòng)頻率偏移法、帶正反饋的主動(dòng)頻率偏移法、頻率突變檢測(cè)法、滑模頻率漂移法、自動(dòng)相位偏移法、Sandia頻率偏移法、電壓前饋正反饋檢測(cè)法、負(fù)序電壓正反饋檢測(cè)方法等。1. 阻抗測(cè)量法(主動(dòng)電流干擾法)14它通過(guò)逆變器向電網(wǎng)周期性地注入電流幅值擾動(dòng)，使其輸出功率發(fā)生變化，進(jìn)而使輸出電壓改變。當(dāng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，由于電網(wǎng)阻抗很小，由電流幅值變動(dòng)產(chǎn)生的電壓改變很??；當(dāng)電網(wǎng)斷開(kāi)時(shí)，由于負(fù)載阻抗較大，引入擾動(dòng)后的電流與負(fù)載

18、阻抗相乘得到的電壓會(huì)明顯地變化，觸發(fā)過(guò)/欠壓保護(hù)動(dòng)作。2. 特定頻率的阻抗測(cè)量法11通過(guò)逆變器人為地注入特定頻率的電流諧波，逆變器并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，諧波電流流入電網(wǎng)，不會(huì)出現(xiàn)異常電壓；孤島情況下，諧波電流流入本地負(fù)載，如果負(fù)載是線性的，那么注入的諧波電流將在負(fù)載上產(chǎn)生諧波電壓，當(dāng)諧波電壓足夠大時(shí)，則可檢測(cè)到孤島。3. 電抗插入法15在 DG 與本地負(fù)載容量匹配的區(qū)域附近的繼電器上加裝可自動(dòng)投切的電感或者電容，改變系統(tǒng)負(fù)載阻抗，當(dāng)市電故障時(shí)，即將電感或者電容并入，通過(guò)無(wú)功功率破壞系統(tǒng)平衡，可以通過(guò)檢測(cè)到電壓、頻率的異常變化來(lái)判斷是否發(fā)生孤島。4. Sandia電壓偏移法10對(duì)逆變器的輸出電流有效值或有

19、功調(diào)節(jié)環(huán)施加正反饋，使電網(wǎng)斷開(kāi)后，公共點(diǎn)電壓能很快地偏離正常范圍，從而檢測(cè)出孤島狀態(tài)。5. 輸出功率擾動(dòng)法16通過(guò)在逆變器的輸出有功功率P或無(wú)功功率Q中周期性地加入擾動(dòng)，當(dāng)電網(wǎng)斷電后，擾動(dòng)值足夠大時(shí)，將會(huì)使公共耦合點(diǎn)電壓或頻率發(fā)生明顯變化，從而檢測(cè)到孤島的發(fā)生。6. 主動(dòng)頻率偏移法（AFD）8,14通過(guò)周期性地在逆變器輸出電流的頻率中引入微小變化，電網(wǎng)正常工作時(shí)，由于PLL作用，輸出電流頻率與電網(wǎng)電壓進(jìn)行同步，輸出電流頻率不會(huì)偏離額定值。當(dāng)電網(wǎng)斷電后，為了達(dá)到負(fù)載電路的諧振頻率和相角，逆變器的輸出頻率跟隨電網(wǎng)電流和負(fù)載的性質(zhì)變化，會(huì)持續(xù)地增減，直至超越頻率額定值，孤島狀態(tài)被檢測(cè)出來(lái)。7. 帶正

20、反饋的主動(dòng)頻率偏移法17為避免因負(fù)載性質(zhì)造成AFD孤島效應(yīng)檢測(cè)方法效果下降，在原有的AFD法的基礎(chǔ)上，采用周期性不間斷地對(duì)逆變器輸出電壓進(jìn)行正反兩個(gè)方向的頻率擾動(dòng)，以消除負(fù)載性質(zhì)對(duì)單一頻率擾動(dòng)方向的平衡作用，加速頻率偏離正常值，使得NDZ進(jìn)一步減小。8. 頻率突變檢測(cè)法18按預(yù)先設(shè)定模式把死區(qū)插入到輸出電流波形，每隔幾個(gè)周期插入一次死區(qū)。正常情況下，逆變器電流引起頻率突變，但是電網(wǎng)阻止電壓波動(dòng)；電網(wǎng)斷開(kāi)后，可迫使對(duì)頻率產(chǎn)生偏差，通過(guò)檢測(cè)逆變器輸出電壓頻率變化來(lái)檢測(cè)孤島。9. 滑模頻率漂移法19在正常并網(wǎng)時(shí)，由于 PLL 作用，電網(wǎng)通過(guò)提供固定的參考相角和頻率，逆變器工作點(diǎn)穩(wěn)定在工頻；當(dāng)孤島形成

21、后，引入相角偏移，公共耦合點(diǎn)電壓頻率增大，又會(huì)使偏移角進(jìn)一步增大，形成正反饋，使公共耦合點(diǎn)的頻率超出閾值，從而檢測(cè)到孤島發(fā)生。10. 自動(dòng)相位偏移法20在正常并網(wǎng)時(shí)，系統(tǒng)工作在電網(wǎng)電壓額定頻率以及相角為 0 處；當(dāng)孤島產(chǎn)生時(shí)，有一個(gè)額外的相角增量，這打破系統(tǒng)的平衡，在達(dá)到新的平衡點(diǎn)過(guò)程中，由于負(fù)載相角與頻率成正比，系統(tǒng)輸出電流為了跟上給定值，不斷增大，導(dǎo)致幅值逐周期增大，增大的相角又導(dǎo)致 進(jìn)一步增大，因此形成正反饋，最終到頻率越限，檢測(cè)到孤島。反之，穩(wěn)態(tài)頻率有微小減小，最終導(dǎo)致欠頻越限，檢測(cè)到孤島。11. Sandia頻率偏移法21它是對(duì)逆變器輸出電壓頻率應(yīng)用正反饋檢測(cè)方法，從而強(qiáng)化了頻率偏差

22、。為實(shí)現(xiàn)正反饋，斬波系數(shù)定義為：，式中：為無(wú)頻差時(shí)的斬波系數(shù)；為加速增益；為逆變器輸出電壓頻率；為電網(wǎng)工頻。正常情況下，逆變器輸出端電壓頻率即電網(wǎng)頻率；當(dāng)電網(wǎng)斷電后，在正反饋的作用下，頻差隨頻率和增益的增加而增加，也增加，加速偏移，直至觸發(fā)過(guò)頻保護(hù)；反之，如果減小，最后變?yōu)樨?fù)數(shù)，逆變器輸出電流的周期大于輸出電壓周期。12. 電壓前饋正反饋檢測(cè)法16為了加快檢測(cè)速度，將a點(diǎn)電壓前饋，經(jīng)過(guò)預(yù)設(shè)算法得到的輸出量作為電流幅值擾動(dòng)量。預(yù)設(shè)算法為：，式中：為電流幅值擾動(dòng)量；為反饋系數(shù)；為a點(diǎn)電壓峰值；為電網(wǎng)電壓峰值；為周期擾動(dòng)量，初始值為0，每隔1s將其設(shè)置為預(yù)設(shè)值，當(dāng)時(shí)，=而當(dāng)時(shí)，=。逆變器處于并網(wǎng)運(yùn)行

23、狀態(tài)時(shí)，電壓出現(xiàn)平衡狀態(tài)；當(dāng)電網(wǎng)斷電后，>或，根據(jù)正反饋，一直呈上升或下降趨勢(shì)，直至超出閾值，系統(tǒng)檢測(cè)到孤島。13. 負(fù)序電壓正反饋檢測(cè)方法22在逆變器并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)引入負(fù)序電壓正反饋，它不影響輸出電流頻率，不增加輸出電流諧波，公共耦合點(diǎn)正常工作電壓不平衡度可為2%4%，正常情況下電壓負(fù)序分量項(xiàng)很小，對(duì)輸出電流影響不大；但當(dāng)電網(wǎng)斷路后，逆變器單獨(dú)為負(fù)載供電，電壓負(fù)序分量正反饋環(huán)路將導(dǎo)致負(fù)序分量呈放大趨勢(shì)，根據(jù)負(fù)序分量超出預(yù)設(shè)值可判斷孤島的發(fā)生。主動(dòng)檢測(cè)法的特點(diǎn)：當(dāng)分布式電源輸出功率與負(fù)載所需功率匹配時(shí)，主動(dòng)檢測(cè)法仍能檢測(cè)出孤島，與被動(dòng)檢測(cè)法相比，其檢測(cè)效率明顯提高，檢測(cè)盲區(qū)較小；由于引入了擾

24、動(dòng)，勢(shì)必會(huì)對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生影響；控制算法過(guò)于復(fù)雜或使得輸出諧波較大；在多逆變器的情況下，注入的擾動(dòng)信號(hào)可能相互抵消，檢測(cè)效率會(huì)有所下降。由于無(wú)源法與有源法各有優(yōu)缺點(diǎn)，最近有文獻(xiàn)提出將有源法和無(wú)源法結(jié)合起來(lái)的方法，稱為混合法。文獻(xiàn)（23,24）結(jié)合正反饋技術(shù)(positive feedback, PF)和總諧波失真檢測(cè)法(voltage unbalance and total harmonic distortion, VU/THD)原理提出一種混合孤島檢測(cè)法。文獻(xiàn)（25）提出一種結(jié)合電壓平均變化率和有功偏移的混合孤島檢測(cè)方法，能夠克服有源法和無(wú)源法的不足。另外，還可以考慮基于廣域信息的孤島檢測(cè)方法

25、，文獻(xiàn)（26）提出了基于雙端正序電壓相位差變化的新的孤島檢測(cè)判據(jù)，該方法以雙端檢測(cè)取代單端檢測(cè)，解決單端量方法對(duì)于干擾或某些特殊故障所引起的問(wèn)題無(wú)能為力的缺陷。3. 有源配電網(wǎng)故障分析方法簡(jiǎn)述在有源配電網(wǎng)中，消弧線圈自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償，即跟蹤實(shí)際電網(wǎng)電容電流的大小，實(shí)時(shí)調(diào)整消弧線圈的電感，使系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障后，消弧線圈產(chǎn)生的感性電流能夠完全補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)地電容產(chǎn)生的容性電流，使接地點(diǎn)電流減小，利于接地點(diǎn)電弧的自行熄滅，降低故障的危害程度，是保證電網(wǎng)可靠運(yùn)行的一種重要技術(shù)措施1-3。單相接地故障選線，即在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后，盡快找出故障線路，在進(jìn)行必要的負(fù)荷轉(zhuǎn)移后，人為地將接地設(shè)備從系統(tǒng)中切除，

26、能防止故障引起的過(guò)電壓危害系統(tǒng)絕緣，引發(fā)更為嚴(yán)重的短路故障，是減少故障損失，提高配電網(wǎng)供電可靠性和用戶滿意度的一種主要技術(shù)措施1-3。4. 結(jié)論有源配電網(wǎng)的推廣應(yīng)用能極大地提升電網(wǎng)對(duì)綠色能源的兼容性以及對(duì)已有資產(chǎn)利用的高效性，是未來(lái)智能配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。有源配電網(wǎng)的實(shí)施與部署必將引起傳統(tǒng)配電網(wǎng)的重大變革，將徹底改變已有配電網(wǎng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)以及運(yùn)行方式，其關(guān)鍵點(diǎn)在于有源配電網(wǎng)故障計(jì)算、DG并網(wǎng)保護(hù)和孤島保護(hù)原理、饋線保護(hù)原理以及保護(hù)的整定配置方法等方面取得新的突破，形成完整的有源配電網(wǎng)保護(hù)解決方案27。不過(guò)，為了鼓勵(lì)多方參與，促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，電力市場(chǎng)還需要進(jìn)一步放寬監(jiān)管、拓展交易機(jī)制，在電網(wǎng)管理者、

27、系統(tǒng)研究開(kāi)發(fā)人員、系統(tǒng)運(yùn)行人員、供電用戶以及能源供應(yīng)商之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)，使得未來(lái)的有源配電網(wǎng)成為一個(gè)開(kāi)放、公平和綠色的配電網(wǎng)。參考文獻(xiàn)1 徐丙垠, 李大友, 薛永端, 金文龍. 智能配電網(wǎng)講座(第一講)J. 供用電, 2009, 26(3): 81-84.2 徐丙垠, 李大友, 薛永端, 金文龍. 智能配電網(wǎng)講座(第二講)J. 供用電, 2009, 26(4): 22-27.3 樊淑嫻. 信號(hào)注入法在有源配電網(wǎng)保護(hù)與控制中的綜合應(yīng)用D. 山東大學(xué), 2011.4 尤毅, 劉東, 于文鵬, 陳飛, 潘飛. 主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)及其進(jìn)展J. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2012, 36(18): 10-14.5

28、 HORGAN5.IANNUCCIJ, WHITAKERL, etal. Assessment of the Nevada test site as a site for distributed resource testing and Project PlanJ. NREL/SR-560-31931, 2002.6 朱艷偉, 石新春, 王振岳, 但揚(yáng)清. 一種新型孤島檢測(cè)方法J. 電力電子技術(shù), 2011, 45(7):9-10.7 樊淑嫻, 徐丙垠, 馬士聰. 載波閉鎖式孤島保護(hù)方案J. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2011, 39(2):119-124.8 奚淡基. 逆變器并網(wǎng)孤島測(cè)試技術(shù)的研

29、究D . 杭州:浙江大學(xué),2006.9 AMBOT. Islanding prevention by slip mode frequency shiftC. Proceedings of the IEA PVPS Workshop on Grid-interconnection of Photovoltaic Systems, 1997.10 潘東省. 基于逆變器的微電網(wǎng)孤島檢測(cè)研究D. 昆明:昆明理工大學(xué), 2011.11 廖紅偉, 林永君. 光伏發(fā)電系統(tǒng)孤島的檢測(cè)J. 電力科學(xué)與工程, 2010,26(11).12 曾議. 分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測(cè)研究D. 長(zhǎng)沙: 湖南大學(xué), 2009.

30、13 曾議, 吳政球, 劉楊華,等. 分布式發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測(cè)技術(shù)J. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào), 2009, 21(3):106-110.14 張純江, 郭忠南, 孟慧英, 劉煒. 主動(dòng)電流擾動(dòng)法在并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測(cè)中的應(yīng)用J. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2007,22(7):176-180.15 Grebe T E. Application of distribution system capacitor banks and their impact on power qualityJ. IEEE Transactions on Industry Applications, 1996, 32(3):714-719.16 郭小強(qiáng), 趙清林, 鄔偉揚(yáng). 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測(cè)技術(shù)J. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2007, 22(4):157-162.17 張曉莉, 薛家祥, 崔龍斌, 梁永全. 周期性擾動(dòng) AFDPF 方法在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)孤島檢測(cè)中的應(yīng)用J. 電子技術(shù)應(yīng)用, 2012, 38(5):65-70.18 殷桂梁, 孫美玲, 肖麗萍. 分布式發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測(cè)方法研究J. 電子測(cè)量技術(shù), 2007, 30(1):1-6.19 毛曉坡. 微網(wǎng)系統(tǒng)中孤島效應(yīng)檢測(cè)方法的研究D. 武漢: 湖北