緒論研究背景及意義近年來，隨著社會的不斷發(fā)展，人們的經(jīng)濟水平也在大幅度的提升，隨之帶來的是用電量在不斷跟隨時間的上漲在提高REF_Ref23022\r\h[1]。因此，國家不得不進一步擴大電網(wǎng)的安裝面積，但是隨著面積的不斷擴大，電網(wǎng)容量的增加，這些大電網(wǎng)容量也出現(xiàn)了許多的問題，對于遠距離地區(qū)輸配電較為困難，不能按照人們日常所需求的能量進行提供。同時，帶來的問題是傳統(tǒng)能源的不斷消耗，人類將目光集中尋找新的能源和目前生活中所現(xiàn)存的清潔性燃料上，希望可以通過使用清潔的能源來補充能源短缺的缺口。該類型的清潔能源不僅不產(chǎn)生對生態(tài)環(huán)境所污染的氣體，而且屬于可再生能源。而可再生能源有很多很多，其中太陽能和風能就屬于這眾多能源的其中兩種。我國在這幾年在清潔能源的開采和利用方面經(jīng)過不斷的努力已經(jīng)取得了很大的進步。這些清潔能源的額使用將會大大減少對環(huán)境的污染問題，然而太陽能說到底確實是一種新型的清潔能源，不會產(chǎn)生污染，并且可以持久的不斷發(fā)電。同時，該種新的能源發(fā)電方式可以實現(xiàn)隨時隨地取之并且實現(xiàn)了能源的充分利用，減少了因為遠距離輸配電導致的線路消耗，大大提升了能源的充分利用，因此此種環(huán)保，高效的新型發(fā)電技術產(chǎn)生了分布式光伏發(fā)電。能源危機和新能源開發(fā)近年來，隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，然而經(jīng)濟的飛速發(fā)展伴隨著產(chǎn)生的負面危害相信大家是有目共睹的。而這種現(xiàn)象不僅體現(xiàn)在對能源的巨大損耗尤其是一次能源，并且對環(huán)境的變化極其嚴峻，空氣得到了污染，霧霾不斷加重，更嚴重的話可以危及生態(tài)平衡走向毀滅。因此，新型清潔能源的開發(fā)利用就成為了我國乃至全世界人們的頭等大事，與此同時對我們長期耐以生存的環(huán)境來說也增加了困難。并且關乎到經(jīng)濟，政治、文化等有著密切聯(lián)系。因而傳統(tǒng)能源的短缺問題關乎到我們生活中的各個方面。能源短缺問題將不僅影響著我們的經(jīng)濟、生活、甚至長遠來說可能會牽扯到人們以后的出行方式，同時有可能將會引發(fā)人類社會的進步歷程。然而人類目前所使用的能源來自煤炭的燃燒等經(jīng)過化學提煉的能源供給使用。而這些能源是不可再生的能源，一旦用光用盡，將不會在短時間內重生，必須得經(jīng)過上百年甚至過億年才可以重新產(chǎn)生，但是這個時間太久，人類等不起。所以，隨著人類社會發(fā)展的同時，傳統(tǒng)的化石能源儲存量也在不斷降低，然而這將會直接影響我們經(jīng)濟的發(fā)展。我們不得不承認傳統(tǒng)的化石能源大量的使用使得經(jīng)濟快速發(fā)展，社會迅速進步，但同時，我們所居住的生態(tài)環(huán)境以及氣候的不斷變化成為了一種新的挑戰(zhàn)。然而伴隨著各個國家能源的逐步損耗，并且伴隨著傳統(tǒng)能源的燃燒所帶來的環(huán)境污染問題，迫使著人們對能源危及有了一種新的認識，并且開始探索與發(fā)掘新能源。不得不說新型清潔能源與傳統(tǒng)能源還是有著千差萬別，其最主要的區(qū)別是傳統(tǒng)的化石燃料用完后將不會在短期內產(chǎn)生，而新型清潔能源可以說是即用既得，不分時間地域的限制?，F(xiàn)在，伴隨著能源的枯竭很多國家意識到可再生能源的重要性，他們開始利用政策來鼓舞人們去探索和發(fā)現(xiàn)新的可再生能源。隨著可再生能源的不斷開發(fā)和使用，我相信在不久的將來能源的短缺將會由于人們的付出和努力得到很大的改善,人們也將會享受自己不斷努力的結果，為國家的經(jīng)濟發(fā)展繼續(xù)添磚加瓦。寧可不要金山銀山，我們也要綠水青山，換句話說，就是隨著經(jīng)濟的發(fā)展我們也要不斷的發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的保護，可以開發(fā)新的能源來解決目前的能源枯竭問題，進而改善環(huán)境問題。當然改善生態(tài)環(huán)境只靠我們一個國家是遠遠不夠的，需要各個國家共同努力，各個國家人民共同解決生態(tài)問題，生態(tài)環(huán)境變好了，相應的人民的經(jīng)濟水平也就提高了，自然而然生活質量也就上來了，生活也就變得更加豐富多彩了。目前，很多國家已經(jīng)開始了新能源的探索，比如，可燃冰，地熱能，海洋能，生物質能和核聚變能。但是這些能源挖掘起來相當?shù)睦щy并且會耗費大量的人力，物力和材力。從長期來看，目前所存有的風能，太陽能，水利發(fā)電等可以更好的實現(xiàn)能源的續(xù)能，但是隨著技術的發(fā)展，其他能源也逐漸飽和，分布式光伏發(fā)電將成為主流的一種能源，將會得到大力的發(fā)展。伴隨著各行各業(yè)的崛起，能源的消耗隨時間的推移不斷增加，解決能源危機問題是目前最主要的問題，加強新型清潔能源的發(fā)掘成為了目前所要解決的重大問題，全球新能源的轉型將會替代傳統(tǒng)能源并且新能源的探索將會被全世界廣泛關注。從一方面來說，目前能源的儲量，煤、石油等化石能源將會隨著時間的不斷增長，能源的儲藏量將會不斷減少。圖1.1為世界常規(guī)能源未來幾十年的可使用年限預測圖。圖1.1世界常規(guī)能源可使用年限預測從圖中可知：這些常規(guī)的能源可供使用是有限制的，如果我們不進行有效合理的利用將會使得能源最終達到一種嚴重枯竭的狀態(tài)。而眾所周知，太陽能的儲藏量是非常大的，就是等待著人們去發(fā)掘，太陽能可解決成后續(xù)的供能問題，并且將會成為人類發(fā)展的剛需。再者說，從環(huán)境保護思想出發(fā)，煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源的不斷消耗會產(chǎn)生大量的CO2，而這些CO2將會排放進大氣中，從而導致全球范圍內氣候變暖，并且將會伴隨著冰川消融，生物種類不斷減少等問題REF_Ref16714\r\h[2]。圖1.2中展示了不同發(fā)電方式的碳排放量。圖1.2不同發(fā)電方式的碳排放量根據(jù)上圖分析可知，褐煤燃燒放出的CO2量遠遠超過太陽能的10倍之多；當然除過褐煤放出的量極多以外，其他煤，石油，天然氣也毫不遜色，其分別為太陽能光伏排放量的10倍，8倍，6倍之多。綜上數(shù)據(jù)所述，在當下情況下選擇太陽能光伏發(fā)電技術所產(chǎn)生的CO2排放量可以說是最少的，而且太陽能光伏實現(xiàn)起來也不算困難，相對生物質能來說是比較容易來實現(xiàn)的?？紤]到對生態(tài)環(huán)境和化石能源極其匱乏的情況下，太陽能更為方便，清潔，能量充分，不受地域影響等優(yōu)點不斷被人們所接受并且得到快速的發(fā)展。在人們眼中太陽能主要作用為：太陽能光伏發(fā)電（例：家用屋頂太陽能光伏發(fā)電），太陽能熱利用（例：家用太陽能熱水器），光化學能量（例：太陽能路燈）等其中太陽能光伏發(fā)電應用更為廣泛。近年來，太陽能光伏發(fā)電的裝機容量是顯著可見的，圖3是十年來全球范圍內的太陽能光伏發(fā)電的裝機總容量(兆瓦)調查圖REF_Ref16906\r\h[3]。圖中顯示10年以來裝機容量在呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，由此可見其發(fā)電方式在人們眼中的重要性逐漸增強。圖1.3太陽能光伏發(fā)電總的裝機容量（兆瓦）從圖中分析可知，隨著時間的增長全球光伏發(fā)電的裝機容量在不斷提升，從2010年的1212兆瓦到2020年6946兆瓦短短十年時間容量就超過近7倍，發(fā)展如此迅猛，不難想象幾年后可以輕松過萬兆瓦裝機容量。容量上升了，用電需求也就順應上升，人們的生活質量也就上升，人類居住的生活環(huán)境也將變得越來越好。光伏發(fā)電技術的研究意義追溯到上個世紀五六十年代，我們不難發(fā)現(xiàn)光伏發(fā)電技術就已經(jīng)引起人們關注并且得到一定程度的發(fā)展。在世界經(jīng)濟的迅速發(fā)展下，傳統(tǒng)的化石燃料燃燒帶給我們的不僅是經(jīng)濟的增長，同時，伴隨著能源的枯竭以及環(huán)境污染等一系列問題。然而，光伏發(fā)電可以作為一種新的能源替代方式來接續(xù)能源的消耗，并且可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源繼續(xù)發(fā)展經(jīng)濟，緩解化石能源枯竭和改善生態(tài)環(huán)境污染的問題。所以，光伏發(fā)電技術在近幾十年來得到迅速發(fā)展，并且這些發(fā)展首先在太陽能發(fā)達，地域面積寬廣的國家得以發(fā)展。在全球趨勢的發(fā)展和符合我國國情的前提下，國內的太陽能光伏發(fā)電技術規(guī)模日益壯大。太陽能是目前人們發(fā)掘過程中能量儲藏量可以說是最多的新型清潔能源，而且這種能源是不受地域限制的，隨時隨地可以取得，適應于偏遠地區(qū)供電線路到達不到的地方，不受地域的限制并且能夠很好的改善遠距離輸電、解決供電過程中的線路損耗問題。光伏發(fā)電的工作原理是將一次太陽能轉化為電能來進行供給人們利用，這一特點說明太陽能發(fā)電的效率極高；最具有的特點是在發(fā)電過程中不會釋放出造成溫室效應的CO2氣體,不會對我們居住的生態(tài)環(huán)境造成危害，工作過程中基本上不會產(chǎn)生噪音，具有綠色環(huán)保的特點；想要建成一個光伏發(fā)電系統(tǒng)不耗費的時間也很短，花費的人力，材力基本上可以說一次到位，后期只需要簡單的清理光伏面板灰塵即可。此外，安裝操作過程也是相對比較簡單、容易操作，并且系統(tǒng)可以穩(wěn)定安全的運行、后期維修保養(yǎng)價格低等特點。近幾十年來，分布式光伏發(fā)電得到全世界各國政府的重視，并且政府的大力支持也使得該項技術在現(xiàn)存的產(chǎn)業(yè)中發(fā)展速度加快，使用率也因此提高。因此，對該技術的深入研究具有重大價值。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的關鍵技術當光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)時，我們將會密切關注這一過程之中電能質量和供電安全可靠性等問題。雖然，人們通過長時間的研究，對該技術可以說是達到一種游刃有余的操作水平了，并且取得了多項研究成果，同時將這些成果合理安全的運用到了實際生活中。但是，隨著時間的推移該項技術將會暴露出一些問題而這些問題我們還得繼續(xù)探索發(fā)現(xiàn)，比如其中一個最關鍵的問題孤島效應REF_Ref19929\r\h[4]。孤島是光伏發(fā)電過程中最有可能出現(xiàn)的一個最基本的問題，由于該種現(xiàn)象會引起很大的影響才會使得人們關注孤島。孤島一詞起初是在美國的一篇報告中提出：在市電公司電網(wǎng)穩(wěn)定運行的過程中，由于某些自然原因導致其不能繼續(xù)穩(wěn)定運行而需要馬上進行檢修時，此時分布式光伏系統(tǒng)沒能夠準確快速的檢測到此種突發(fā)狀態(tài)繼續(xù)向負載提供穩(wěn)定運行的電能，不再受電網(wǎng)牽制作用，這就是產(chǎn)生了孤島。這種現(xiàn)象稱為孤島效應，孤島發(fā)生后，如果不能快速的發(fā)現(xiàn)，可能會對維修保障人員造成生命危險。同時，系統(tǒng)不能夠在最短的時間內做出正確的操作指令將會引起整個市電網(wǎng)絡處于一種癱瘓的狀態(tài)，如果市電網(wǎng)絡在進行修復的過程中將會燒毀大量的電子設備和電子儀器。所以，能夠快速準確的檢測出孤島現(xiàn)象是評判一個DG系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行的標準，也是其對系統(tǒng)以及檢修人員安全的一種保障。孤島是DG系統(tǒng)中的一個最基本問題。由于市電網(wǎng)絡供電不足等原因引起系統(tǒng)無法正常穩(wěn)定運行工作，造成用戶的光伏發(fā)電系統(tǒng)不能立即檢測到因市電網(wǎng)斷電而停止供電時無法完成將自身脫離電網(wǎng)，并繼續(xù)向負載提供電能。這種因市電網(wǎng)絡在不按照規(guī)定的情況下停電等非計劃原因造成的孤島，稱之為非計劃孤島。然而產(chǎn)生該種情況有很多種原因，接下來就簡單介紹幾種：市電網(wǎng)絡因發(fā)生故障，并能夠迅速的使得自身脫離，但DG系統(tǒng)卻未能及時脫離并且繼續(xù)為負載供電保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行市電網(wǎng)絡因為一些不確定原因不能向系統(tǒng)繼續(xù)提供電能操作失誤天氣原因非計劃孤島可能造成的不良影響：(1)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)不能根據(jù)自身情況發(fā)生的改變而改變，且分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的保護元件不能夠去控制電壓和頻率的偏移現(xiàn)象，當孤島發(fā)生時，系統(tǒng)不能夠有效的控制其輸出，使得發(fā)出的電能質量達使得系統(tǒng)穩(wěn)定運行的標準要求，將會造成發(fā)電設備和負載的燒毀(2)孤島現(xiàn)象發(fā)生時由于某些故障不能夠被及時發(fā)現(xiàn)，將會引起電網(wǎng)設備以及檢測設備的燒毀。(3)當系統(tǒng)發(fā)生孤島效應時，一些設備可能會產(chǎn)生漏電現(xiàn)象，而該種現(xiàn)象很容易給檢測人員帶來生命危險。因此，由于會產(chǎn)生一些損失或對人員造成傷害，所以能否對孤島狀態(tài)進行準確且迅速的檢測，成為了重要研究的方向，然而現(xiàn)有的孤島檢測方法雖能在規(guī)定時間內檢測出孤島存在，但仍有不足。因此需要對孤島檢測方法進行更深入、更全面的研究。孤島檢測國內外研究現(xiàn)狀孤島檢測是在上世紀八十年代伴隨分布式電源的發(fā)展而出現(xiàn)的一種配電網(wǎng)保護措施，在該領域，德國、美國以及日本是最先進行專項研究的國家，并在實踐的基礎上制定了符合自身國情的孤島檢測規(guī)則。比方說荷蘭僅需要檢測頻率是否過限來判別是否發(fā)生孤島，德國選擇利用阻抗或ENS設備邊緣節(jié)點服務ENS（EdgeNodeService）基于運營商邊緣節(jié)點和網(wǎng)絡構建，一站式提供靠近終端用戶的、全域覆蓋的、彈性分布式算力資源，通過終端數(shù)據(jù)就近計算和處理，優(yōu)化響應時延、中心負荷和整體成本。幫助用戶業(yè)務下沉至運營商側邊緣，有效降低計算時延和成本。來檢測孤島;美國相關行業(yè)一些單位選擇1s作為檢測時限，日本則采用0.5s-1s邊緣節(jié)點服務ENS（EdgeNodeService）基于運營商邊緣節(jié)點和網(wǎng)絡構建，一站式提供靠近終端用戶的、全域覆蓋的、彈性分布式算力資源，通過終端數(shù)據(jù)就近計算和處理，優(yōu)化響應時延、中心負荷和整體成本。幫助用戶業(yè)務下沉至運營商側邊緣，有效降低計算時延和成本。我國在孤島檢測領域的研究雖然開始比較晚，但是進展速度很快?，F(xiàn)階段，在已有孤島檢測方法上進行改進升級和創(chuàng)新，是國內相關領域研究的主要趨勢。我們的目的是如何在減小對電能質量影響的同時，快速、準確地檢測到孤島現(xiàn)象，每年都有大量的方案策略被學者所提出。就目前研究成果而言檢測方法大致分為3種，基于遠程通訊，主動式和被動式檢測。被動式檢測法一般檢測PCC點出的頻率變化，判斷其是否超過我們所設定范圍，正常情況下為+5%，如果超過閾值則可判定為發(fā)生孤島，相反沒有發(fā)生。一般常用的有OUV、OUF、相位跳變等方法。但由于此類被動式檢測方法檢測速度慢，所測參數(shù)值變化不夠明顯，同時檢測盲區(qū)比較大等缺點，所以一般情況下為了保證系統(tǒng)在運行過程中的安全穩(wěn)定運行，通常會在系統(tǒng)中增加主動式孤島檢測來維持系統(tǒng)穩(wěn)定。孤島檢測系統(tǒng)可以檢測出主電路的電路故障，并且立即斷開逆變器，使得光伏發(fā)電系統(tǒng)立刻斷開與電網(wǎng)相連接，起到及時保護用電設備以及工作人員生命安全。遠程檢測法遠程檢測法一般需要通信裝置的配合,通過在電網(wǎng)側和DG（分布式電源）側加裝載波信號收發(fā)裝置，來實現(xiàn)對各個斷路器通斷狀態(tài)的檢測。一旦載波接收端檢測到信號消失，就能夠表明大電網(wǎng)與DG之間的連接出現(xiàn)問題，從而判定出孤島發(fā)生。該種方法是通過電力線或者電話線進行載波傳輸，如果有一個斷路器的斷開就會立刻檢測出孤島現(xiàn)象。因此，該方法不存在檢測盲區(qū)（Non-detectionZone,NDZ）并且不會影響電網(wǎng)電能質量問題，但價格比較昂貴。被動檢測法被動法是將大電網(wǎng)與DG站點間公共鏈接點(PointofCommonCoupling,PCC)的電壓、電流信號提取出來，通過其幅值、頻率、相位或阻抗的變化來分析是否存在孤島。該種方法雖然可以檢測出來孤島現(xiàn)象，其優(yōu)點是不會對電網(wǎng)產(chǎn)生波動影響但是需要的檢測時間較長，檢測速度慢，檢測盲區(qū)（NDZ）較大。主動檢測法主動式孤島檢測法是利用并網(wǎng)逆變器向電壓電流等信號中注入擾動，再對PCC處電壓頻率、相位、幅值等變量進行檢測。并網(wǎng)時擾動不會導致上述變量偏移，斷網(wǎng)后擾動則會使其偏移出正常范圍。該種方法的檢測結果相對比較準確?？偟脕碚f在任何時候準確和迅速地檢測出系統(tǒng)是否發(fā)生孤島是對每一個光伏發(fā)電系統(tǒng)的必然要求。截至目前，由于科技水平和經(jīng)濟不發(fā)達的原因，對于孤島現(xiàn)象還不能夠得到完全充分的利用，因此DG系統(tǒng)必須對孤島檢測必須安全可靠，當孤島發(fā)生時，要能夠準確的判斷出系統(tǒng)所處的狀態(tài)。

光伏發(fā)電系統(tǒng)的介紹分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要結構有太陽能光伏電板、逆變器、濾波電路、控制電路、蓄電池等。太陽能光伏電板是整個系統(tǒng)中不可缺少的一部分，其原理就是將光能通過太陽能板轉化為化學能，再由化學能轉化為電能。而一般構成太陽能發(fā)電板的材料有不同的種類，一類是晶體硅，另一類是非晶硅電池。當有光照并且滿足光伏板所能接受的光照條件時，其可以在很短的時間內通過電壓回路產(chǎn)生電流信號。而這種獨特的以太陽能為直接能源的發(fā)電方式稱為太陽能光伏（縮寫PV），簡稱光伏。太陽能電池是將一種光化學能通過光電效應把光能轉化成電能的一種發(fā)電裝置。而構成太陽能面板材料一般是由數(shù)以百計的單晶硅模塊相互連接組成，而以這種方式進行光電轉換的材料研究目前處于發(fā)展初期，后期還需繼續(xù)對轉換效率和最大使用年限深入研究。而逆變器對于DG系統(tǒng)來說是必不可少的部分，是連接二者之間的橋梁，將電池板釋放的直流電經(jīng)過DC-AC環(huán)節(jié)然后將輸出的AC再輸送給市電網(wǎng)絡。光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類光伏發(fā)電系統(tǒng)可以根據(jù)不同的性質可以分為不同的類別，而每個類別都有不同的特點，我們需要充分的理解，才能在需要時選擇合適的系統(tǒng)進行現(xiàn)場的設計調整，用于實踐生活中。按照是否與大電網(wǎng)相連，可以將發(fā)電系統(tǒng)分為獨立式和并網(wǎng)式。獨立式光伏發(fā)電系統(tǒng)此類系統(tǒng)又稱為獨立的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，由字面意思可以理解：獨立的發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)之間不存在聯(lián)系，而是由DG系統(tǒng)獨自向用戶負載供電。如圖2.1所示，通過觀察該系統(tǒng)的結構，我們不難發(fā)現(xiàn)此系統(tǒng)結構相對比較簡單，光伏陣列易于組裝，并且安裝時可以將其置于屋頂或墻體側等特點，這樣在滿足人們對用電需求的同時又節(jié)省了空間結構。此類系統(tǒng)其實還可以不受地域的限制安裝在相對荒僻的荒漠上，還可以解決因為遠距離輸變電，所在的大山深處供電困難的地方，此類系統(tǒng)可以說是有很大的應用前景。當遇見天氣情況比較惡劣時，我們可以使用發(fā)電系統(tǒng)的內部存在的蓄電池進行放電，它可以接替繼續(xù)向用戶持續(xù)供電，這樣可以滿足人們對用電的需求以及可以達到一種不間斷供電狀態(tài)。圖2.1獨立式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)式光伏發(fā)電系統(tǒng)該發(fā)電系統(tǒng)是在獨立式光伏發(fā)電系統(tǒng)的結構上將逆變器前移，然后在與市電網(wǎng)連接，而電網(wǎng)側所需要的電能由逆變器直接輸送不需要經(jīng)過中間其他電氣設備。根據(jù)系統(tǒng)的結構不同可以將其分為調度式和非調度式兩大類別。調度式系統(tǒng)相比于非調度式而言其中間多了一組控制器和直流蓄電池進行電能相互轉換，相互調節(jié)的控制型器件。圖2.2調度式光伏發(fā)電系統(tǒng)調度式光伏發(fā)電系統(tǒng)結構如圖2.2所示，原理是將DG系統(tǒng)所產(chǎn)生的過剩能量儲存在蓄電池內部，以備當天氣陰暗，多雨的季節(jié)以及光伏產(chǎn)生的電量不足以供給給負載時，通過蓄電池放電來持續(xù)支持負載運行。但是該種方式投入的成本相當大，并且會隨著時間的推遲，所產(chǎn)生的能量不斷損失。圖2.3非調度式光伏發(fā)電系統(tǒng)非調度式光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖2.3所示，該系統(tǒng)中間不存在儲能環(huán)節(jié)，當然也就不存在能量的充放過程，這樣會使得所產(chǎn)生的能量得到充分利用，不會產(chǎn)生太多的損耗，同時也降低了前期的投資成本。因此，非調度式系統(tǒng)成為了人們未來使用的主要方向，并且得到了人們的賞識。隔離性與非隔離性系統(tǒng)再本質上最大的區(qū)別就是我們可以直接通過觀察系統(tǒng)結構，看其中是否存在隔離變壓器，如果存在那么該系統(tǒng)就屬于隔離性，相反則系統(tǒng)屬于非隔離性。然而電氣隔離在DG系統(tǒng)中扮演著極其重要的角色，而電氣隔離是可以有效的避免發(fā)生觸電危及人的生命安全問題，并且還可以避免大量的諧波信號進入電網(wǎng)。而非隔離型又可以再次細分為電壓源型和電流源性兩種不同的系統(tǒng)結構。同樣的道理，我們通過最簡單最直接的方法去區(qū)別電壓源和電流源型的系統(tǒng)，首先電流型系統(tǒng)它是以電感作為直流側的儲能元件，并且電感在該系統(tǒng)中會以一種高阻的特性出現(xiàn)；其次電壓型系統(tǒng)它是以電容作為儲能元件，使得在該系統(tǒng)中以一個低阻態(tài)的性能出現(xiàn)。連接方式如圖2.4所示。電流型光伏系統(tǒng)電壓型光伏系統(tǒng)圖2.4電流型和電壓型光伏系統(tǒng)結構根據(jù)其光伏發(fā)電系統(tǒng)結構可以劃分為：單極式、雙極式、多極式。單極式光伏發(fā)電系統(tǒng)因其自身結構特性使得電能傳輸路徑相對較簡單，當然組成單級式系統(tǒng)的電子器件較少、使的系統(tǒng)結構簡單，能量直接進行轉換不經(jīng)過中間其他環(huán)節(jié)，大大節(jié)約了投資成本，與雙級式和多極式系統(tǒng)連接結構而言，該系統(tǒng)只進行一次電能轉換，轉換效率較高。其結構如圖2.5(a)所示。其實生活中我們常見的多極式系統(tǒng)結構大都一樣，都是由光伏陣列，整流，逆變等組成，而多極式的眾多結構中就數(shù)雙極式系統(tǒng)應用最為廣泛，其系統(tǒng)結構如圖2.5（b）所示。由圖中的結構我們可以觀察到光伏陣列通過吸收太陽能進行能量轉換以后，在通過整流，逆變等控制環(huán)節(jié)的調節(jié)最終將所產(chǎn)生的電能輸出個市電網(wǎng)絡，由于電網(wǎng)的牽制作用電壓、電流將不會再出現(xiàn)大的波動，系統(tǒng)可以基本上可以達到一種穩(wěn)定運行的狀態(tài)。單極式發(fā)電系統(tǒng)雙極式發(fā)電系統(tǒng)圖2.5光伏發(fā)電系統(tǒng)從系統(tǒng)的結構我們不難看出雙極式相較與單極式而言變換過程相對比較復雜，但是其所使用的控制器較為簡單，因此設計起來也就比較容易，但是因為其結構變換過程復雜，這樣就會使得投資成本進一步提高，缺點也較為明顯，由于所經(jīng)環(huán)節(jié)較多則會引起能量損耗，導致能量利用率減小。常用光伏發(fā)電系統(tǒng)的結構在我們的日常生活中，最常見的光伏發(fā)電系統(tǒng)大致可分為兩種：單向光伏發(fā)電系統(tǒng)、三相光伏發(fā)電系統(tǒng)，接下來就一一給大家介紹。單向光伏發(fā)電系統(tǒng)結構單相光伏發(fā)電系統(tǒng)的結構如圖2.6所示，從系統(tǒng)結構圖中我們可以觀察到，由直流電壓輸入經(jīng)過四個開關器件IGBT的相互調節(jié)，將調節(jié)后的電壓經(jīng)過LC濾波濾除調解過程中所產(chǎn)生的諧波，然后再輸出給市電網(wǎng)絡，其中系統(tǒng)中電容起到穩(wěn)定直流電壓的作用。圖2.6單向光伏發(fā)電系統(tǒng)三相光伏發(fā)電系統(tǒng)結構如圖2.7所示為三相光伏發(fā)電系統(tǒng)結構示意圖，由圖可知，其與單相相比IGBT個數(shù)由4個增加至6個，當然系統(tǒng)結構也變的比較復雜，但是其原理相差不大，系統(tǒng)輸入電壓經(jīng)過由6個開關器件組成的三相全橋逆變電路逆變，將輸出的三相交流電經(jīng)過RLC濾波以后輸出給市電網(wǎng)絡。當DG系統(tǒng)所需要的容量較大時，單級式三相橋式逆變器比起單相橋式逆變器就有得天獨厚的優(yōu)勢。所以，人們對其的研究也就相應更加深入，其原理也便于人們理解。圖2.7三相光伏發(fā)電系統(tǒng)結構濾波電路的選擇光伏發(fā)電系統(tǒng)中由于直流到交流逆變環(huán)節(jié)存在，經(jīng)過三組IGBT開關器件的相互配合，將逆變過程中所產(chǎn)生的大量諧波進行濾除。而當DG系統(tǒng)和市電網(wǎng)絡相連接在共同為負載用戶供電時，我們不希望大量的諧波流入電網(wǎng)，因為由于諧波的存在在并網(wǎng)連接時，這些諧波將會很大程度的影響電網(wǎng)質量。因此我們需要將這些影響電網(wǎng)質量的諧波進行濾除，防止其對電網(wǎng)造成影響，這就需要選擇合適的濾波電路并且對其進行設計。常見的濾波電路分三種結構：L型、LC型、LCL型圖2.8濾波電路的分類由圖2.8分析可知，三種濾波電路各有特點，不過從濾除諧波的能力上來說LCL的濾除諧波能力最強，其次是LC型，所以相對來說LC電路結構相對比較簡單，操控起來也比較容易，但是不論是LCL型還是LC型濾波電路，由于本身結構存在諧振點，容易在濾除高次諧波的同時產(chǎn)生新的諧振，而我們要想徹底濾除這些諧波，那么對控制器的要求就更加復雜。所以選擇一種合適的濾波電路在實際應用生活中是很重要的。常用的逆變器控制策略不管是光伏并網(wǎng)發(fā)電、風力光強互補發(fā)電還是其它類型的混合發(fā)電，最后只要其接入電網(wǎng),都必須要進行交直流電能的轉換，因此逆變過程是扮演著很重要的角色。當光伏并網(wǎng)發(fā)電時，太陽能光伏板把所吸收到的太陽光能經(jīng)光伏電池板轉換化學能，再將化學能轉化成電能，因為所產(chǎn)生的電能相對于我們所需要的電能老說不穩(wěn)定而且是直流電不能供人們直接使用，所以必須要經(jīng)過逆變器將直流電轉變成交流電與電網(wǎng)相連和供人們使用。而逆變器扮演著兩者之間的橋梁，逆變器性能的好與壞直接決定了DG系統(tǒng)在與市電網(wǎng)絡相連接時整個系統(tǒng)能否可以安全穩(wěn)定運行。為了更快速，更高效的獲得人們日常所需要的電能，對于逆變器的選擇也是相當重要的。而逆變器由控制方式可分為：模擬型、數(shù)字型。接下來對我們日常生活中常見的控制方式進行分析介紹。數(shù)字PID控制方式其PID控制方式由三個最基本的控制環(huán)節(jié)組成：P比例環(huán)節(jié)，I積分環(huán)節(jié)，D微分環(huán)節(jié)REF_Ref22770\r\h[7]。P環(huán)節(jié)在執(zhí)行的過程中是為了使得系統(tǒng)能快速的接近我們所期望的值，而I環(huán)節(jié)作用是在我們快要靠近目標時不至于超過溢出，而D環(huán)節(jié)則是在I的基礎上錦上添花使得更精確的完成我們理想化的目標。而三者中我們并不是值調節(jié)的值越大越好，需要一種適量又不過度的結果。簡單來說，當你需要將一水缸水裝滿時，你可以先使用大桶灌注，當距離水缸還有幾公分距離時改為水瓢舀水，為了防止溢出到接近水滿時改用勺子來加水最終裝滿一缸水。一般情況下根據(jù)所需三個環(huán)節(jié)會配合使用，不會單獨使用某一種方法來實現(xiàn)控制。電流滯環(huán)控制滯環(huán)控制屬于PWM跟蹤控制的其中之一，其根據(jù)跟蹤信號的不同，又可以分為電壓滯環(huán)控制、電流滯環(huán)控制REF_Ref19929\r\h[4]。電流滯環(huán)控制是依據(jù)所檢測到的偏差信號，根據(jù)接收到的信號來控制IGBT等開關器件閉合狀態(tài)的策略。其控制過程中不需要載波，相對來說比較容易實現(xiàn)；其電流響應比較迅速，可以立刻對電網(wǎng)側出現(xiàn)的諧波電流進行補償，由于跟蹤所產(chǎn)生的偏差很小，為了讓其具有更強的穩(wěn)定特性，我們可以將環(huán)寬設置在一定的區(qū)間內來減少誤差，但同時由于沒有固定的開關次數(shù)，對系統(tǒng)穩(wěn)定運行可能會產(chǎn)生很大的影響。無差拍控制對于無差拍控制的思想而言，使其按照目前系統(tǒng)所運行的狀態(tài)周期，對逆變器所輸出的狀態(tài)方程進行分析研究，推理出下一周期所產(chǎn)生的PWM脈沖寬度，再通過對下一周期脈沖寬度的調節(jié)來完成電壓的誤差校準。但這種算法比較復雜，而且負載變化比較微小的情況下也能檢測出來，同時系統(tǒng)所變現(xiàn)出來的魯棒性很差。

光伏并網(wǎng)系統(tǒng)孤島檢測的常見問題孤島效應是光伏發(fā)電系統(tǒng)的一種最常見的問題，而孤島檢測和防護對于該系統(tǒng)來說是非常重要的而且是不得不去考慮的問題。是對電力設備以及電力檢測人員的一種安全防護也逆變器的一項很重要的關鍵性技術。本章計劃從孤島效應產(chǎn)生的機理，危害以及孤島檢測的基本原理作為出發(fā)點同時結合國內外孤島檢測標準，重點分析目前孤島效應的被動式、主動式、遠程檢測三種方法的檢測原理。孤島效應產(chǎn)生的機理孤島的定義及其危害根據(jù)IEEEStd.929-2000的定義，“孤島”是指光伏發(fā)電電網(wǎng)的一部分在與市電網(wǎng)其他部分隔離開時繼續(xù)保持運行的一種狀態(tài)。當系統(tǒng)正常工作時光伏發(fā)電經(jīng)過公共連接點PCC與市電網(wǎng)相連接共同為負載供電，如果電網(wǎng)因故障、檢修或者其他非人為原因引起電網(wǎng)停止工作時，若光伏發(fā)電模塊不能在最短的時間內檢測出電網(wǎng)停電而將自身切離市電網(wǎng)絡，并單獨由光伏發(fā)電網(wǎng)向負載供電，維持負載正常工作，這時就會造成電力公司無法控制的自給供電現(xiàn)象，該現(xiàn)象就稱之為孤島。也可理解為此時的光伏運行處于孤島狀態(tài)。孤島效應對于DG系統(tǒng)來說是一種特有的現(xiàn)象。而且當這種現(xiàn)象發(fā)生時往往伴隨著很大的危害，不僅僅會對電力設備、負載產(chǎn)生損壞，同時維修檢查人員的生命安全也沒有安全保障。所以說檢測孤島效應和做出有效防護對于該類系統(tǒng)來說相當重要，而且也成為了人們研究的主要方向。孤島檢測的基本原理分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)（DG）的檢測原理圖如圖3.1所示圖3.1DG與電網(wǎng)連接時的系統(tǒng)孤島檢測原理圖由圖分析可知分布式發(fā)電和電網(wǎng)通過PCC點連接，向負荷輸送電力，負荷由電阻、電感和容量組成。如圖3.1所示，當電網(wǎng)正常運行時斷路器QF1、QF2閉合分布式電源輸出功率為并聯(lián)負載消耗的功率為輸入進電網(wǎng)的功率為則可以得出：（3.1）（3.2）其中式中和為：（3.3）（3.4）式（3.3），（3.4）中U為PCC點電壓，是在PCC點的角頻率。當電網(wǎng)正常運作時：，其中是電網(wǎng)電壓，是電網(wǎng)電壓的角頻率，由（3.3），（3.4）得：（3.5）（3.6）當電網(wǎng)因故障以及其他外界因素而斷電時，如上圖3.1所示，相當于斷路器QF1斷開，該系統(tǒng)由分布式電源獨自向用戶負載提供所需的電能，維持系統(tǒng)通暢運行，而此時負載所需要的功率為：（3.7）（3.8）式（3.7），（3.8）中,分別為當斷開后所為負載提供的有功和無功，,是當斷開與市電網(wǎng)相連接后PCC點處的電壓和角頻率。將式（3.5）與（3.7）相除可以得到：（3.9）假設可由式（3.9）得出，即可以理解為當分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的與負載消耗的相等時，倘若產(chǎn)生孤島效應后，那么在PCC點出的電壓不變。式（3.6）和（3.8）相除可以得到：（3.10）由式（3.6）可得：（3.11）由式（3.10），（3.11）可以得出：（3.12）式（3.12）中：稱為諧振電路中電容的無功功率，所以可以將式（3.12）簡化為：（3.13）假設,則式（3.13）為：（3.14）由式（3.14）可知，即當DG發(fā)電系統(tǒng)所輸出的和與負載PLC所接受的有功，無功相等時，產(chǎn)生孤島效應PCC點所在的電壓，頻率不變。由式（3.9）和（3.13）可得，當DG發(fā)電系統(tǒng)輸出的和與負載PLC所接受的有功，無功不相等時，即時，孤島效應產(chǎn)生后，PCC點處的電壓和頻率將都發(fā)生改變，這種改變會引起我們更容易判別孤島效應，如果檢測到PCC點出的電壓頻率超過我們所設定的范圍時可以判定為發(fā)生孤島效應，即處于孤島狀態(tài)。孤島檢測的國內外標準隨著光伏并網(wǎng)技術和光伏發(fā)電的不斷發(fā)展和使用，隨著使用該技術越來越多同時我們也面臨著很多的困難與挑戰(zhàn)也越來越多，同時需要解決很多不同的問題。為了能夠更好的解決這些問題，需要通過不斷的實驗與探索，同時為了減少工作強度和工作量,在實驗與探索的過程中我們需要對不同的問題進行約束，制定相應的標準，這樣會使得人們在工作中達到事半功倍的效果，同時將會使得系統(tǒng)能夠更穩(wěn)定的運行。國外孤島檢測標準通過對孤島效應的現(xiàn)象和工作原理分析，當電網(wǎng)因檢修等不確定因素與光伏系統(tǒng)失去連接時，如果經(jīng)過很長的一段時間不能恢復之前的狀態(tài)將會致使過電流，大電壓，損壞設備，損壞元器件甚至嚴重的話危及檢修人員的生命安全等危害。為了能夠使系統(tǒng)穩(wěn)定運行，當孤島效應發(fā)生后，為了迅速的檢查故障并且在最短時間內重新與電網(wǎng)相連接恢復系統(tǒng)的穩(wěn)定運行狀態(tài)。因此檢測時要滿足相應的標準和要求。如果檢測時間太長，發(fā)生檢測錯和漏檢將會導致系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài),給人們造成用電困難和負擔。為了可以更好的解決這些影響，我們不僅僅要能夠以最快的速度檢測出孤島現(xiàn)象，同時還要提出如何解決此類問題的方案，因此通過結合其他國家分析研究出，提出了一系列檢測標準。為此，大多數(shù)國家依據(jù)對電能的使用情況給出了一些相關的標準，當然我國也出臺了一些相關的標準決定。其中，被人們所廣泛接受的IEEEStd1547-2003，IEEEStd929-2000，等標準為分布式系統(tǒng)和電網(wǎng)的連接提供了統(tǒng)一技術規(guī)范，以及測試規(guī)范。這幾個標準對發(fā)生孤島后相應的，檢測時間，電壓，頻率等要求分別如下表3-1、表3-2和表3-3所示。表3-1孤島保護時間標準表3-1為所給出的關于孤島保護時間的相關標準。由于電壓降落的程度不同，因此我們所需求的響應時間也不同，它是隨著電壓降落的程度改變而改變的。表中的額定電壓我們用表示，其參數(shù)是設定為120V。表3-2頻率異常響應時間表3-3電壓異常響應時間表3-2和表3-3為當孤島效應產(chǎn)生時，DG系統(tǒng)在PCC點處頻率異常和電壓異常二者之間所對應的時間，其中額定頻率為60Hz，額定電壓為120V，通常情況下，維持系統(tǒng)正常工作的頻率范圍為59Hz-60.5Hz。國內孤島檢測標準根據(jù)我國電網(wǎng)的實際運行情況來說，GB/T19939-2005標準也提出了相應的要求。表3-4為當孤島發(fā)生后電壓異常響應時間，其中為額定電壓，參數(shù)設定為220V。表3-4電壓異常響應時間光伏系統(tǒng)正常工作時由于電網(wǎng)的牽制作用其電壓，電流等會與電網(wǎng)保持同步。我國規(guī)定50Hz為電網(wǎng)側的額定頻率，為了保障系統(tǒng)處于一種正常穩(wěn)定的運行工作狀態(tài)，因此頻率的震蕩不能過于劇烈，一般為基頻的。此時如果DG系統(tǒng)發(fā)生變化，引起PCC點電壓波動范圍比較大，那么此時DG系統(tǒng)應該立刻切斷與市電網(wǎng)絡的連接；反之如果此時PCC處電壓波動范圍較小時，且系統(tǒng)能夠繼續(xù)保持穩(wěn)定工作時，假如說頻率超出我們系統(tǒng)所設定的范圍，系統(tǒng)將會在后0.2s以內啟用保護動作，將二者切斷連接，立即停止工作。孤島檢測方法的研究當電網(wǎng)由于檢修故障以及外界環(huán)境因素等不確定的情況造成無法正常運行時，而與市電網(wǎng)絡相連接的光伏系統(tǒng)由于沒有迅速，準確的檢測出此時電網(wǎng)所出的狀態(tài)，依舊持續(xù)向用戶負載供電，而所有輸出的電能僅被負載所吸收，此時光伏發(fā)電系統(tǒng)和負載形成的一種單一的不可逆的電路，并且由于斷電不受電網(wǎng)牽制約束的現(xiàn)象就是我們所知道的孤島效應。如果發(fā)生了孤島現(xiàn)象，就會造成整個系統(tǒng)和負載產(chǎn)生一系列不良影響。為了消除這些影響帶來的后果，我們就需要在孤島發(fā)生時能夠快速，準確的檢測出來，然后再進行下步操作。目前，對于光伏發(fā)電系統(tǒng)和市電網(wǎng)相連接共同為負載供電運行時產(chǎn)生孤島現(xiàn)象時檢測方法各種各樣。不過可以大概總結為三類：被動式孤島檢測，主動式孤島檢測和基于遠程通訊檢測。被動式檢測方法被動式方法檢測原理主要是依據(jù)將電網(wǎng)斷電前后PCC點處的電壓幅值，頻率，相位等因素的變化情況來進行判定是否發(fā)生孤島狀況。該方法優(yōu)點在于操作簡單，而且不需要增加額外元器件，并且當電網(wǎng)斷電前后如果功率發(fā)生變化比較明顯的話可以很容易檢測到孤島現(xiàn)象，接下來給大家介紹幾種生活中最常見的被動式孤島檢測方法過/欠電壓OUV、高/低頻率OUF檢測法這種方法的檢測原理是在我國的電網(wǎng)運行標準的前提下，對公共連接點處的頻率，電壓進行采集分析。而我國在保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的所能允許電壓的波動范圍為之間,頻率波動范圍為。如果孤島發(fā)生后，則采集到的電壓和頻率將會超過我們所設定的范圍區(qū)間。但同時該方法也存在著一定的局限性，當并網(wǎng)時電源輸出功率等于負載時，離網(wǎng)后的頻率和電壓與并網(wǎng)時相同則保護失敗，存在很大的檢測盲區(qū)。電壓相位突變檢測法該種方法的依據(jù)是將采集到的交流側輸出電壓，電流通過對比相位之間的變化來判定是否發(fā)生孤島現(xiàn)象。如果產(chǎn)生孤島就會引起有功和無功失衡的情況。通過對比分析電壓相位突變法的檢測速度一般情況下比AFD法更為迅速。因此，相角突變法能夠快速的檢測出孤島狀態(tài)。同時我們還會采用波形過零點技術，每當波形過零點，則相位就會變化一次，這種方法不僅可以檢測出相位變化，而且檢測時間相對比較少。但是，該種方法系統(tǒng)結構中存在PLL鎖相器件，正因為有它的存在，將會使得系統(tǒng)的電壓電流趨于同步變化，這將會引起相位角的變化不夠明顯，不能被檢測部分所快速識別，同樣會出現(xiàn)檢測盲區(qū)，所以一般情況下不會使用該檢測方法。主動式檢測檢測方法為了解決被動式所帶來的系統(tǒng)檢測失效問題，主動式檢測法也就作為該種方法的補缺而出現(xiàn)。主動式的思想是根據(jù)在DG系統(tǒng)中主動加入一種很小的擾動信號，這種擾動信號可以是,和再或者然后根據(jù)檢測系統(tǒng)的輸出來判定是否處于孤島。當DG系統(tǒng)與市電網(wǎng)絡相連接共同為負載供電時，我們所加入的這些擾動信號將不會對電網(wǎng)造成太大的影響，而當孤島效應發(fā)生時，之前所加入的擾動信號就會被無限的放大數(shù)倍，而我們需要重新采集這些信號，判斷它們的變化是否超過我們所規(guī)定的門限值，如果超過將可以判定為孤島，否則沒有發(fā)生。接下來介紹幾種常見的主動檢測方法：主動頻率偏移法（AFD）、輸出功率擾動法、阻抗變化（電網(wǎng)阻抗測量）法，自動相位偏移法（APS），Sandia頻率偏移法等REF_Ref1306\r\h[8]。接下來介紹幾種最常見的檢測方法。主動頻率偏移法（AFD）與擾動法而言，因為電網(wǎng)頻率比較穩(wěn)定，因此通過檢測頻率變化來判斷孤島的發(fā)生是相對來說比較容易的。主動頻率偏移法檢測原理是通過使DG電源輸出一個由圖3.2所示的正弦波所突變的電流信號，從而使得輸出的電流基波與電網(wǎng)網(wǎng)壓產(chǎn)生一個相位差，DG系統(tǒng)根據(jù)網(wǎng)壓頻率調整輸出電流頻率，通過檢測網(wǎng)壓頻率是否偏移超出門限頻率實現(xiàn)孤島檢測。圖3.2AFD下公共點電壓和逆變器參考電流波形輸出功率擾動法REF_Ref23237\r\h[9]然而被動法檢測失敗是因為DG的功率與部分電網(wǎng)負載的功率基本上處于一種相持衡的狀態(tài)，因此導致并網(wǎng)逆變器側的和變化很小。逆變器側的輸出電流可以表示為：（3.15）那么最簡單最直接的解決方法就是周期性的改變DG系統(tǒng)的輸出功率，這樣就打破電源與負載相持衡的這種平衡狀態(tài)。對于電流輸出型的DG系統(tǒng)，我們只需要將輸出電流指令做一個小小的改動，可以減小一半輸出電流指令，因為電網(wǎng)電壓可以說基本上保持恒定不變，那么我們所檢測到的輸出功率將會因為電流的變化自然也就隨之改變，從而實現(xiàn)功率擾動。這種方法對于單個分布式電源來說是可行并且有效的，但如果我們面對的是多個DG系統(tǒng)和電網(wǎng)相連接的情況，該種方法就會出現(xiàn)判別失效的狀況。因為在多個DG與電網(wǎng)相連接的情況下，單個分布式電源的輸出功率與總的功率相比是微乎其微的，我們可以不用考慮，因此改變單個功率對該類系統(tǒng)來說是沒有太大影響的，另外一種方法就是我們可以保證所有的DG系統(tǒng)同時工作同時停止，即我們可以將所有的DG系統(tǒng)的輸出功率同時減小為原來的1/2，而如果要使得所有的DG系統(tǒng)擾動指令同時工作，這樣就會使得所有的分布式電源之間彼此相互聯(lián)系實現(xiàn)共同通信，但是這樣就增加了系統(tǒng)的控制成本和提高了系統(tǒng)的復雜性，因而該方法在實際生活中不太可靠，一般不采用。阻抗變化（電網(wǎng)阻抗測量）法當DG系統(tǒng)處于正常穩(wěn)定工作的狀態(tài)時，由于電網(wǎng)自身所帶的阻抗很小，我們可以忽略不計，此時使得負載阻抗和電網(wǎng)阻抗并聯(lián)值也相對較小，同時PCC處阻抗在擾動的作用下也沒有很大的變化，而當系統(tǒng)發(fā)生孤島現(xiàn)象，不能及時的將市電網(wǎng)絡與DG系統(tǒng)所脫離時，只剩下DG與負載相連接持續(xù)為負載供電，這時增加擾動會使得PCC處的等效阻抗發(fā)生明顯改變。然后根據(jù)值的變化來進行判別阻抗是否變化從而得出結論，這就是阻抗測量法。阻抗測量法其實不需要進行過于精密的計算，因為當系統(tǒng)正常工作時，此時系統(tǒng)的負載阻抗相較與市電阻抗而言，市電阻抗是可以忽略的，如果發(fā)生孤島，則阻抗值將會出現(xiàn)相當大變化。其缺點是如果系統(tǒng)中同時出現(xiàn)多個并聯(lián)的逆變器一起工作，那么它們之間將會相互影響，相互抵消，而這種結果是對系統(tǒng)將會造成不可逆的后果?；谶h程通訊檢測法基于通訊的電網(wǎng)側檢測孤島的原理框圖如圖3.3所示圖3.3基于通訊的電網(wǎng)側孤島檢測原理圖由圖可知，在PCC開關電網(wǎng)側附近安裝一個信號發(fā)射裝置T，在分布式電源附近安裝一個信號接受裝置R，當PCC開關閉和時，系統(tǒng)采用電力線載波的方式，信號接收裝置R接受到由信號發(fā)送裝置T發(fā)出的特定頻率信號。當信號接受裝置R未能接受到特定頻率信號時可以認定為發(fā)生孤島。由于對通信線路的依耐性和高昂的建設成本，目前電網(wǎng)側孤島檢測方法還未實現(xiàn)真正商業(yè)化的開展，但是隨著分布式電源在電網(wǎng)中的不斷滲透和監(jiān)控設施的不斷完善，這種狀況將會逐步改善。應當指出，相對于其他檢測的方法，電網(wǎng)側孤島檢測方法在多臺并聯(lián)分布式電源孤島檢測時有著得天獨厚的優(yōu)勢。

主動頻率偏移法的分析研究在所有的孤島檢測方法中，被動法的檢測閾值難以設定而且檢測盲區(qū)比較大，因此經(jīng)常不去獨立使用，通過與主動檢測法相結合完成檢測目的。主動式檢測方法是將電壓，頻率等擾動信號主動假如光伏發(fā)電系統(tǒng)之中，正常運行的情況下，這些擾動對由于電網(wǎng)的牽制作用將不會有太大的變化不影響電網(wǎng)的穩(wěn)定。當發(fā)生孤島效應以后，這些主動加入的擾動信號將會被放大數(shù)倍，使得電網(wǎng)不可以穩(wěn)定運行，此時不論是檢測人員還是電器設備都將會造成損害，重者將會危及人的生命安全。所以我們必須在孤島發(fā)生后迅速的檢測出孤島現(xiàn)象避免造成更多的傷害。常見的主動檢測法中因為主動頻率偏移法（AFD）容易實現(xiàn)而且在生活中也比較常見，而該方法主要依據(jù)與增加擾動來檢測并且檢測相對與比較迅速而且檢測盲區(qū)相對比較少。接下來本章將對從孤島檢測的盲區(qū)入手，再從主動頻率偏移法的工作原理，接著從matlab/simulink中進行仿真驗證來分析其結果的使用性。孤島檢測盲區(qū)分析孤島檢測盲區(qū)是指我們所檢測的一定范圍內，該種方法會引起檢測失敗，并且不能夠迅速有效的檢測出孤島現(xiàn)象，如圖4.1所示，因此NDZ可以作為評價孤島檢測方法的一種檢測標準。NDZ值越小，孤島檢測方法越準確，然而在實際應用中NDZ也不能太小，否則將會引起檢測的誤判斷。圖4.1孤島檢測盲區(qū)示意圖由上圖可以看出，根據(jù)負載功率，與分布式光伏發(fā)電電源輸出功率,的不匹配度,以及設定的孤島檢測盲區(qū)范圍可以確定電壓頻率和幅值的閾值。圖4.1還可以從另外一方面說明采用過/欠電壓（OUV），高/低頻率（OUF）保護的孤島檢測方法存在弊端，落在圖中NDZ范圍內該種檢測方法可以說是失效的，不能檢測出孤島狀態(tài)，因此必須與其他孤島檢測方法相互配合。主動頻率偏移法檢測原理光伏發(fā)電系統(tǒng)連接市電工作時逆變器側輸出電流可表示為REF_Ref22865\r\h[12]：（4.16）從公式（4.16）可以看出，只需要改變電流幅值I、頻率和相角三個變化量中的任何一個，都會使得輸出電流發(fā)生變化。如果我們對三個變量中任意選取一個量，并且給其施加一個周期性變化的擾動信號，當市電網(wǎng)絡正常工作時該擾動不會對電網(wǎng)質量產(chǎn)生影響，但是當市電斷開后，這些擾動會使得公共連接點處的頻率，角速度發(fā)生變化，如果這些變化的范圍超過我們所設定的閾值，則將會引起孤島檢測的發(fā)生。AFD法其實就是改變式（4.16）中的頻率，將DC側輸出電流在原有頻率上添加一個值為的擾動信號，由于添加了擾動所以其輸出的波形將不在是原有的標準的正弦波，而是出現(xiàn)了一段零點流，這段零點流所經(jīng)過的時間稱為死區(qū)時間，這一擾動會將會使得PCC處將會產(chǎn)生改變，根據(jù)變化的范圍，判斷其是否超出我們所設定的頻率范圍，即可鑒別出是否處于孤島狀態(tài)。施加擾動后逆變器AC側輸出電流波形如圖4.2所示，表達式為：（4.17）通過公式（4.17）來控制光伏逆變器側值的輸出，這樣會引起此時所采集的輸出電流比我們之前所采集的前一個時刻的采樣電壓波形將會提前到達零點值，然后該段零點電流將會保持一段時間輸出，等待電壓波形過零點后二者同時進行下一個周期輸出。下圖4.2中，是一個正常情況下的電網(wǎng)電壓波形，表示逆變器側所輸出的電流波形，表示這兩個波形過零點時所等待的時間差值。定義斬波時間cf，電流電壓之間的相位差為：（4.18）由于可以表示為：（4.19）所以相應的可以表示為：（4.20）如果市電網(wǎng)絡處于正常的工作情況時，則PCC點處的電壓與電流將不會出現(xiàn)相位差，換句話說就是保持著相位不變繼續(xù)穩(wěn)定運行，相反如果系統(tǒng)只有DG電源單獨向負載供電，則逆變器側輸出電壓就會跟隨電流頻率的改變做出不斷的調整，一直工作到超出孤島所設定的頻率限值，判定其為孤島現(xiàn)象。其工作流程圖如圖4.3所示。圖4.2AFD工作原理圖圖4.3AFD工作流程圖主動頻率偏移法仿真及結果分析利用matlab/simulink進行仿真模型的搭建，其該模型主要由直流電源代替DG系統(tǒng)，也稱為分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)由逆變器，斷路器，市電，負載和孤島檢測部分組成。電路連接結構主要分為主電路和控制電路，其中主電路如下圖4.4所示。圖4.4主動頻率偏移法主電路結構仿真原理圖該主電路中包括PLL鎖相環(huán)，AFD法的s函數(shù)以及PI控制等器件組成，PLL中最小頻率設置為49.5Hz,通過PLL鎖相環(huán)輸出頻率和相位，交給AFD程序判別是否發(fā)生孤島效應，將其理論輸出值與控制電路中實際檢測值做出比較分析，然后通過PI控制調節(jié)靜差率，使得靜差率趨于0，其中PI控制中參數(shù)設置為，。圖4.4中的afdpf模塊主要為圖4.3的流程圖通過matlab編譯成S函數(shù)（見附件），只有將S函數(shù)和仿真原理圖相結合才能判斷出孤島效應所需的時間。主動頻率偏移法控制回路仿真原理圖如圖4.5所示。圖4.5主動頻率偏移法控制電路仿真原理圖該控制電路中，我們用直流電源代替光伏發(fā)電系統(tǒng)，其直流電壓為360V，電網(wǎng)電壓為380V，頻率為50Hz,負載電阻為5，L=3mH,設置的總仿真時間為0.6S，我們設置斷路器在0.2S時刻斷開來模擬孤島的產(chǎn)生。最后經(jīng)過仿真來判斷當斷路器斷開后最短時間內可以檢測到孤島效應，以此反應此種方法的檢測速度。整體電路圖如圖4.6所示。圖4.6主動頻率偏移法孤島檢測仿真模型其主要工作原理為，我們起初將設定的頻率，電壓，相位參數(shù)放于afdpf的S函數(shù)中，作為我們的理論值。將直流電源輸出電流，電壓交給逆變器轉換為交流電，經(jīng)過濾波電路進行濾除，我們將采集到的實際值與最初設定的理論值作比較，再將差值交給PID通過調節(jié)使其達到一種無靜差的結果，將其輸出值通過前饋反饋給控制電路由電流表進行數(shù)據(jù)采集。最終通過波形來判斷其當短路器斷開以后到系統(tǒng)檢測出孤島所需要的檢測時間。其仿真結果如圖所示。圖4.7并網(wǎng)點電壓波形從圖中可以看出當0.2S時刻斷路器斷開形成孤島，斷開電網(wǎng)前后電壓變化不太明