基于电压谐波检测的反孤岛方案

1.工作原理^[23，24]

电压谐波检测反孤岛策略是通过监控并网逆变器输出端电压谐波失真来检测孤岛效应的一种被动式反孤岛策略。

当电网连接时，电网可以看作为一个很大的电压源，并网逆变器产生的谐波电流将流入低阻抗的电网，这些很小的谐波电流与低值的电网阻抗在并网逆变器输出端处的电压响应u_a仅含有非常小的谐波（THD≈0）。

然而，当电网跳闸后，存在两个因素使得u_a中的谐波增加：其一是电网跳闸后，由于并网逆变器产生的谐波电流流入阻抗远高于电网阻抗的负载，从而使逆变器输出端电压u_a产生较大的失真，并网逆变器可以通过检测电压谐波的变化来判断是否发生孤岛效应；其二是系统中分布式变压器的电压响应也会导致电压谐波的增加。如果切离电网的开关位于变压器的原绕组侧，并网逆变器的输出电流将流过变压器的二次绕组，由于变压器的磁滞现象及其非线性特性，变压器的电压响应将高度失真，从而增加了逆变器输出端电压u_a中的谐波分量。当然与之类似的也可能是局部负载中的非线性因素，如整流器等亦使u_a产生失真。通常上述由于变压器的磁滞现象及其非线性特性引起的电压谐波主要是三次谐波，因此采用电压谐波检测反孤岛策略主要是不断地监控三次谐波，当谐波幅值超过一定的阈值后，便能进行反孤岛保护。

实际应用研究表明：当并网光伏发电系统中包含有数十台并网逆变器时，这种电压谐波检测反孤岛策略能在孤岛发生后的0.5s内就能使所有光伏系统和电网断开连接。(www.xing528.com)

可见，电压谐波检测反孤岛策略能够有效地阻止孤岛的发生，其可靠性较高，且尤其适用于小规模并网光伏发电系统。

2.优缺点

理论上，电压谐波检测反孤岛策略能在很大范围内检测孤岛效应；在系统连接有多台逆变器的情况下不会产生稀释效应；即使在功率匹配的情况下，也能检测到孤岛效应；作为被动式反孤岛方案，不会影响并网逆变器输出电能的质量，也不会干扰系统的暂态响应。

然而和相位跳变反孤岛策略一样，电压谐波检测反孤岛策略也存在阈值的选择问题。并网专用标准如IEEE Std.929要求并网光伏逆变器输出电流的THD小于额定电流的5%，通常为留有裕量，设计并网逆变器时允许的THD比标准要求的更低。但是如果局部非线性负载很大，并网光伏发电系统的电压谐波可能大于5%，并且失真的大小随非线性负载的接入和切离而迅速改变，这样就很难选择阈值，既要考虑并网逆变器输出电流谐波相对低的要求，又要使得阈值大于并网光伏发电系统中可能允许出现的电压THD；另一个实际的问题是：当前的并网标准规定反孤岛测试电路使用线性RLC负载来代表局部负载，忽略了可能提高孤岛系统中电压THD的非线性负载的影响，因此电压谐波检测方案还不能广泛应用。