随着分布式发电DG（Distributed Generation）系统的发展，孤岛问题变得越来越突出。所谓孤岛[1]是指当大电网系统供电因发生故障或进行停电检修而断开时，用户侧的DG系统未能即时检测出孤岛的发生而将自身切离供电网络，形成由DG系统和周围的负荷构成的一个自给供电的孤岛。这种孤岛现象会对电气设备和检修人员带来很大的危害，因此能够准确、及时地检测出孤岛具有十分重要的意义[2]。

    本文在分析了电压相位突变方法[3-4]、电压—有功正反馈方法[5-6]以及基于无功—频率下垂特性的正反馈无功扰动方法[7]的基础上，提出了基于改进电压/频率正反馈的孤岛检测方法。当DG系统输出功率与负载消耗功率不匹配及负载呈非阻性时，采用相位突变方法，此时能够快速地检测到孤岛，并且对系统电能质量无影响；当DG系统输出功率与负载消耗功率相匹配及负载呈阻性时，采用电压—有功正反馈和基于无功—频率下垂特性的正反馈无功扰动方法，这样就消除了相位突变法存在的检测盲区，大大提高了孤岛检测的有效性。
1 孤岛检测原理分析
    图1所示为分布式电源经逆变器并入大电网的孤岛检测系统模型。采用并联RLC表示本地负载。

    正常并网运行时，负载消耗功率为：
    
2 基于改进电压/频率正反馈的检测方法
2.1 基于改进电压/频率正反馈检测方法的基本原理
    相位突变方法检测速度快、方法简单、容易实现。但该方法与其他被动检测方法相类似，其孤岛检测盲区较大。当DG系统输出功率与负载消耗功率相匹配时，相位突变未超出检测阈值，导致检测失败。
    电压-有功正反馈方法和基于无功-频率下垂特性的正反馈无功扰动方法能够解决DG系统输出功率与负载消耗功率相匹配情况下的孤岛检测，但这两种方法由于需要向系统注入扰动，对系统的电能质量影响较大，并且在大多数情况下，DG系统输出功率与负载消耗功率一般是不匹配的。因此，本文将这三种方法相结合形成改进的电压/频率正反馈检测方法，该方法在DG系统输出功率与负载消耗功率不匹配时使用电压相位突变方法，在DG系统输出功率与负载消耗功率相匹配时使用电压-有功正反馈/基于无功-频率下垂特性的正反馈无功扰动方法。该改进方法减小了电压相位突变方法单独使用时的检测盲区（即系统功率匹配），并有效降低了单独使用电压-有功正反馈/基于无功-频率下垂特性的正反馈无功扰动方法对电能质量的影响。该方法将电压-有功正反馈方法和基于无功-频率下垂特性的正反馈无功扰动一起应用，既检测DG系统输出电压的变化，又检测频率的变化，只要其中任一个检测量超出阈值，就可以检测出孤岛，提高了孤岛检测的速度。
    基于改进电压/频率正反馈检测方法系统框图如图2所示。可以分以下两种情况说明。

    （1）DG系统输出功率与负载功率不匹配：选用相位突变模块，通过控制装置实时检测Pcc点电压与DG系统输出电流之间的相位差是否超过阈值来判定孤岛状态。这时应用控制模块断开电压-有功正反馈和基于无功-频率下垂特性的正反馈无功扰动模块，这样去掉反馈后，就减小了对DG系统输出电能质量的影响。
    （2）DG系统输出功率与负载功率相匹配：选用电压-有功正反馈和基于无功-频率下垂特性的正反馈无功扰动模块，这时通过对系统有功功率及无功功率的扰动，使电压幅值和频率发生偏移，一旦检测到电压幅值或频率超出检测阈值，即可断定系统发生了孤岛。
2.2 仿真分析

    本文通过Matlab软件搭建仿真模型进行分析，大电网用3个并联的交流电压源来模拟，其额定电压为311 kV；隔离变压器电网侧为D1，逆变器侧为Yg：电压比为380 V/275 V，额定容量为25 kVA；DG侧直流电源电压为650 V，逆变器开关频率 2 700 Hz，并网逆变器采用IGBT/Diodes器件；LCL滤波器参数设置：L1=L2=2 mH，C=20 μF；线路参数设置：R=1.2 Ω，L=1 mH；本地负载采用RLC并联，有功功率为10 kW，无功功率为1 kVar。
2.2.1 DG系统输出功率与负载功率不匹配
    仿真系统在1 s时发生断网，此时DG系统孤岛运行。当负载的有功消耗PR=10 kW，DG系统输出有功功率P=12 kW时，系统有功功率不匹配，当发生孤岛时，Pcc点电压就会迅速变化，如图3~图5所示。

    DG系统在1 s发生孤岛时，由于DG系统输出电压受负载电流和本地负载的影响，其电压幅值将发生变化，超过电压越限元件的阈值（U>1.1Un），这时系统很容易就检测到发生的孤岛，如图3所示。由图4可知，系统频率变化不是很大。从图5相位突变模块的输出信号中可以看到DG系统在接近于1.03 s时检测信号由0跳变为1，此时成功地检测到发生的孤岛。
2.2.2 DG系统输出功率与负载功率相匹配
    （1）无反馈时的仿真结果
    系统在1 s时断开，DG系统处于孤岛状态。当负载的有功消耗PR=10 kW，DG系统输出有功功率P=10 kW，负载的无功消耗QLC=1 kVar，DG系统输出有功功率Q=1 kVar时，DG系统输出的功率与负载消耗功率相匹配。假如此时不加入反馈，DG系统输出电压的变化将会很小，导致检测不到发生的孤岛，如图6~图8所示。

    当1 s发生孤岛时，DG系统输出电压、系统频率没有发生明显变化，如图6~图7所示，此时系统将不能检测到发生的孤岛。从图8中可以看到检测控制信号没有发生跳变，说明这时仅依靠相位突变方法将检测不出孤岛状态，即出现了检测盲区。
    （2）有反馈时的仿真结果
    DG系统在1 s发生孤岛。此时系统中加入电压—有功正反馈/基于无功—频率下垂特性的正反馈无功扰动模块的仿真波形如图9、图10所示。

    从图9可看出，当DG系统在1 s断开后，由于加入反馈的作用，使DG系统输出电压幅值不断发生变化，直到超出超过电压越限元件的阈值（U<0.88Un），这时很容易就检测到发生的孤岛。由图10所示，在近似1.17 s时频率大于50.5 Hz，超出了频率越限元件的动作范围（f>50.5 Hz），从而检测出发生的孤岛。
    通过以上分析，在DG系统输出功率与负载消耗功率不匹配的情况下，改进电压/频率正反馈孤岛检测方法能够快速地检测到孤岛，并且该方法是利用相位突变被动检测，并没有在系统中引入扰动，减小了对系统电能质量的影响；在DG系统输出功率与负载消耗功率相匹配的情况下，通过电压-有功正反馈/基于无功-频率下垂特性的正反馈无功扰动模块，可以检测到发生的孤岛。这时该检测方法同时监测电压、频率两个变量，提高了检测速度，并且减小了单独使用相位突变检测方法时存在的检测盲区。
    为了减小传统的孤岛检测方法的检测盲区，本文提出了基于改进电压/频率正反馈的孤岛检测方法。通过Matlab仿真证明，该方法不仅检测灵敏度高、无检测盲区、对电能质量影响小，而且检测速度满足要求。
参考文献
[1] 郭小强，赵清林，邬伟扬.光伏并网发电系统孤岛检测技术[J].电工技术学报，2007，22(4)：157-162.
[2] MAHAT P,Chen Zhe，JENSEN B B，et al.Review of  islanding detection methods for distributed generation[C]. Proceedings of Third International Conference on Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies，Nanjing，2008.
[3] 夏向阳，唐卫波，毛晓红.分布式发电系统的主动式孤岛检测[J].中南大学学报(自然科学版)，2012，43(7)：2662-2667.
[4] 陈少杰，钱苏翔，熊远生，等.相位突变结合电压扰动在孤岛检测中应用[J].电力电子技术，2012，46(6)：7-9.
[5] 魏明，康强.基于dq变换和正反馈的孤岛效应检测策略[J].电测与仪表，2009，46(524)：5-7.
[6] 邓中原.分布式发电孤岛检测方法研究[D].天津：天津大学，2010.
[7] 刘钢，卢继平，乔梁，等.基于无功-频率下垂特性的无功扰动法在孤岛检测中的应用[J].电力系统保护与控制,2012，40(17)：88-93.