光伏并网发电系统孤岛检测技术的研究及实现(5)
孤岛形成后，PCC处电压瞬时值 将由负载的欧姆定律响应确定，并受逆变器控制系统的监控。同时逆变器为了保持输出电流 与端电压 的同步，将驱使 的频率改变，直到 与 之间的相位差为0，从而使 的频率到达一个（且是唯一的）稳态值，即负载的谐振频率 。显然，这是电网跳闸后RLC负载的无功功率需求只能由逆变器提供（即 ）的必然结果。
这种因电网跳闸而形成的无功功率平衡关系可用相位平衡关系来描述，即
(2.2)
其中， ——逆变器输出电流超前于端电压的相位角；
——负载阻抗角。
在并联RLC负载的假设情况下，有
(2.3)
从以上分析可以看出，光伏并网发电系统孤岛效应发生必要条件是：
（1）发电装置提供的有功功率与负载的有功功率相匹配；
（2）发电装置提供的无功功率与负载的无功功率相匹配，即满足相位平衡关系： 。
2.2 孤岛效应的检测
2.2.1 孤岛效应检测原理
孤岛效应的检测和防止一般是通过检测并网系统输出端电压的幅值和频率实现的。通常在电网配电开关断开时，如果分布式光伏并网系统输出的功率和电网需求功率之间不平衡时，会引起光伏系统输出电压的幅值或频率发生很大改变，这样通过电网电压的过欠/压保护以及过/欠频率保护来检测电网电压是否断电，从而防止孤岛效应。然而，当负载消耗的有功功率和无功功率与光伏系统提供的功率相差非常小时，并网系统附近市电电网的电压和频率变动量很小而不足以被检测到的时候，保护电路没有检测到孤岛现象，此时系统存在检测盲区。
2.2.2 孤岛效应检测标准
国际通行的光伏系统入网标准IEEE Std.2000-929以及UL1741和分布式电站入网标准IEEE1547,都对并网逆变器孤岛检测性能做出了要求。其中IEEE Std.2000-929规定当公共点的频率在 范围之外时，并网逆变器在吹冰个周期内关闭；在公共电压异常下逆变器关闭时间标准如下[7]：
表2-1 电压异常情况下的响应（IEEE Std.2000-929）
公共点电压（电网电压百分比） 最大分闸时间
V<50% 6cycles
50%≤V<88% 120cycles
88%≤V<110% 正常工作
110%≤V<137% 120cycles
137%≤V 2cycles
我国光伏并网技术要求（GB/T 19939-2005)规定光伏系统并网后的频率允许偏差值为 ,当超过该范围时过/欠频保护应在0.2s内动作，使光伏系统与电网分离。相应的系统对检测到常电压时所做出的反应时间如表2-2所示。
表2-2 电压异常情况下的响应（GB/T 19909-2005)
公共点电压（电网电压百分比） 最大分闸时间
V<50% 0.1s
50%≤V﹤88% 2.0s
88%≤V<110% 继续运行
110%≤V<137% 2.0s
137%≤V 0.05s
对于孤岛检测的测试电路，北美和欧洲普遍选用RLC谐振负载。用RL负载来模拟没有进行功率因数校正的电网，当Qf从0变到2.5时，相应的功率因数由1变到0。37.IEEE Std.2000-929取Qf为2.5，以模拟功率因数补偿后实际负载可能出现的最大值。日本采用电容补偿的单相感应电机带大惯性负载，但研究发现电机负载在某种程度上可与RLC负载等效，且实际操作中由于电机参数个体差异大而使电机负载实验可重复性差。为统一标准，IEC（International Electro-technical Commission)在2003.11制定的草案上规定用 并联谐振电路，但降低了要求，Qf只取0.65.由于该草案还没有成为正式标准，本文通过采用Qf为2.5的谐振负载，按要求在2s内检测出孤岛并作保护。