光伏并网发电系统中孤岛效应是亟待解决的重点和难点问题，我国于2005年11月发布关于光伏系统并网技术要求的国家标准，其中就对孤岛检测提出了明确要求。所谓孤岛效应，根据美国Sandia国家实验室(Sandia National Laboratories)提供的报告是指在分布式发电并网系统中，当主体电网由于电气故障、停电检修或其他人为因素中断供电时，各个并网系统没有检测到停电状态将自身切离，而是继续供电与周围负荷形成了电力公司不可控制的自给供电孤岛的现象。

孤岛检测方法研究主要集中在欧美和日本，电气电子工程师协会IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)率先提出了孤岛检测性能发展方向并制定了测试标准[1-2]，如IEEE Std.2000.929和IEEE Std.2003.154712。并网技术要求与配电网的结构和运作制度有关，不同国家对并网技术要求的规定不同，一些代表性国家的检测方案和时间要求如表1所示。

1 孤岛效应发生机理分析

光伏并网时的结构示意图如图1所示，图中P(Q)、

2 孤岛检测方法分析比较

对孤岛检测方法的性能要求主要是高灵敏度、高准确度，低检测盲区、低电网污染。目前常用的孤岛检测方法分类如图2所示。

2.1 远程检测法

远程法是基于电网侧的检测方法，利用电网侧自身的监控系统检测到电网故障或电网供电中断情况后，向并网逆变系统传送故障信号。该类方法主要有断路器跳闸信号检测、电力载波通信PLCC(Power Line Carrier Communication)、网络监控数据采集系统SCADA(Super-visory Control and Data Acquisition)等，主要适用于大功率并网系统。该类方法不存在检测盲区、可靠性好，但由于需要的设备多、投资大，性价比不高不太被人们看好。

2.2 本地检测法

本地技术法是指在并网逆变器侧的检测方法，又分为被动式检测法(也称无源检测法)、主动式检测法(也称有源检测法)和混合法。

2.2.1 被动式检测法

被动法的检测原理是通过检测公共点电压幅值、相位或频率、功率、谐波等参数变化判断孤岛发生，检测形式基本固定。常用的方法有以下几种：

(1)过欠压、过欠频检测法(Over/Under Voltage and Over/Under Frequency method，OUV/OUF)

IEEE Std.2000.929规定并网系统逆变器必须具有过/欠压、过/欠频保护，它是所有孤岛检测方法的基础。根据图1和功率守恒可知：

该方法原理简单易于实现，只有在逆变器输出和负载功率不匹配时且超出阈值时才会有效，但检测盲区较大、难以确定合适的阈值。

(2)相位突变检测PJD(Phase Jump Detection)

逆变器并网运行时，PCC点的电压受电网电压所钳位，此时逆变器输出电流与电网电压同相位，当孤岛现象发生后PCC点电压的相位将会发生变化，由逆变系统输出电流和负载阻抗决定，该法就是利用这一原理(如图3所示)判断是否发生孤岛。

(3)电压谐波检测HD(Harmonics Detection)

此方法是通过监测PCC点的电压总谐波畸变率THD(Total Harmonics Distortion)，判断THD是否超出设定的阈值范围。逆变器并网运行PCC点与电网的THD基本相等，而电网断开后由于负载阻抗比电网阻抗大得多，因此会在公共点产生较大的谐波电压。

(4)参数变化率检测法

此类方法主要包括检测判据为dP/dt的输出功率变化率检测法；判据为df/dt的频率变化率检测法ROCOF(Rate of Change of Frequency)；判据为df/dP的系统频率变化和负载功率变化之比检测法,此类方法灵敏性高简单易行、检测速度快，但当负载和逆变器功率匹配时均会失效。

2.2.2 主动检测法

主动式检测方法通过有意地给系统注入扰动信号破坏功率平衡，根据逆变器输出电流的表达式：

可知对电流幅值Im、电流频率f、电流相位?渍施加扰动，使处于孤岛状态下的PCC点电压参数(幅值、频率或谐波含量等)超出正常范围，来确定电网的存在与否以达到检测出孤岛的目的，常用方法有以下几种。

(1)阻抗测量法IM(Impedance Monitoring)

通过对逆变器输出电流iinv幅值进行扰动，使有功功率变化，检测PCC点电压的变化，即相当于检测dUpcc/Iinv。该方法原理简单、容易实现、电流谐波小，但是对逆变输出功率影响大，且不适用于多台逆变器并网运行。参考文献[3]加入周期性无功扰动电流，并将电压频率前馈使频率在电网断开时迅速越限。该方法不影响电网频率，不向电网注入谐波，对逆变器输出功率因数的影响小。

(2)有源频率偏移法AFD(Active Frequency Detection)

通过使逆变器输出电流的频率发生一定的偏移，使频率超出预设的阈值来检测孤岛，主动频率偏移法是目前改进最多、最常用的有源检测法。逆变器引入频率偏移的电流波形如图4所示，定义斩波系数cf为：cf=2Tz/Tu，将这样的电流加到负载上，电压相应以更短的时间到达零点，系统检测到Upcc与I之间的相位差，逆变器输出频率超出阈值检测出孤岛，当AFD造成的相位差和负载阻抗角在工频及其附近相等时该方法失败。

参考文献[4]从正反两面施加频率的扰动来改进AFD，消除负载对单一频率扰动方向的平衡作用,参考文献[5]将正负半周的扰动修改为只在正半周期进行扰动，并网工作的电流THD 仅为1.61%，对电能质量的影响较小。

(5)Sandia电压偏移法SVS(Sandia Voltage Shift)

此方法类似于正反馈有源频率偏移法，不同的是对PCC点电压引入正反馈，定义逆变器输出电流为：

其中A为正反馈增益系数，U0为额定电压。孤岛发生时Upcc的微小变化引起Iinv的剧变，正反馈又使这一变化一直循环直至Upcc的变化超出阈值检测出孤岛。其检测效率非常高，但会对系统暂态响应和电能质量产生影响且成本较高。

2.2.3 混合法

顾名思义，混合法即根据实际情况权衡利弊，把主动法和被动法有机结合起来扬长避短，克服各自的缺点、充分发挥各自的优点，快速、更可靠地检测出孤岛获得满意的检测结果，常见的孤岛检测法的性能评价如表2所示。

参考文献[8]将过／欠压和过/欠频检测法与改进主动式AFD方法相结合，不影响电网的频率，不向电网注入谐波，不存在检测盲区。参考文献[9]提出一种基于电压相位突变检测与改进型主动电流扰动法相结合的新型组合式孤岛检测方法。二者分别作为独立的检测模块，加周期性的扰动之前，首先判断输出电压的变化情况，然后施加与电压变化方向相同的扰动。

本文介绍了近年来光伏并网发电系统中孤岛检测方法，综合经济性和有效性考虑研究方向趋于本地法中的主动式检测法，研究表明把主动式和被动式进行有机结合的混合法可以使逆变器输出电能质量更优、反孤岛能力更强。由于孤岛检测技术尚不成熟，仍有广阔的发展前景和研究空间，未来研究趋势还有以下几方面：(1)多台逆变器并网工作时如何使检测性能不被影响；(2)现阶段单相孤岛检测的研究应用相对比较多，三相并网孤岛检测及防护需要以后做针对性的研究； (3)最终孤岛效应不会仅仅局限于如何防护，利用孤岛效应将会使光伏并网系统更加灵活、智能，这将是研究孤岛效应的最终目的。

参考文献

[1] IEEE recommended practice for utility interface of photovoltaic(PV)systems[S]. IEEE Std 929-2000，2000.

[2] IEEE standard for interconnecting distributed resources with electric power systems[S]. IEEE Std 1547-2003，2003.

[3] 张凯航，袁越,傅质馨.带频率正反馈的无功电流扰动孤岛检测方法[J].电力系统及其自动化学报,2013,25(1):96-101.

[4] 何军， 赵钢. 改进型主动式频率偏移孤岛检测算法分析[J].电测与仪表，2013,50(567):41-44.

[5] 刘洋，王明渝，高文祥，等.微电网新型孤岛检测技术的研究[J].电力系统保护与控制,2012,40(12):146-150.

[6] 张晓莉，薛家祥，崔龙斌，等.周期性扰动AFDPF方法在光伏并网系统孤岛检测中的应用[J].电子技术应用,2012,38(5):65-67.

[7] 鹿婷，段善旭，康勇.逆变器并网的孤岛检测技术[J].通信电源技术，2006，23(3)：38-41.

[8] 李迎迎，丁宁.分布式发电系统的复合型孤岛检测方法研究[J].电子技术应用,2013,39(5):54-57.

[9] 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,2012,43(7):2662-2667.