阻抗测量的分布式光伏孤岛检测方法的相关分析

阻抗测量的分布式光伏孤岛检测方法的相关分析

张立飞刘硕葛强

（扬州大学22500）

摘要：本文从阻抗测量原理和分压原理分析着手，探讨了基于阻抗测量的分布式光伏孤岛检测方法的基本原理。将信号发生器加入到并网点，并在微电网与主网连接处引入高频电压信号，通过电压检测和阻抗测量来判断孤岛状态，实现孤岛检测。仿真分析表明，这种检测方法的精确性和灵敏性较高，能够打破传统检测方法的局限性，消除检测盲区，值得推广和应用。

关键词：阻抗测量；分布式光伏；孤岛检测

前言：在光伏新能源技术不断发展和应用的背景下，电网运维面临着更多的挑战，孤岛防护就是其中之一。现有孤岛检测方法大多为被动检测，存在一定的局限性。本文提出了一种基于阻抗测量的分布式光伏检测方法，探讨了具体的检测实现原理和过程，旨在为相关研究和实践提供参考。

1阻抗测量原理分析

对于配电网来说，其采用闭环结构，但运行方式却是开环的径向稳态运行，在整个线路中，参数R/X比值较大，配电网络对地导纳较小，其阻抗主要包括负载阻抗和电源内阻两部分，其中负载阻抗包括用户处阻抗和配电变压器阻抗，其受到线路参数的影响相对较小[1]。因此，在阻抗计算的过程中，只需要准确测量支路负荷阻抗和上级变压器阻抗就可以获取准确的配电网络阻抗参数。

从负荷的角度来看，配电网属于无穷大的网络，负荷供电配变是阻抗的主要来源。不同网络结构及线路参数的配电网阻抗往往有着一定的差异性，但一般来说，接入微电网的电网容量较大，等效阻抗较小，且微电网系统容量小，等效阻抗大。微电网处于不同的状态，其与主网公共连接点处的等值阻抗测量值有着一定的区别，具体来说，当微电网处于并网状态的时候，连接点处等值阻抗为二者并联阻抗，其值很小，当微电网处于孤岛状态的时候，连接点处等值阻抗为微电网阻抗，其值较大。因此，可以通过对连接点处阻抗值大小变化的测量来判断微电网是否处于孤岛状态。

2分压原理

因为装置设置在并网点，所以其所在线路阻抗值十分小，对并网点工频阻抗的测量难度较大，在本文提出的阻抗测量的分布式光伏孤岛检测方法中，采用阻抗分压方式，将一定值的分压电阻并入到并网点[2]。孤岛状态下和并网状态下网内阻抗有着较大的差异性，并网点并入的分压电阻能够实现阻抗信号向电压信号的转换，对分压电阻电压变化进行分析即可判断是否发生孤岛状态。

在本方法中，将高频小电压信号附加在微电网与主网连接点，避免原网络和负荷受到接入分压电阻的影响，在时域上隔离此高频信号，避免原有工频网络受到影响，对分压电阻电压变化进行分析，实现孤岛检测。

在微电网并网状态下，将并网点作为参考点，此时微电网与主网并联运行，微电网阻抗为Z1，主网阻抗为Z2，将分压电阻Z3并联到并网点，在连接点附加高频小电压信号为U1，用Z4代表微电网与主网的并联阻抗，则可以检测到分压电阻电压U：

3阻抗测量的分布式光伏孤岛检测实现回路

本文提出的基于阻抗测量的分布式光伏孤岛检测方法的关键在于分布式光伏或微电网与负荷所组成的固网系统等值阻抗远远大于主网阻抗，但需要注意的是，分布式光伏与负荷的投切会影响等值阻抗大小，一般来说，系统内负荷决定着微电网和负载组成的阻抗值大小，微电网负载与分布式光伏电源为并联运行，在光伏电源及负荷全部投入的理想条件下，能够满足微电网等值阻抗远远大于主网阻抗的要求，此时可按照上文中提到的流程进行孤岛检测，而当分布式光伏电源与负载部分退出的时候，则会进一步增大微电网等值阻抗，从而强化孤岛检测效果，由此可见，基于阻抗测量的分布式光伏孤岛检测方法是可行的，能够有效消除孤岛检测盲区[3]。具体检测电路设计如他1所示：

图1孤岛检测电路

选择一个电压源作为信号源来发出高频信号，利用此高频信号能够实现微电网及主网阻抗的等比例放大。图1中C1代表耦合电容，其主要功能是隔离工频分量，R1和C1共同构成阻抗Z1，连接电阻R2与虚线单元串联连接，虚线单元中的L2和C2构成谐振频率，以此作为贡品串联谐振电路，此时R2主要承受并网点工频电压，为了降低工频损耗，R2应取较大的值。因为检测阻抗是以并联方式接入微电网与主网连接点的，所以微网系统不会受到影响。按照上文中提到的孤岛检测方式，对图1中U3进行测量则可以判断孤岛状态，这种判断方式十分方便，等够省去传统检测方法中FFT快速傅式变化，同时能够有效降低成本，缩短检测响应时间，且这种方法不需要对模数转换精度进行考虑，高频信号的飘逸不会对串联谐振效果带来影响，有效保证了孤岛检测的有效性。

4仿真验证

控制策略及参数设置如下：利用DC/DC进行光伏电池的变化，利用逆变器实现并网发电，采用PQ控制策略进行控制，参考功率设置为6kW，光伏电池以最大功率输出，将滤波电路设置在逆变器出口处，回路模型为RC一阶回路模型，采用线性卡尔曼滤波原理作为测频算法，更新周期为10ms[4]。采用基于阻抗测量的分布式光伏孤岛检测方法进行孤岛检测，得出测量点电流和测量点电压的仿真结果图，由检测结果可知，系统在3s时进入到孤岛状态，并网状态下，阻抗较低，并网点电压检测值较小，进入到孤岛状态后，电压波形升高约1倍，对并网点电压进行测量，判断系统是否处于孤岛状态[2】。

结论：综上所述，传统孤岛检测方式存在检测盲区，难以对电网中孤岛状态的发生进行准确的检测和判断，本文提出了一种阻抗测量的分布式光伏孤岛检测方法，将信号发生装置添加到并网点，能够对系统阻抗变化进行主动的判断，打破传统被动检测的局限性，实现有效的孤岛检测。

参考文献：

[1]杨汾艳,张跃,刘洁,尚德华,曾杰,于泷泽.基于阻抗测量的分布式光伏孤岛检测方法[J].电测与仪表,2015,01:70-74+80.

[2]余运俊,张燕飞,万晓凤,张翔.光伏微网主动式孤岛检测方法综述[J].电测与仪表,2014,01:22-29+100.