基于帶不平衡度非線性正反饋的負(fù)序電流擾動(dòng)孤島檢測方法

丁　浩　魏艷君　何　宇　張　迪　漆漢宏　張金龍

（1. 燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院　秦皇島　066004　2. 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院　無錫　214153）

基于帶不平衡度非線性正反饋的負(fù)序電流擾動(dòng)孤島檢測方法

丁浩1魏艷君1何宇2張迪1漆漢宏1張金龍1

（1. 燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院秦皇島0660042. 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院無錫214153）

孤島檢測是并網(wǎng)逆變器必須具備的功能，其基本要求是在電網(wǎng)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)無盲區(qū)的檢測到孤島狀態(tài)，同時(shí)要盡量降低對(duì)電能質(zhì)量的影響。負(fù)序電流擾動(dòng)法因其能夠?qū)崿F(xiàn)快速有效的孤島檢測而備受關(guān)注。針對(duì)帶不平衡度線性正反饋的負(fù)序電流擾動(dòng)法在電網(wǎng)電壓不平衡度存在波動(dòng)時(shí)會(huì)對(duì)并網(wǎng)電流的對(duì)稱性造成較大影響的缺陷，提出一種更少注入負(fù)序電流的孤島檢測方案——帶不平衡度非線性正反饋的負(fù)序電流擾動(dòng)法。該算法所選的反饋函數(shù)值大于孤島發(fā)生后形成正反饋的臨界值，且在電網(wǎng)電壓允許的最大不平衡度下小于限定值，因此既能保證成功檢測到孤島，又能使得并網(wǎng)電流的不平衡度得到定量限制。理論分析、仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法的正確性和可行性。

孤島檢測并網(wǎng)逆變器負(fù)序電流不平衡度非線性正反饋

0　引言

隨著世界各國對(duì)能源需求的持續(xù)增長以及對(duì)環(huán)境問題的日益關(guān)注，基于可再生能源的分布式發(fā)電系統(tǒng)得到越來越多的關(guān)注。其中，并網(wǎng)逆變器是分布式并網(wǎng)發(fā)電的重要組成部分，通常作為分布式發(fā)電單元與電網(wǎng)的接口使用［1，2］。隨著分布式發(fā)電系統(tǒng)不斷滲入電網(wǎng)，并網(wǎng)逆變器必須滿足電網(wǎng)運(yùn)行的嚴(yán)格要求。其中，孤島檢測是并網(wǎng)逆變器必須具備的功能，其性能優(yōu)劣直接影響逆變器的安全、可靠運(yùn)

行［3，4］。

孤島效應(yīng)是指當(dāng)電網(wǎng)供電由于某種因素（如故障事故和停電維修等）而跳閘時(shí)，各接入電網(wǎng)的分布式發(fā)電系統(tǒng)未能及時(shí)檢測到停電狀態(tài)而仍然持續(xù)向本地負(fù)載供電，形成由分布式發(fā)電系統(tǒng)和負(fù)載組成的一個(gè)公共電網(wǎng)無法控制的獨(dú)立供電系統(tǒng)［5］。分布式發(fā)電系統(tǒng)處于孤島運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，電力公司無法對(duì)線路電壓進(jìn)行有效控制，將會(huì)影響系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行甚至危及維修人員的人身安全［6，7］。因此分布式發(fā)電系統(tǒng)在斷網(wǎng)后必須要能及時(shí)檢測到孤島現(xiàn)象并作出相應(yīng)的孤島保護(hù)［8］。

孤島檢測法按照是否對(duì)逆變器的輸出進(jìn)行擾動(dòng)分為被動(dòng)式和主動(dòng)式［9-11］。被動(dòng)式檢測法未對(duì)逆變器作任何擾動(dòng)，具有工作原理簡單、對(duì)電能質(zhì)量無影響的優(yōu)點(diǎn)。然而多數(shù)被動(dòng)法由于存在較大的檢測盲區(qū)而只能作為輔助手段與主動(dòng)法配合應(yīng)用［12］。主動(dòng)式檢測法通過對(duì)逆變器的輸出進(jìn)行擾動(dòng)，使得電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)逆變器輸出電壓的幅值、頻率、諧波或不平衡度等在所注入擾動(dòng)的作用下不斷偏離正常值而超出規(guī)定的范圍，從而觸發(fā)檢測電路，進(jìn)行相應(yīng)的孤島保護(hù)。主動(dòng)法由于能減小或消除檢測盲區(qū)而被廣泛使用，但人為在逆變器的輸出中加入擾動(dòng)會(huì)對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生影響［13］。

孤島檢測的基本要求是在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)無盲區(qū)地檢測到孤島狀態(tài)，而且要盡量降低對(duì)電能質(zhì)量的影響［14］。負(fù)序電流擾動(dòng)法因其對(duì)電能質(zhì)量無影響且不存在檢測盲區(qū)而備受關(guān)注。文獻(xiàn)［15］在逆變器的輸出電流中加入一個(gè)恒定百分比的負(fù)序擾動(dòng)電流，通過檢測公共耦合點(diǎn)（Point of Common Coupling，PCC）電壓不平衡度達(dá)到該百分比即可判斷孤島的發(fā)生，但其存在始終注入負(fù)序擾動(dòng)電流的缺陷。文獻(xiàn)［16］提出了帶負(fù)序電壓線性正反饋的負(fù)序電流擾動(dòng)法，該法注入的負(fù)序電流并非直接給定，而是通過 PCC電壓的負(fù)序分量經(jīng)一線性函數(shù)作用后反饋得到，此算法在逆變器并網(wǎng)時(shí)基本不會(huì)對(duì)電流造成影響，而在孤島發(fā)生后系統(tǒng)形成的正反饋回路同樣可促使PCC電壓的不平衡度超過上限值，避免了始終注入負(fù)序擾動(dòng)電流的缺陷。然而，此算法并未將電網(wǎng)電壓在正常情況下也存在不平衡度這一情況考慮到反饋中去。

本文研究發(fā)現(xiàn)，在電網(wǎng)電壓不平衡度存在波動(dòng)時(shí)線性反饋法會(huì)降低并網(wǎng)電流的對(duì)稱性，針對(duì)這一問題，提出帶不平衡度非線性正反饋的負(fù)序電流擾動(dòng)法，仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相比線性反饋法，非線性反饋法能顯著降低并網(wǎng)電流的不平衡度。

1　孤島檢測原理

1.1帶不平衡度正反饋法的孤島檢測原理

圖1為并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測原理，開關(guān)Sa、Sb和Sc的通斷用來模擬孤島的發(fā)生。三相并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)其dq軸的控制原理如圖2所示，其中，KPWM為三相逆變器增益，C（s）為電流控制器，Lf、rf分別為交流側(cè)濾波電感的電感和內(nèi)阻。

圖1　孤島檢測原理Fig.1　Schematic diagram of islanding detection

圖2　三相并網(wǎng)逆變器控制原理Fig.2　Block diagram of the three-phase grid-connected inverter

設(shè)光伏逆變器工作在單位功率因數(shù)輸出情況，逆變器的輸出電流在dq軸的初始給定值為

式中，Im為輸出電流的幅值。

帶不平衡度正反饋的負(fù)序電流擾動(dòng)法是在輸出電流的給定值上加入與 PCC電壓不平衡度成某一函數(shù)關(guān)系的負(fù)序擾動(dòng)電流，其原理如圖3所示。

圖3　加入帶不平衡正反饋算法后三相逆變器并網(wǎng)原理Fig.3　Block diagram of the three-phase grid-connected inverter with feedback of the unbalance degree

如圖3所示，加入負(fù)序擾動(dòng)電流后的給定電流為

設(shè)經(jīng)反饋控制后，逆變器輸出電流無靜差地跟蹤給定電流，即穩(wěn)定時(shí)有

將式（5）進(jìn)行Clark反變換，可得輸出的實(shí)際電流為

由式（6）可以看出，由于帶不平衡度正反饋法不會(huì)使PCC電壓的相位發(fā)生偏移，故不影響逆變器的輸出功率因數(shù)，也不會(huì)增加輸出并網(wǎng)電流的諧波。

三相逆變器并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，PCC電壓即為電網(wǎng)電壓，理想情況下為

式中，Ugm為電網(wǎng)相電壓的幅值；θg為電網(wǎng)相電壓的相位。

當(dāng)電網(wǎng)斷電，孤島發(fā)生后，PCC電壓為

根據(jù)式（7）和式（8）可知，電網(wǎng)正常時(shí)，PCC電壓中只有正序分量，不含負(fù)序分量；電網(wǎng)斷電后，負(fù)序電流的注入使得PCC電壓中存在負(fù)序分量。由式（8）可知，孤島發(fā)生后，若將PCC電壓的不平衡度ε 通過一反饋函數(shù) F（ε）作用到原來的給定電流，其正、負(fù)序分量幅值將變?yōu)?/p>

此時(shí)，PCC電壓的不平衡度相應(yīng)地變?yōu)?/p>

要使系統(tǒng)在孤島發(fā)生后形成正反饋、PCC電壓的不平衡度呈增加趨勢，直至超出上限值，則必須滿足

式（11）即為帶不平衡度正反饋法能檢測到孤島的充要條件。

GB/T 15543—2008《電能質(zhì)量三相電壓不平衡》規(guī)定，電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，PCC電壓的不平衡度不超過0.02，短時(shí)不超過0.04。因此，帶不平衡度正反饋的負(fù)序電流擾動(dòng)法可通過檢測 PCC電壓的不平衡度來判斷孤島的發(fā)生。

1.2帶不平衡度線性正反饋法

帶不平衡度線性正反饋法采用的反饋函數(shù)為線性函數(shù)，即

式中，K為線性反饋函數(shù)的反饋系數(shù)。

根據(jù)式（11），線性反饋法能檢測到孤島的條件為

電網(wǎng)電壓不平衡度ε 和帶不平衡度線性反饋法的反饋函數(shù)FL（ε ）的關(guān)系如圖4所示。

圖4　函數(shù)FL（ε）和F（ε）與ε之間的關(guān)系Fig.4　Relationship between FL（ε）， F（ε） functions and ε

由圖4可見，在［0， εmax］范圍內(nèi)，線性反饋函數(shù)F（ε）≥ε，系統(tǒng)在孤島發(fā)生后可以形成正反饋回路，從而檢測到孤島。

然而帶不平衡度線性反饋法并未考慮實(shí)際電網(wǎng)電壓存在的不平衡度會(huì)對(duì)并網(wǎng)電流的對(duì)稱性造成影響。由式（6）可知，逆變器處于并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，線性反饋法引起的并網(wǎng)電流不平衡度為

式中，εg為電網(wǎng)電壓的不平衡度。

理想情況下，εg=0，由式（14）可得εi=0，并網(wǎng)電流嚴(yán)格對(duì)稱；而實(shí)際情況下，εg會(huì)在 0～εmax（εmax=0.04）范圍內(nèi)波動(dòng)，根據(jù)圖4及式（14）可知并網(wǎng)電流的最大不平衡度為

因此，電網(wǎng)電壓的不平衡度存在波動(dòng)時(shí)，帶不平衡度線性反饋法中并網(wǎng)電流的對(duì)稱性不能得到定量保障。文獻(xiàn)［16］選取 K=5，導(dǎo)致并網(wǎng)電流的最大不平衡度為0.2，嚴(yán)重影響并網(wǎng)電流的對(duì)稱性。因此，有必要改進(jìn)算法，提高并網(wǎng)電流的對(duì)稱性。

1.3帶不平衡度非線性正反饋法

為使并網(wǎng)電流的不平衡度在電網(wǎng)電壓不平衡度存在波動(dòng)時(shí)始終小于εmax，且在孤島發(fā)生后系統(tǒng)又能形成正反饋，可考慮反饋函數(shù)為非線性函數(shù)，設(shè)

此情況下對(duì)應(yīng)的ε 曲線及F（ε）曲線如圖5所示。由圖5可以看到，在［0， εmax］范圍內(nèi)，非線性反饋函數(shù)F（ε ）≥ε，滿足該類算法檢測到孤島的必備條件。

在電網(wǎng)電壓不平衡度波動(dòng)下，由非線性反饋法引起的并網(wǎng)電流不平衡度為

圖5　FN（ε）、F（ε）與ε 之間的關(guān)系Fig.5　Relationship between FN（ε）， F（ε） functions and ε

可見，理想情況下，并網(wǎng)電流同使用線性反饋法時(shí)一致，仍是嚴(yán)格對(duì)稱的；實(shí)際情況下，并網(wǎng)電流的不平衡度不超過εmax，并網(wǎng)電流的對(duì)稱性得到保證。

綜合以上分析，所提的非線性反饋法在能夠順利檢測到孤島的條件下，較線性反饋法能降低對(duì)并網(wǎng)電流對(duì)稱性的影響。

1.4多機(jī)并聯(lián)情況下的有效性

多機(jī)帶本地負(fù)載并入同一段電網(wǎng)后，可以等效為多臺(tái)電流源與電網(wǎng)并聯(lián)為總負(fù)載供電的形式，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。

圖6　多機(jī)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.6　Schematic diagram for multiple grid-connected generations system

將本文所提帶不平衡度非線性正反饋的負(fù)序電流擾動(dòng)法應(yīng)用于多機(jī)并網(wǎng)情況下，當(dāng)電網(wǎng)斷電孤島發(fā)生后，PCC電壓為

式中，iabc∑、I∑m分別為流入負(fù)載的三相電流及其幅值。

PCC電壓的正、負(fù)序分量幅值變?yōu)?/p>

因此，PCC電壓的不平衡度相應(yīng)地變?yōu)?/p>

由式（18）～式（20）可得，多機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)中各逆變器根據(jù)各自容量注入負(fù)序電流擾動(dòng)，由于擾動(dòng)的唯一性，其擾動(dòng)是相互疊加的，使得PCC電壓正、負(fù)序分量幅值同時(shí)增大，而其不平衡度與單機(jī)逆變器孤島檢測一樣。因此，帶不平衡度非線性正反饋的負(fù)序電流擾動(dòng)法中，各逆變器將依據(jù)其容量進(jìn)行出力，根據(jù)PCC電壓不平衡度引入的正反饋函數(shù)相同，引入的正反饋量與各自的容量成正比，避免了某臺(tái)逆變器承受過大的負(fù)序電流擾動(dòng)沖擊。因此，多機(jī)并網(wǎng)逆變器采用本文所提出的帶不平衡度非線性正反饋的負(fù)序電流擾動(dòng)法，可滿足各逆變器引入的擾動(dòng)同步，并能夠?qū)崿F(xiàn)正反饋，因此，本文方法在多機(jī)并網(wǎng)逆變器情況下依然有效。

2　仿真與實(shí)驗(yàn)

2.1仿真

采用 Matlab/Simulink對(duì)上述孤島檢測方法進(jìn)行仿真。具體參數(shù)設(shè)置如下：三相電網(wǎng)電壓為380V/50Hz；逆變器額定輸出功率為 5kW；直流側(cè)母線電壓為 800V；濾波電感為 5mH；開關(guān)頻率為20kHz；并聯(lián) RLC負(fù)載與逆變器有功匹配（即 R= 29.04Ω），負(fù)載諧振頻率為 50Hz，負(fù)載品質(zhì)因數(shù)為2.5。仿真與實(shí)驗(yàn)中 PCC電壓的正、負(fù)序分離方法參見文獻(xiàn)［17］，軟件鎖相環(huán)的設(shè)計(jì)方法參見文獻(xiàn)［18］。在電網(wǎng)電壓不平衡度εg=0.02時(shí)，分別對(duì)本文提到的兩種算法（FL（ε）=1.6ε、FL（ε）=5ε 和進(jìn)行仿真對(duì)比。仿真中設(shè)置電網(wǎng)在 0.2s時(shí)斷電，仿真結(jié)果如圖7所示。

圖7　εg=0.02時(shí)的仿真結(jié)果Fig.7　Simulation results with εg=0.02

由圖7可以看出，0.2s前逆變器處于并網(wǎng)運(yùn)行，PCC電壓受大電網(wǎng)鉗制，其不平衡度保持在0.02處不變，且εg=0.02時(shí)PCC電壓含有幅值為6.2V的負(fù)序分量。在0.2s斷網(wǎng)后，系統(tǒng)中存在的正反饋環(huán)路使 PCC電壓中的負(fù)序分量在原有的基礎(chǔ)上不斷增加，其不平衡度也開始逐漸增大，直至ε 達(dá)到上限值0.04，算法檢測出孤島，此時(shí)逆變器的輸出電流突降為0，逆變器停止工作，PCC電壓此后不斷減小，直至為0，從而實(shí)現(xiàn)了孤島保護(hù)。

由圖7b可以看出，當(dāng)線性反饋法中反饋系數(shù)K較大（K=5）時(shí)，逆變器并網(wǎng)時(shí)的并網(wǎng)電流明顯不對(duì)稱，其各相幅值的高低差別非常明顯。隨著K的減?。↘=1.6），在一定程度上降低了并網(wǎng)電流的不平衡度，但孤島檢測時(shí)間明顯增大，如圖7a所示。如圖7c所示，非線性反饋法的并網(wǎng)電流在孤島發(fā)生前基本上保持對(duì)稱，幾乎不對(duì)輸出電流質(zhì)量造成影響，檢測時(shí)間與圖7a情況相近。

由以上仿真結(jié)果可以看出，所提的非線性正反饋法在檢測時(shí)間上并不占優(yōu)。然而，非線性正反饋法中并網(wǎng)電流不平衡度僅取決于電網(wǎng)電壓不平衡度εg，因此其對(duì)εg的適應(yīng)性更強(qiáng)，能夠在整個(gè)允許范圍內(nèi)對(duì)并網(wǎng)電流不平衡度進(jìn)行定量限制，使之不超過 0.04。而線性正反饋法中并網(wǎng)電流的不平衡度εi不僅取決于PCC電壓的不平衡度εg，而且隨線性正反饋函數(shù)的反饋系數(shù)K變化而變化。孤島發(fā)生后，K越大，系統(tǒng)PCC電壓不平衡度正反饋環(huán)路增益越高，負(fù)序分量越容易放大，孤島檢測速度越快；同時(shí)，K越大，正反饋函數(shù) F（ε ）越大，將導(dǎo)致 PCC電壓幅值偏離正常范圍進(jìn)入故障運(yùn)行狀態(tài)，不利于逆變器由并網(wǎng)運(yùn)行模式到孤島運(yùn)行模式的平滑切換。實(shí)際應(yīng)用中，反饋系數(shù)K的選取要綜合以上因素考慮。因此，雖然在檢測時(shí)間上非線性正反饋法并不占優(yōu)勢，但該算法的檢測時(shí)間遠(yuǎn)小于規(guī)定的2s。

2.2實(shí)驗(yàn)

本文將提出的方法在單臺(tái)三相并網(wǎng)逆變器上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。參數(shù)設(shè)置：直流側(cè)母線電壓為265V；電網(wǎng)的相電壓峰值為120V；輸出電流峰值為5A；本地負(fù)載采用純阻性負(fù)載，其功率與逆變器有功匹配（即R=24Ω）；交流側(cè)濾波電感為3mH，濾波電容為 9.9μF，開關(guān)頻率為 20kHz。線性反饋法選取FL（ε ）=1.6ε 和FL（ε ）=5ε，非線性反饋法選取實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8～圖10所示。

由圖8～圖10的通道3可見，電網(wǎng)正常時(shí)，其不平衡度并非為0，而在0.01附近波動(dòng)；一旦孤島發(fā)生，兩種算法的PCC電壓不平衡度在系統(tǒng)正反饋回路的作用下不斷增大，直至達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的上限值0.04而觸發(fā)孤島保護(hù)，迫使逆變器停止工作，從而實(shí)現(xiàn)孤島檢測。三種情況下檢測時(shí)間分別為82ms、26ms和75ms，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)允許的最大檢測時(shí)間2s。因此，該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了兩種算法在孤島檢測上的可行性。

圖8　線性正反饋法的實(shí)驗(yàn)波形（FL（ε ）=5ε ）Fig.8　Experimental results of linear positive feedback method with FL（ε ）=5ε

圖9　線性正反饋法的實(shí)驗(yàn)波形（FL（ε ）=1.6ε ）Fig.9　Experimental results of linear positive feedback method with FL（ε ）=1.6ε

與仿真結(jié)果相對(duì)應(yīng)，如圖8所示，當(dāng)線性反饋法中反饋系數(shù)K較大時(shí)（K=5），檢測時(shí)間最短，但并網(wǎng)電流的a相幅值明顯高于b相幅值，電流的對(duì)稱性受到孤島檢測算法的影響較大；如圖9所示，當(dāng)K=1.6時(shí)，檢測時(shí)間增大，但輸出電流質(zhì)量明顯改善，在特定情況下（實(shí)驗(yàn)中εg=0.01）效果與非線性反饋法相當(dāng)，然而隨εg的進(jìn)一步增加，并網(wǎng)電流的對(duì)稱性必將惡化。而圖10所示的非線性反饋法能夠在電網(wǎng)電壓不平衡度的整個(gè)允許范圍內(nèi)將并網(wǎng)電流的不平衡度限制在0.04以內(nèi)。因此，本文所提非線性反饋法在并網(wǎng)電流對(duì)稱性上更具優(yōu)勢。

綜上所述，本文所提的非線性反饋法不僅可以順利檢測到孤島現(xiàn)象，還能使并網(wǎng)電流不平衡度得到定量限制，進(jìn)一步降低對(duì)并網(wǎng)電流對(duì)稱性的影響。此外，在負(fù)載不平衡以及電網(wǎng)兩相斷路或單相斷路故障情況下，所提算法仍然有效。

圖10　非線性正反饋法的實(shí)驗(yàn)波形（FN（ε ）=0.04ε）Fig.10　Experimental results of linear positive feedback method with FN（ε ）=0.04ε

3　結(jié)論

本文在帶不平衡度線性正反饋的負(fù)序電流擾動(dòng)方法的基礎(chǔ)上，提出一種基于帶不平衡度非線性正反饋負(fù)序電流擾動(dòng)的孤島檢測算法，該算法通過將基于電網(wǎng)電壓不平衡度的線性反饋函數(shù)修正為非線性函數(shù)，使系統(tǒng)在孤島發(fā)生后形成正反饋，PCC電壓的不平衡度呈不斷增加趨勢，直至超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的上限值，從而觸發(fā)孤島保護(hù)。所提算法不僅保持了負(fù)序電流擾動(dòng)法快速、有效和無盲區(qū)孤島檢測的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)能顯著降低對(duì)并網(wǎng)電流對(duì)稱性的影響。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了所提算法的正確性與優(yōu)越性。

［1］Li Weiwei， Ruan Xinbo， Pan Donghua， et al. Fullfeedforward schemes of grid voltages for a threephase LCL-type grid-connected inverter［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2013， 60（6）：2237-2250.

［2］王成山， 武震， 李鵬. 微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究［J］. 電工技術(shù)學(xué)報(bào)， 2014， 29（2）： 1-12. Wang Chengshan， Wu Zhen， Li Peng. Research on key technologies of microgrid［J］. Transactions of China Electrotechnical Society， 2014， 29（2）： 1-12.

［3］IEEE Computer Society. 929-2000 IEEE recommended practice for utility interface of photovoltaic （PV）systems［S］. 2000.

［4］唐偉， 武建文， 李鵬， 等. 考慮電網(wǎng)內(nèi)阻影響的孤島檢測研究［J］. 電工技術(shù)學(xué)報(bào)， 2014， 29（增 1）：399-407. Tang Wei， Wu Jianwen， Li Peng， et al. Research on islanding detection considering the effect of grid［J］. Transactions of China Electrotechnical Society， 2014，29（S1）： 399-407.

［5］Chowdhury S P， Chowdhury S， Crossley P A. Islanding protection of active distribution networks with renewable distributed generators： a comprehensive survey［J］. Electric Power Systems Research，2009， 79（6）： 984-992.

［6］鐘誠， 井天軍， 楊明皓. 基于周期性無功電流擾動(dòng)的孤島檢測新方法［J］. 電工技術(shù)學(xué)報(bào)， 2014， 29（3）：270-276. Zhong Cheng， Jing Tianjun， Yang Minghao. A new islanding detection method with periodic reactive current disturbance［J］. Transactions of China Electrotechnical Society， 2014， 29（3）： 270-276.

［7］王小立， 溫靖華， 袁飛， 等. 基于頻率-功率因數(shù)角組合判據(jù)的新型孤島檢測法［J］. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制， 2015， 43（14）： 100-105. Wang Xiaoli， Wen Jinghua， Yuan Fei， et al. A new anti-islanding detecting method based on combined criterion of frequency and power-factor angle［J］. Power System Protection and Control， 2015， 43（14）：100-105.

［8］Lee S H， Park J W. New islanding detection method for inverter-based distributed generation considering its switching frequency［J］. IEEE Transactions on Industry Applications， 2010， 46（5）： 2089-2098.

［9］Teodorescu R， Liserre M， Rodríguez P. Grid converters for photovoltaic and wind power systems ［M］. Hoboken： John Wiley and Sons， 2011： 96-120.

［10］ 崇志強(qiáng)， 戴志輝， 焦彥軍. 基于負(fù)序電流注入的光伏并網(wǎng)逆變器孤島檢測方法［J］. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制， 2014， 42（24）： 65-71. Chong Zhiqiang， Dai Zhihui， Jiao Yanjun. Islanding detection method based on grid-connected photovoltaic converter and negative sequence current injection［J］. Power System Protection and Control，2014， 42（24）： 65-71.

［11］貝太周， 王萍， 蔡蒙蒙. 注入三次諧波擾動(dòng)的分布式光伏并網(wǎng)逆變器孤島檢測技術(shù)［J］. 電工技術(shù)學(xué)報(bào)， 2015， 30（7）： 44-51. Bei Taizhou， Wang Ping， Cai Mengmeng. An islanding detection method with the third harmonic injection for distributed grid-connected PV inverters［J］. Transactions of China Electrotechnical Society， 2015， 30（7）： 44-51.

［13］De Mango F， Liserre M， Aquila A D， et al. Overview of anti-islanding algorithms for PV systems. Part I：passive methods［C］//IEEE 12th International Power Electronics and Motion Control Conference， EPEPEMC， Portoroz， 2006： 1878-1883.

［13］De Mango F， Liserre M， Aquila A D， et al. Overview of anti-islanding algorithms for PV systems. Part II：active methods［C］//IEEE 12th International Power Electronics and Motion Control Conference， EPEPEMC， Portoroz， 2006： 1884-1889.

［14］馬靜， 米超， 夏冰陽， 等. 基于負(fù)序功率正反饋的孤島檢測新方法［J］. 電工技術(shù)學(xué)報(bào)， 2013， 28（4）：191-195. Ma Jing， Mi Chao， Xia Bingyang， et al. A novel islanding detection method based on negativesequence power positive feedback［J］. Transactions of China Electrotechnical Society， 2013， 28（4）： 191-195.

［15］Karimi H， Yazdani A， Iravani R. Negative-sequence current injection for fast islanding detection of a distributed resource unit［J］. IEEE Transactions on Power Electronics， 2008， 23（1）： 298-307.

［16］郭小強(qiáng)， 鄔偉揚(yáng). 微電網(wǎng)非破壞性無盲區(qū)孤島檢測技術(shù)［J］. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)， 2009， 29（25）： 7-12. Guo Xiaoqiang， Wu Weiyang. Non-devastating islanding detection for microgrids without non detection zone［J］. Proceedings of the CSEE， 2009，29（25）： 7-12.

［17］Rodriguez P， Timbus A V， Teodorescu R， et al. Flexible active power control of distributed power generation systems during grid faults［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2007， 54（5）：2583-2592.

［18］Chung S K. Phase-locked loop for grid-connected three-phase power generation systems［J］. Journal of Electrical Engineering and Information Science， 1999，4（6）： 760-768.

Negative-Sequence Current Perturbation Islanding Detection Method with Nonlinear Positive Feedback of Unbalance Degree

Ding Hao1Wei Yanjun1He Yu2Zhang Di1Qi Hanhong1Zhang Jinlong1
（1. College of Electrical EngineeringYanshan UniversityQinhuangdao066004China 2. Jiangsu Vocational College of Information TechnologyWuxi214153China）

Islanding detection is an essential function of grid-connected inverters. Its basic requirement is to detect islanding state without non-detection zone （NDZ） within the specified time and minimize the impacts on power quality. With its unique advantages in rapid detection， high efficiency and no NDZ， the negative-sequence current perturbation method is widely used. However， because of the fluctuations arising from unbalance factor of grid voltage， the negative-sequence current perturbation method with positive feedback of unbalance factor will affect the symmetry of grid current. Thus， this paper proposes a novel islanding detection with nonlinear positive feedback， which injects less negative-sequence perturbation current. The feedback function is greater than the positive feedback threshold and is less than the restrictive value under the maximum unbalance factor of grid voltage. The proposed method can not only detect islanding successfully， but also quantitatively restrain the unbalance factor of grid current. Theoretical analysis， simulation and experimental results verify the correctness and feasibility of the method.

Islanding detection， grid-connected inverter， negative-sequence current， unbalance factor， nonlinear positive feedback

TM615

丁浩男，1985年生，博士研究生，研究方向?yàn)殡娏﹄娮庸β首儞Q與控制、新能源發(fā)電技術(shù)。

E-mail： dinghao@ysu.edu.cn

漆漢宏男，1968年生，博士，教授，研究方向?yàn)殡娏﹄娮庸β首儞Q與控制、新能源發(fā)電技術(shù)等。

E-mail： hhqi@ysu.edu.cn（通信作者）

高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金（20121333110007）和河北省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃重點(diǎn)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（13964304D）資助。

2014-05-04改稿日期 2015-07-30