孤島效應是由越來越多的新能源發(fā)電系統(tǒng)并接到電網上帶來的新現象。當逆變器和大電網并網運行，而由于某種故障大電網側短路器跳閘時，就會發(fā)生并網逆變系統(tǒng)獨立向周圍負載供電，形成電力公司無法掌控的自給供電孤島。孤島現象可能造成逆變系統(tǒng)和用電設備損壞，并對電力檢修人員的生命安全造成威脅。在微網系統(tǒng)中，孤島現象分為計劃性孤島現象(islanding)和非計劃性孤島現象(unintentional islanding)。計劃性孤島現象是預配置的控制策略，有計劃的發(fā)生孤島;非計劃孤島現象為非計劃不受控制的發(fā)生孤島現象，微電網中要禁止非計劃孤島現象的發(fā)生。

并網系統(tǒng)在發(fā)生非計劃孤島現象時會產生如下嚴重的危害：

(1)電力系統(tǒng)因故停電后，由于分布式電源的存在，使得本來不帶電的線路和設備帶電，可能對電力維修人員的人身安全造成威脅;

(2)大電網掉電以后，其鉗位作用消失，現行系統(tǒng)的電壓、頻率會發(fā)生明顯變化，致使系統(tǒng)中一些精密儀器和設備損壞;

(3)設備損壞以后責任不好分攤，大電網和微電網都應該對因電能質量造成的損失進行負責，單方面的承擔既不科學也不合理;

(4)影響配電網常規(guī)繼電保護裝置，導致其誤動作，甚至損壞，造成不必要的損失;

(5)孤島過程中，系統(tǒng)可能會控制已掉電的分布式電源重新接入大電網，這時如果孤島運行系統(tǒng)與大電網存在不同步的情況，它可能致使斷路器損壞，產生高沖擊電流，導致公共電網重新跳閘。

IEEE Std.929-2000和IEEE Std.1547 標準要求，分布式電源并網時，逆變器應具有反孤島檢測裝置。我國制定的并網技術標準 GB/T19939-2005《光伏系統(tǒng)并網技術要求》規(guī)定系統(tǒng)并網后頻率的波動范圍不能超過 50±0.5Hz;系統(tǒng)一旦發(fā)生孤島現象導致頻率越線，過/欠頻率保護應在 0.2s 內做出動作，使系統(tǒng)與大電網斷開且越快動作越好;至少應該設置一種主動和被動法相結合的防孤島效應保護。

孤島效應就是指因故障事故或停電維修等原因停止工作時，安裝在各個用戶端的光伏并網發(fā)電系統(tǒng)未能及時檢測出停電狀態(tài)而不能迅速將自身切離市電網絡，而形成的一個由光伏并網發(fā)電系統(tǒng)向周圍負載供電的一種電力公司無法掌控的自給供電孤島現象。根據Sandia National Laboratories提供的報告指出一般來說，孤島效應可能對整個配電系統(tǒng)設備及用戶端的設備造成不利的影響，包括：(1)危害電力維修人員的生命安全;(2)影響配電系統(tǒng)上的保護開關動作程序;(3)孤島區(qū)域所發(fā)生的供電電壓與頻率的不穩(wěn)定性質會對用電設備帶來破壞;(4)當供電恢復時造成的電壓相位不同步將會產生浪涌電流，可能會引起再次跳閘或對光伏系統(tǒng)、負載和供電系統(tǒng)帶來損壞;(5)光伏并網發(fā)電系統(tǒng)因單相供電而造成系統(tǒng)三相負載的欠相供電問題。由此可見，作為一個安全可靠的并網逆變裝置，必須能及時檢測出孤島效應并避免所帶來的危害。

被動式方法利用電網斷電時逆變器輸出端電壓、頻率、相位或諧波的變化進行孤島效應檢測。但當光伏系統(tǒng)輸出功率與局部負載功率平衡，則被動式檢測方法將失去孤島效應檢測能力，存在較大的非檢測區(qū)域(Non-Detection Zone，簡稱NDZ)。并網逆變器的被動式反孤島方案不需要增加硬件電路，也不需要單獨的保護繼電器。

(1)過/欠壓和過/欠頻檢測法過/欠電壓和高/低頻率檢測法是在公共耦合點的電壓幅值和頻率超過正常范圍時，停止逆變器并網運行的一種檢測方法。逆變器工作時，電壓、頻率的工作范圍要合理設置，允許電網電壓和頻率的正常波動，一般對220V/50Hz電網，電壓和頻率的工作范圍分別為194V≤V≤242V、49.5Hz≤f≤50.5Hz。如果電壓或頻率偏移達到孤島檢測設定閥值，則可檢測到孤島發(fā)生。然而當逆變器所帶的本地負荷與其輸出功率接近于匹配時，則電壓和頻率的偏移將非常小甚至為零，因此該方法存在非檢測區(qū)。這種方法的經濟性較好，但由于非檢測區(qū)較大，所以單獨使用OVR/UVR和OFR/UFR孤島檢測是不夠的。

(2)電壓諧波檢測法電壓諧波檢測法(Harmonic Hetection)通過檢測并網逆變器的輸出電壓的總諧波失真(totalharmonic distortion-THD)是否越限來防止孤島現象的發(fā)生，這種方法依據工作分支電網功率變壓器的非線性原理。發(fā)電系統(tǒng)并網工作時，其輸出電流諧波將通過公共耦合點a點流入電網。由于電網的網絡阻抗很小，因此a點電壓的總諧波畸變率通常較低，一般此時Va的THD總是低于閾值(一般要求并網逆變器的THD小于額定電流的5%)。當電網斷開時，由于負載阻抗通常要比電網阻抗大得多，因此a點電壓(諧波電流與負載阻抗的乘積)將產生很大的諧波，通過檢測電壓諧波或諧波的變化就能有效地檢測到孤島效應的發(fā)生。但是在實際應用中，由于非線性負載等因素的存在，電網電壓的諧波很大，諧波檢測的動作閥值不容易確定，因此，該方法具有局限性。

(3)電壓相位突變檢測法(PJD)電壓相位突變檢測法(Phase Jump Detection，PJD)是通過檢測光伏并網逆變器的輸出電壓與電流的相位差變化來檢測孤島現象的發(fā)生。光伏并網發(fā)電系統(tǒng)并網運行時通常工作在單位功率因數模式，即光伏并網發(fā)電系統(tǒng)輸出電流電壓(電網電壓)同頻同相。當電網斷開后，出現了光伏并網發(fā)電系統(tǒng)單獨給負載供電的孤島現象，此時，a點電壓由輸出電流Io和負載阻抗Z所決定。由于鎖相環(huán)的作用，Io與a點電壓僅僅在過零點發(fā)生同步，在過零點之間，Io跟隨系統(tǒng)內部的參考電流而不會發(fā)生突變，因此，對于非阻性負載，a點電壓的相位將會發(fā)生突變，從而可以采用相位突變檢測方法來判斷孤島現象是否發(fā)生。

相位突變檢測算法簡單，易于實現。但當負載阻抗角接近零時，即負載近似呈阻性，由于所設閥值的限制，該方法失效。被動檢測法一般實現起來比較簡單，然而當并網逆變器的輸出功率與局部電網負載的功率基本接近，導致局部電網的電壓和頻率變化很小時，被動檢測法就會失效，此方法存在較大的非檢測區(qū)。

傳統(tǒng)主動頻率偏移法(AFD)的檢測效果主要由注入的擾動信號量cf值(或者頻率擾動量Δf)決定，cf越大，孤島檢測時間就越短，但不能對cf任意取值，過大的cf值必定會影響系統(tǒng)輸出的電能質量。如何權衡好孤島效應檢測的效果及速度和并網逆變器輸出電能的質量之間的關系，成為研究正反饋主動頻率偏移法(AFDPF)的重要課題。

研究發(fā)現，主動頻率偏移法對并網系統(tǒng)是否發(fā)生孤島效應的檢測效果最好的情況，是當注入的擾動信號量cf在±5%內時。正反饋主動頻率偏移法(AFDPF)是基于傳統(tǒng)AFD法改進的比較成熟的方法，它克服了傳統(tǒng)AFD法選取cf值困難的缺點，下圖展示了AFDPF的檢測方案。

正反饋主動頻率偏移檢測方案

在進行正反饋主動頻率偏移法孤島檢測時，斬波系數cf按照計算。

式中cfk表示當前周期給并網逆變器施加的擾動信號量，cfk-1表示當前周期的上一周期給并網逆變器施加的擾動信號量，F( Δωk ) 為當前周期電壓采樣頻率ωk和電網頻率ωg之間偏差(Δωk=ωk?ωg)的函數。此式的含義是，正反饋信號擾動量受系統(tǒng)當前周期上一周期的擾動信號量和并網逆變器輸出電壓頻率的變化量共同作用產生。

AFDPF算法按照如下步驟執(zhí)行：

(1)正常并網運行時，大電網的包容性使得逆變器輸出的電能指標在規(guī)定范圍以內，頻率基本保持不變，由上述公式可知，斬波系數cf也不變;

(2)大電網因某些原因脫離并網系統(tǒng)，大電網包容性消失，而cf繼續(xù)存在，逆變器輸出電壓頻率PCC點的電壓頻率會產生頻偏差;

(3)F( Δωk ) 函數發(fā)揮作用使正反饋不斷累加，并網逆變器后一個周期輸出的擾動信號不斷增強，頻率偏差快速積累;

(4)在沒有達到預設限值以前，重復步驟(3)，直至累積的頻率偏移量超出預先設定限值，進行下一步;

(5)繼電保護動作，微電網不在為負載供電。