大型移動(dòng)式光伏電站防孤島能力檢測平臺(tái)的研究與開發(fā)

胡文平，雷勝華，王 雪，賈靜然

?

大型移動(dòng)式光伏電站防孤島能力檢測平臺(tái)的研究與開發(fā)

胡文平1，雷勝華2，王 雪2，賈靜然1

(1.國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，河北 石家莊 050021；2.華北電力大學(xué)新能源電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 保定 071003)

根據(jù)近年來我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀以及光伏電站并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，針對(duì)開展防孤島能力試驗(yàn)需要考慮的逆變器容量、并網(wǎng)點(diǎn)電壓等級(jí)、負(fù)荷加載、地理環(huán)境等實(shí)際問題，開發(fā)了一套具有380 V/ 10 kV/35 kV多電壓等級(jí)接入、最大容量為1.5 MW的移動(dòng)式光伏電站防孤島能力檢測平臺(tái)。該平臺(tái)能夠滿足不同類型光伏電源防孤島能力試驗(yàn)的需要。選定曲陽縣某光伏電站開展現(xiàn)場防孤島能力檢測試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果證明該檢測平臺(tái)能快速、準(zhǔn)確地檢測到并網(wǎng)逆變器是否具有防孤島能力。

光伏電站；防孤島能力；孤島檢測；移動(dòng)檢測平臺(tái)；多電壓等級(jí)

0 引言

世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展依靠能源的供給，傳統(tǒng)的化石能源不僅儲(chǔ)量有限，而且還會(huì)惡化生態(tài)環(huán)境，大力發(fā)展可再生的清潔能源顯得迫在眉睫。太陽能作為全球最豐富的清潔能源，以其不受地域限制、便于采集、無須開采和運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，引起了世界各國的廣泛關(guān)注。美國、德國、西班牙、丹麥、捷克等歐美發(fā)達(dá)國家開展光伏發(fā)電技術(shù)的研究較早，在相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定、檢測機(jī)構(gòu)的建設(shè)等方面已經(jīng)取得了較大的成功，為其整個(gè)國家光伏產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展提供了良好的技術(shù)支撐。我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)較晚，制造技術(shù)參差不齊，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和檢測機(jī)構(gòu)還不完善。而隨著我國光伏發(fā)電裝機(jī)容量在地區(qū)電網(wǎng)的比重逐年增大，其并網(wǎng)運(yùn)行將給電力系統(tǒng)帶來巨大的挑戰(zhàn)。其中，并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)適應(yīng)性、低電壓穿越能力、孤島檢測能力等成為了制約光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。相繼頒布的Q/GDW 617-2011《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》[1]、Q/GDW 618-2011《光伏電站接入電網(wǎng)測試規(guī)程》[2]和GB/T 19964-2012《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》[3]規(guī)定，光伏電站應(yīng)配置獨(dú)立的防孤島保護(hù)裝置。

即使光伏逆變器在投入運(yùn)行之前已經(jīng)通過了廠家嚴(yán)格的出廠試驗(yàn)和型式試驗(yàn)[4]，但在實(shí)踐工程中，由于多臺(tái)逆變器并聯(lián)運(yùn)行的稀釋效應(yīng)[5-6]或者周圍的隨機(jī)干擾[7]，仍然可能造成逆變器的孤島檢測失敗或者孤島誤動(dòng)作。另外，非計(jì)劃的孤島運(yùn)行將會(huì)給電力設(shè)備和線路檢修員工帶來安全隱患。根據(jù)光伏并網(wǎng)測試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院研制開發(fā)了一套擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型移動(dòng)式多電壓等級(jí)光伏電站防孤島能力檢測系統(tǒng)。該檢測平臺(tái)至多可以同時(shí)對(duì)3臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的額定容量為0.5 MW的逆變器集群系統(tǒng)[8]進(jìn)行防孤島能力檢測，并網(wǎng)電壓等級(jí)兼容380 V/10 kV /35 kV。

1 防孤島能力檢測平臺(tái)開發(fā)思路和整體框架設(shè)計(jì)

針對(duì)目前光伏電源接入系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀，移動(dòng)式光伏并網(wǎng)逆變器防孤島檢測系統(tǒng)的研制需要考慮以下因素[9-16]：

(1) 光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)電壓等級(jí)與其容量有關(guān)，具體如表1所示。為了適應(yīng)多電壓等級(jí)測試的要求，降低測試成本，提高裝置利用率，防孤島檢測系統(tǒng)必須同時(shí)滿足400?V/10?kV/35?kV光伏電站防孤島檢測的需求。

表1 不同類型光伏電源的

Table 1 of different types’ PV

表1 不同類型光伏電源的

光伏電源并網(wǎng)點(diǎn)電壓 200 kW以下的電站400 V 廠區(qū)光伏、自發(fā)自用型光伏電站10 kV 大型光伏專用電站35 kV

(2) 防孤島檢測系統(tǒng)必須具有可移動(dòng)性，能夠方便運(yùn)輸和組裝，以便于對(duì)不同地理位置的光伏電站開展防孤島檢測試驗(yàn)。

(3) 防孤島檢測系統(tǒng)所含模擬負(fù)載的容量能適應(yīng)光伏逆變器向兆瓦級(jí)容量發(fā)展的趨勢。

(4) 在防孤島試驗(yàn)中為了實(shí)現(xiàn)逆變器輸出功率與虛擬本地RLC負(fù)載的精確匹配，需要對(duì)RLC負(fù)載進(jìn)行反復(fù)調(diào)節(jié)。為了避免手工接線帶來的繁瑣操作和人為誤差，測試系統(tǒng)應(yīng)具備自動(dòng)加載負(fù)載的功能。

因此，遵循多電壓等級(jí)、移動(dòng)式、大容量、自動(dòng)負(fù)荷控制的技術(shù)路線，開展移動(dòng)式光伏并網(wǎng)逆變器防孤島檢測系統(tǒng)的研制，檢測系統(tǒng)的框架如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)由RLC孤島負(fù)載集裝箱和變壓器/集控室集裝箱組成，高度集成化，方便運(yùn)輸和組裝。檢測系統(tǒng)主要包含RLC功率模塊、變壓器、散熱系統(tǒng)、絕緣設(shè)計(jì)、保護(hù)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、人機(jī)界面、存儲(chǔ)設(shè)備、控制電腦等功能模塊。各個(gè)功能模塊的功能作用分別如下。

圖1 檢測系統(tǒng)框架圖

RLC功率模塊：用以模擬與逆變器輸出功率匹配的本地負(fù)載。

變壓器：實(shí)現(xiàn)10 kV/35 kV高壓到400 V低壓的轉(zhuǎn)換，滿足多電壓等級(jí)測試的要求，同時(shí)低壓負(fù)載技術(shù)相對(duì)成熟，為以后擴(kuò)容及其他性能測試奠定了基礎(chǔ)。

散熱系統(tǒng)：由多個(gè)大型軸流式風(fēng)機(jī)和自動(dòng)保護(hù)裝置組成，可將功率模塊轉(zhuǎn)化出的熱量迅速吹散，保持箱體內(nèi)溫度適宜。

絕緣設(shè)計(jì)：包括防孤島檢測系統(tǒng)在制造過程中的中間試驗(yàn)、產(chǎn)品的定型及出廠試驗(yàn)，在進(jìn)行防孤島檢測試驗(yàn)現(xiàn)場的交接試驗(yàn)，使用中為維護(hù)運(yùn)行安全而進(jìn)行的絕緣預(yù)防性試驗(yàn)等。

保護(hù)系統(tǒng)：包括過流、過壓、過溫、煙霧、門禁、風(fēng)機(jī)過載保護(hù)等。

控制系統(tǒng)：通過內(nèi)置試驗(yàn)條件的自動(dòng)控制軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制，控制模式分為手動(dòng)加載和預(yù)置曲線加載，可以精確模擬逆變器并網(wǎng)的孤島工況。

設(shè)計(jì)方案中檢測系統(tǒng)負(fù)載按低壓400 V電壓等級(jí)設(shè)計(jì)，光伏電站10 kV/35 kV高壓先經(jīng)過變壓器轉(zhuǎn)變成400 V低壓，然后連接到400 V電壓等級(jí)負(fù)載箱。RLC負(fù)載消耗的最大有功功率為1 593.3 kW，最大無功功率為1 593.3 kvar，可以滿足3臺(tái)500 kW并聯(lián)運(yùn)行情況下的逆變器防孤島檢測試驗(yàn)。變壓器/集控室集裝箱中的變壓器容量為1 600 kVA，該接線方式可以實(shí)現(xiàn)10 kV/35 kV電壓等級(jí)光伏電站的防孤島檢測。另外，400 V光伏電站直接與負(fù)載箱連接則可實(shí)現(xiàn)400 V電壓等級(jí)光伏電站防孤島檢測。

2 防孤島檢測系統(tǒng)的研制

2.1 變壓器/集控室集裝箱研制

由圖1可知，變壓器/集控室集裝箱由變壓器箱體和集控室箱體兩大部分組成。變壓器箱體為一臺(tái)額定容量為1600 kVA，高中低電壓等級(jí)為 35 kV/ 10 kV/400 V的三繞組變壓器。根據(jù)GB6450及國際電工IEC726標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)變壓器的空載損耗、噪聲、局部放電量、機(jī)械強(qiáng)度、電氣強(qiáng)度、耐熱強(qiáng)度等技術(shù)指標(biāo)的規(guī)定，選擇符合各項(xiàng)指標(biāo)的變壓器型號(hào)。

為了能夠分別采集高低壓側(cè)電壓電流信號(hào)，在變壓器箱體支撐梁上分別安裝了PT和CT。高低壓側(cè)另外配備帶MC計(jì)量標(biāo)注的電量參數(shù)分析表，用于測試高低壓側(cè)兩端電壓、電流、有功、無功、功率因素、三相電壓不平衡等參數(shù)。

為了滿足測試人員的操作需求，集控室里必須具備：(1) 緊急停機(jī)按鈕，用以面對(duì)突發(fā)事件；(2)逆變器高低壓側(cè)電壓電流信號(hào)、斷路器分?jǐn)嘈盘?hào)的采集接口；(3) 直接控制RLC負(fù)載自動(dòng)精確加載的控制軟件；(4) 為了適應(yīng)全天候的試驗(yàn)任務(wù)，集控室必須采用保溫設(shè)計(jì)。為此，可以在集控室內(nèi)設(shè)置一個(gè)由各種采集信號(hào)接口、緊急按鈕、指示燈等組成的控制臺(tái)?？刂婆_(tái)內(nèi)嵌入一臺(tái)控制電腦用以安裝RLC負(fù)載控制軟件，控制臺(tái)內(nèi)安裝一臺(tái)3 kVA UPS不間斷電源為控制電腦提供臨時(shí)電源。此外，集控室的保溫設(shè)計(jì)可以通過加裝一臺(tái)空調(diào)來解決。

2.2 RLC負(fù)載集裝箱的設(shè)計(jì)

根據(jù)《防孤島效應(yīng)試驗(yàn)裝置技術(shù)規(guī)范》(NB/T 42053-2015)對(duì)防孤島檢測裝置的規(guī)定，RLC負(fù)載必須具有以下功能[17]：

(a) 具有高精度，在RLC加載過程中不會(huì)發(fā)生漂移；

(b) 具有分相獨(dú)立控制功能，保證在三相負(fù)載不平衡的情況下，孤島諧振試驗(yàn)時(shí)每一相的負(fù)載都能精確調(diào)整到位；

(c) 具有寄生量補(bǔ)償功能，保證負(fù)載諧振頻率能夠穩(wěn)定到基頻，而不至于觸發(fā)過/欠頻保護(hù)；

(d) 遠(yuǎn)程自動(dòng)加載功能，避免手工接線帶來的繁瑣操作和人為誤差，提高檢測效率；

(e) 為了保證測量結(jié)果準(zhǔn)確，要求RLC負(fù)載本身的諧波量要小于。

據(jù)此，從以下幾個(gè)方面對(duì)RLC負(fù)載的設(shè)計(jì)作具體介紹：

(1) RLC元器件選型

電阻模塊選用新型合金電阻功耗組件，具有功率密度高、無紅熱現(xiàn)象的特點(diǎn)，在防孤島檢測過程不會(huì)由于長時(shí)間加載引起阻抗值的熱漂移，配合溫度監(jiān)控裝置及智能風(fēng)冷裝置，可以保證溫度保持在75℃以下。

容性負(fù)載模塊采用CBB電容，具有無極性、絕緣阻抗高、頻率響應(yīng)寬廣、介質(zhì)損失小等特點(diǎn)；感性負(fù)載模塊采用磁路式電感器件，具有磁性強(qiáng)、材質(zhì)優(yōu)、精度高等特點(diǎn)。

(2) 三相RLC負(fù)載分相獨(dú)立控制

在實(shí)際工程中，可能出現(xiàn)三相負(fù)載不平衡的情況，為了保證在孤島諧振試驗(yàn)時(shí)每一相的負(fù)載都能精確調(diào)整到位，因此，用于防孤島試驗(yàn)的RLC三相負(fù)載必須分相獨(dú)立控制。分相獨(dú)立控制的技術(shù)路線是：負(fù)載低壓側(cè)回路按AN、BN、CN三個(gè)單相回路獨(dú)立控制設(shè)計(jì)，各相通過一個(gè)接觸器控制RLC負(fù)載的加載過程，如圖2所示。

圖2 RLC負(fù)載分相獨(dú)立控制原理

電感、電容、電阻陣列分別設(shè)計(jì)為兩層，第一層的元器件并聯(lián)到線路中三相共同控制，第二層元器件并聯(lián)到線路中分相獨(dú)立控制。

(3) 寄生量補(bǔ)償算法

電阻、電感、電容等元器件由于其工藝的原因，不可避免地存在寄生量。寄生量會(huì)影響RLC的諧振頻率，因此在加載過程中必須考慮補(bǔ)償電阻、電感、電容的寄生量。通常情況下，電阻元件存在寄生電感和寄生電容，但在低頻情況下，寄生電容可以忽略，所以低頻時(shí)只考慮電阻的寄生電感；電感元件存在寄生電阻和寄生電容，但其本身的部分電感與寄生電容抵消，對(duì)外表現(xiàn)為阻感特性，所以認(rèn)為電感只存在寄生電阻；同理，電容只存在寄生電阻。

基于上述原理，寄生量補(bǔ)償功能按照如下算法實(shí)現(xiàn)：

寄生量補(bǔ)償算法具體流程如圖3所示。

(4) 熱設(shè)計(jì)

負(fù)載散熱系統(tǒng)由多個(gè)大型軸流式風(fēng)機(jī)和自動(dòng)保護(hù)裝置組成，可將功率模塊轉(zhuǎn)化出的熱量迅速吹散，保持箱體內(nèi)溫度適宜，具體如圖4所示。RLC負(fù)載集裝箱中考慮到電阻元器件的散熱問題、電感的體積重量問題以及接線便捷、布局合理等問題，對(duì)元器件的擺放位置進(jìn)行規(guī)劃，將電感元器件安裝在底部、電容安裝在中部、電阻安裝在頂部，中間留有維修通道，方便設(shè)備維護(hù)與元器件散熱。

風(fēng)機(jī)配備了海上專用節(jié)能管道軸流風(fēng)機(jī)及可調(diào)式耐腐蝕葉輪，通過多臺(tái)風(fēng)機(jī)的組合，可充分滿足大功率負(fù)載的散熱需求。風(fēng)機(jī)配有風(fēng)量檢測傳感器和電機(jī)過載保護(hù)器，異常狀態(tài)下能自動(dòng)切斷負(fù)載并報(bào)警。負(fù)載部分與出風(fēng)口位置還裝有多個(gè)溫度傳感器，當(dāng)溫度達(dá)到警戒值時(shí)也能自動(dòng)切斷負(fù)載，保證負(fù)載不會(huì)因溫度過高而損壞。風(fēng)道采用側(cè)面進(jìn)風(fēng)，上出風(fēng)的方式。

圖3 寄生量補(bǔ)償算法流程圖

圖4 散熱系統(tǒng)示意圖

2.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

(1) 通信連接

負(fù)載內(nèi)部采用標(biāo)準(zhǔn)CAN總線接口通信方式，最高傳輸速率可達(dá)1 Mbps。負(fù)載與工控機(jī)、參數(shù)采集模塊通過RS-485通信方式實(shí)現(xiàn)，上位機(jī)軟件通過RJ45實(shí)現(xiàn)控制，具體連接情況如圖5所示。

圖5 通信連接示意圖

(2) 控制軟件

設(shè)備遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)采用以太網(wǎng)通信，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間100 ms。系統(tǒng)配套的數(shù)據(jù)管理軟件安裝于控制電腦，裝置通信接口與控制電腦通信接口兼容，在增加控制距離的同時(shí)，滿足實(shí)時(shí)顯示和智能控制的要求，配合功率分析儀和示波器完成光伏電站性能測試。軟件可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全部功能，包括加載、數(shù)據(jù)采集、儲(chǔ)存、管理。軟件的主界面如圖6所示。

圖6 軟件主界面

3 測試方案

光伏電站逆變器防孤島檢測電路圖如圖7所示，防孤島能力試驗(yàn)具體步驟[18]如下。

圖7 光伏電站逆變器防孤島檢測電路圖

(1) 防孤島能力測試應(yīng)選擇輻照度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)輻照度70％及以上的良好時(shí)段進(jìn)行。

(2) 在光伏電站或單元發(fā)電模塊并網(wǎng)點(diǎn)處，通過功率測試裝置測量被測光伏電站的有功功率和無功功率輸出。

(3) 依次投入防孤島檢測裝置的電感L、電容C、電阻R，使得RLC上消耗的功率滿足和；RLC諧振電路的品質(zhì)因數(shù)為；流過K2的基波電流小于被測光伏電站輸出電流的5％。

(4) 斷開K2，即斷開變壓器/集控室集裝箱斷路器，通過數(shù)字示波器查看分?jǐn)嘈盘?hào)，記錄被測光伏電站運(yùn)行情況。讀取數(shù)字示波器電流信號(hào)和功率測試裝置數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

測試過程中記錄逆變器輸出電流和逆變器并網(wǎng)電流，斷開并網(wǎng)開關(guān)時(shí)間和逆變器停止輸出電流的時(shí)間差為測逆變器孤島保護(hù)時(shí)間，查看逆變器是否在2 s或電網(wǎng)企業(yè)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)停止運(yùn)行。

4 現(xiàn)場測試及分析

光伏電站移動(dòng)式防孤島能力檢測平臺(tái)所有測量設(shè)備經(jīng)第三方計(jì)量認(rèn)證，并于2014年10月~11月對(duì)曲陽某光伏電站完成光伏并網(wǎng)逆變器防孤島能力試驗(yàn)，具體接線如圖8。試驗(yàn)分兩次進(jìn)行，均在高壓側(cè)35 kV側(cè)測試。為了驗(yàn)證防孤島檢測平臺(tái)能夠精確設(shè)置本地負(fù)載，孤島發(fā)生后孤島保護(hù)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)動(dòng)作，而不是因?yàn)樨?fù)載精度不夠?qū)е鹿聧u發(fā)生后并網(wǎng)點(diǎn)諧振頻率超出過欠頻保護(hù)的整定范圍，引起過欠頻保護(hù)動(dòng)作，測試試驗(yàn)1中增加逆變器未投主動(dòng)孤島保護(hù)情況下的試驗(yàn)結(jié)果作對(duì)照。

圖8 35 kV光伏電站檢測接線示意圖

測試試驗(yàn)1：單臺(tái)逆變器單獨(dú)運(yùn)行，逆變器正常并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，其三相輸出數(shù)據(jù)如表2所示，加入模擬本地RLC負(fù)載裝置，負(fù)載處于諧振點(diǎn)時(shí)逆變器三相輸出數(shù)據(jù)如表3所示。由表2、表3中測量得到的K2點(diǎn)輸出電流值可知，加載RLC負(fù)載后，流過K2點(diǎn)電流值略大于測試方案的要求，由于大電網(wǎng)參數(shù)的影響[19]，K2點(diǎn)輸出的無功功率無法進(jìn)一步減小，此處可以認(rèn)為已經(jīng)滿足測試方案中(3)的要求。其中，RLC負(fù)載加載實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)如表4所示。

斷開集裝箱斷路器K2，孤島發(fā)生，防孤島保護(hù)時(shí)間實(shí)測值如圖9所示。圖中2通道波形為逆變器輸出端電流信號(hào)，3通道為逆變器并網(wǎng)開關(guān)開斷信號(hào)，由該圖可知逆變器斷網(wǎng)開關(guān)斷開時(shí)間為-35.6 ms，逆變器輸出電流截止時(shí)間為232 ms，兩者時(shí)間差為268 ms＜2 s，滿足測試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的孤島保護(hù)時(shí)間要求。

表2 逆變器三相輸出數(shù)據(jù)

表3 諧振時(shí)K2點(diǎn)三相輸出數(shù)據(jù)

表4 RLC負(fù)載加載實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

圖9 防孤島保護(hù)信號(hào)

逆變器未投入主動(dòng)孤島保護(hù)時(shí)，防孤島試驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。圖中2通道波形為逆變器輸出端電流信號(hào)，1通道為逆變器并網(wǎng)開關(guān)開斷信號(hào)，由圖可知逆變器斷網(wǎng)開關(guān)斷開時(shí)間為-3.92 s，逆變器輸出電流截止時(shí)間為3.96 s，兩者時(shí)間差為7.88 s>2 s，超過測試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的孤島保護(hù)時(shí)間2 s。由此可知，孤島發(fā)生后，本地負(fù)載諧振頻率在2 s內(nèi)一直處于過欠頻保護(hù)規(guī)定的范圍內(nèi)，防孤島檢測系統(tǒng)中RLC負(fù)載精度滿足防孤島測試標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

圖10 防孤島保護(hù)信號(hào)

測試試驗(yàn)2：2臺(tái)逆變器并列運(yùn)行，逆變器正常并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，其三相輸出數(shù)據(jù)如表5所示，加入模擬本地RLC負(fù)載裝置，負(fù)載處于諧振點(diǎn)時(shí)逆變器三相輸出數(shù)據(jù)如表6所示。由表5、表6中測量得到的K2點(diǎn)輸出電流值可知，加載RLC負(fù)載后，流過K2點(diǎn)的電流值滿足測試方案的要求。

表5 逆變器三相輸出數(shù)據(jù)

表6 諧振時(shí)K2點(diǎn)三相輸出數(shù)據(jù)

斷開集裝箱斷路器K2，孤島發(fā)生，防孤島保護(hù)時(shí)間實(shí)測值如圖11所示。由圖11可知，逆變器斷網(wǎng)開關(guān)斷開時(shí)間為-456 ms，逆變器輸出電流截止時(shí)間為179.2 ms，兩者時(shí)間差為635.2 ms<2 s，滿足測試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的孤島保護(hù)時(shí)間要求。

兩次試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果如表7所示，兩臺(tái)逆變器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，其輸出的總的有功和無功功率是單臺(tái)逆變器的兩倍，但孤島檢測時(shí)間增大，雖然檢測時(shí)間仍然小于2 s，但逆變器的孤島檢測能力因?yàn)槭芟♂屝?yīng)[6-7]的影響而減弱?？梢灶A(yù)見隨著并聯(lián)運(yùn)行的逆變器臺(tái)數(shù)增多，當(dāng)臺(tái)數(shù)超過某一個(gè)定值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致孤島檢測失敗。

圖11 防孤島保護(hù)信號(hào)

表7 防孤島檢測結(jié)果對(duì)比

5 結(jié)論

開發(fā)的大型光伏電站移動(dòng)式防孤島能力檢測平臺(tái)具有移動(dòng)性、大容量、多電壓等級(jí)接入、自動(dòng)負(fù)荷控制的特點(diǎn)，有利于開展光伏電站防孤島能力檢測，能夠解決大規(guī)模并網(wǎng)運(yùn)行的光伏電站給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來的潛在威脅，保證并網(wǎng)機(jī)組滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。通過現(xiàn)場試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)光伏電站的防孤島能力受稀釋效應(yīng)的影響較大，隨著光伏電站容量增大，并網(wǎng)運(yùn)行逆變器臺(tái)數(shù)增多，可能出現(xiàn)孤島檢測失敗的風(fēng)險(xiǎn)，因此有必要開發(fā)出更大容量的防孤島檢測裝置，確保受稀釋效應(yīng)影響的逆變器集群系統(tǒng)仍具有足夠的防孤島能力。

[1] Q/GWD 617-2011 光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定[S]. 北京: 中國電力出版社, 2011.

[2] Q/GWD 618-2011 光伏電站接入電網(wǎng)測試規(guī)程[S]. 北京: 中國電力出版社, 2011.

[3] GB/T 19964-2012 光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2013.

[4] 郭放, 李大中. 光伏并網(wǎng)逆變器性能檢測技術(shù)及智能檢測平臺(tái)系統(tǒng)研究[J]. 電力學(xué)報(bào), 2012, 27(5): 498-501.

GUO Fang, LI Dazhong. Photovoltaic Grid-connected inverter performance testing technology and smart detection system research[J]. Journal of Electric Power, 2012, 27(5): 498-501.

[5] 劉方銳, 段善旭, 康勇, 等. 多機(jī)光伏并網(wǎng)逆變器的孤島檢測技術(shù)[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2010, 25(1): 167-171.

LIU Fangrui, DUAN Shanxu, KANG Yong, et al. Islanding detection methods for multiple PV converters system[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2010, 25(1): 167-171.

[6] 謝東, 張興. 主動(dòng)移頻式孤島檢測法產(chǎn)生稀釋效應(yīng)機(jī)理的分析[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2013, 41(4): 84-90.

XIE Dong, ZHANG Xing. Analysis of dilution phenomenon for active frequency shift islanding detection method[J]. Power System Protection and Control, 2013, 41(4): 84-90.

[7] 應(yīng)展烽, 陳運(yùn)運(yùn), 田亞生, 等. 基于抗干擾六點(diǎn)測頻法的主動(dòng)頻移孤島檢測[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備, 2013, 33(4): 72-76.

YING Zhanfeng, CHEN Yunyun, TIAN Yasheng, et al.Active frequency shift islanding detection based on anti- interference six-point frequency detection algorithm[J]. Electric Power Automation Equipment, 2013, 33(4): 72-76.

[8] 閆凱,張保會(huì),瞿繼平, 等. 光伏發(fā)電系統(tǒng)暫態(tài)建模與等值[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(1): 1-8.

YAN Kai, ZHANG Baohui, QU Jiping, et al.Photovoltaicpower system transient modeling and equivalents[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(1): 1-8.

[9] 馮煒, 林海濤, 張羽. 配電網(wǎng)低壓反孤島裝置設(shè)計(jì)原理及參數(shù)計(jì)算[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2014, 38(2): 85-90.

FENG Wei, LIN Haitao, ZHANG Yu.Design principle and parameter calculation for distribution network low voltage anti-islanding devices[J]. Automation of Electric Power Systems, 2014, 38(2): 85-90.

[10]李紅濤, 張軍軍, 包斯嘉, 等. 小型并網(wǎng)光伏電站移動(dòng)檢測平臺(tái)設(shè)計(jì)與開發(fā)[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2011, 35(19): 39-42.

LI Hongtao, ZHANG Junjun, BAO Sijia, et al. Design and development of a mobile detection platform for gird connection of small photovoltaic power stations[J]. Automation of Electric Power Systems, 2011, 35(19): 39-42.

[11]朱時(shí)雨, 鄭濤, 羅美玲, 等. 基于濾波裝置短路的孤島檢測法在分布式發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(19): 106-111.

ZHU Shiyu, ZHENG Tao, LUO Meiling, et al. Islanding detection method based on short-filtering device for DG system[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(19): 106-111.

[12]李少林, 王瑞明, 孫勇, 等. 分散式風(fēng)電孤島運(yùn)行特性與孤島檢測試驗(yàn)研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(21): 13-19.

LI Shaolin, WANG Ruiming, SUN Yong, et al. Analysis and experiment research on islanding behaviors and detection strategy for dispersed wind power[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(21): 13-19.

[13] 鄭陸海, 郭鑫鑫, 李新強(qiáng), 等. 分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)變流器防孤島檢測技術(shù)研究[J]. 電器與能效管理技術(shù), 2014(17): 32-37.

ZHENG Luhai, GUO Xinxin, LI Xinqiang, et al. Research on islanding detection technology for grid- connected converters of distributed generation power systems[J].Electrical & Energy Management Technology, 2014(17): 32-37.

[14]王弋飛, 張浩, 馬西奎. 一種基于相位偏移的自抗擾孤島檢測法在光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 高壓電器, 2015, 51(10): 13-18.

WANG Yifei, ZHANG Hao, MA Xikui. Application of an active disturbance rejection islanding detection method in photovoltaic grid-connected converters[J]. High Voltage Apparatus, 2015, 51(10): 13-18.

[15]許健, 趙春雷, 喬峰, 等. 針對(duì)多分布式電源的孤網(wǎng)繼電保護(hù)[J]. 電網(wǎng)與清潔能源, 2015, 31(2): 78-82.

XU Jian, ZHAO Chunlei, QIAO Feng, et al.Solitary network relay protection for multi-distributed generation[J].Power System and Clean Energy, 2015, 31(2): 78-82.

[16]彭家琦, 趙峰. 基于正反饋無功擾動(dòng)的逆變器孤島檢測方法研究[J]. 電器與能效管理技術(shù), 2014(23): 35-38.

PENG Jiaqi, ZHAO Feng. Research on inverter islanding detection method based on positive feedback reactive power disturbance[J].Electrical & Energy Management Technology, 2014(23): 35-38.

[17]賀眉眉, 李華強(qiáng), 甘立勇, 等. RLC負(fù)荷模型分布式發(fā)電孤島檢測方法研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2011, 39(6): 7-11.

HE Meimei, LI Huaqiang, GAN Liyong, et al.Islanding detection scheme evaluation for RLC load distributed generation[J]. Power System Protection and Control, 2011, 39(6): 7-11.

[18]崔劍, 王金梅, 陳杰, 等. 光伏并網(wǎng)逆變器性能指標(biāo)檢測與分析研究[J]. 自動(dòng)化儀表, 2015, 36(9): 84-87.

CUI Jian, WANG Jinmei, CHEN Jie, et al.Performance index detection and analysis research for PV grid-connected inverter[J]. Process Automation Instrumentation, 2015, 36(9): 84-87.

[19]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(增刊1): 399-407.

TANG Wei, WU Jianwen, LI Peng, et al.Research on islanding detection considering the effect of grid impedance[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2014, 29(S1): 399-407.

(編輯 葛艷娜)

Design and development of the mobile platform to test the ability of anti-islanding for large-scale PV power station

HU Wenping1, LEI Shenghua2, WANG Xue2, JIA Jingran1

(1. Electric Power Research Institute, State Grid Electric Power Company of Hebei Province, Shijiazhuang 050021, China; 2.State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources, North China Electric Power University, Baoding 071003, China)

According to the current development of photovoltaic industry and the relevant provisions of thestandards for PV power station connected to power grid in recent years,a testing platform to detect the ability of anti-islanding is developed and designed. The mobile an-islanding detection platform can be accessed to a set of multi-voltage, such as 380 V, 10 kV, 35 kV, with the maximum capacity of PV power station being 1.5 MW, considering the capacity of the inverter, power grid’s voltage level, load loaded, geographical environment and so on. Field tests have been conducted successfully on a PV power station in Quyang. The results show that whether the inverter connected to power grid owes the ability of an-islanding can be detected quickly and accurately by the test platform.

photovoltaic power station;ability of anti-islanding; islanding detection; mobile testing platform; multi- voltage rating

10.7667/PSPC151472

國網(wǎng)河北省電力公司科技項(xiàng)目(KJ2014-052)

2015-08-20；

2016-04-07

胡文平(1968-)，男，博士，高工，主要研究領(lǐng)域?yàn)殡娋W(wǎng)分析與計(jì)算、電能質(zhì)量和分布式能源；雷勝華(1990-)，男，通信作者，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)與控制；E-mail: leishenghua1014@ qq.com 王 雪(1978-)，男，博士，講師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)與控制。