并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)孤島效應(yīng)檢測研究

趙星竹+尹常永

摘 要：在簡要介紹并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)孤島效應(yīng)的概念和危害的基礎(chǔ)上，介紹了孤島效應(yīng)的主要檢測方法。通過分析各種孤島效應(yīng)檢測方法的優(yōu)缺點，提出了在預(yù)防孤島運行中應(yīng)考慮的問題。

關(guān)鍵詞：孤島效應(yīng)；逆變器；檢測方法；優(yōu)缺點

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.142

1 孤島效應(yīng)概述與危害

孤島效應(yīng)是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的一種常見現(xiàn)象，影響著電能質(zhì)量和供電穩(wěn)定性。孤島效應(yīng)由于電網(wǎng)故障或其他發(fā)電系統(tǒng)對局部負荷的影響而中斷，但并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)無法檢測到電力故障狀態(tài)，發(fā)電系統(tǒng)仍正常工作，因此發(fā)電系統(tǒng)和周圍負荷構(gòu)成了孤島現(xiàn)象。隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)和其他分布式電網(wǎng)的增加，孤島的概率越來越高。在電力系統(tǒng)中，由于線路設(shè)備的維護或電源的突然狀態(tài)，考慮了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的孤島效應(yīng)的產(chǎn)生和檢測，克服了技術(shù)難點。

當孤島效應(yīng)發(fā)生時，通常發(fā)生以下問題： （1）孤島效應(yīng)可能對維修人員的生命安全構(gòu)成威脅；（2）當電源恢復(fù)時，由電網(wǎng)和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)引起的電壓相位將產(chǎn)生高沖擊電流，從而損壞并網(wǎng)發(fā)電機或再次跳閘；（3）孤島效應(yīng)可能發(fā)生電源電壓和頻率的不穩(wěn)定，可能會對電網(wǎng)設(shè)備造成損壞，干擾電網(wǎng)的正常供電。因此，為了避免這些后果，我們必須檢測孤島效應(yīng)并避免危險。

2 常用的孤島效應(yīng)檢測方法

根據(jù)逆變器端的檢測，將孤島檢測方法分為被動檢測法和主動檢測法。

（1）采用被動無源方法檢測電網(wǎng)中逆變器輸出電壓、頻率、相位或諧波的孤島效應(yīng)。并網(wǎng)逆變器的被動反孤島方案不需要增加硬件電路，不需要單獨的保護繼電器。缺點是，當系統(tǒng)輸出功率和局部負載功率平衡時，被動檢測方法將失去孤島效應(yīng)檢測能力，存在一個大的非檢測區(qū)域；一些參數(shù)不能直接測量，需要復(fù)雜的計算，其計算誤差和計算時間也會影響檢測效果。主動方法與無源方法相結(jié)合，不改變負載頻率和逆變器功率輸出失配。下面主要介紹了過/欠壓和高/低頻檢測方法、電壓諧波檢測方法的應(yīng)用效果及優(yōu)缺點。

過/欠壓和高/低頻檢測方法的被動檢測方法成本較低，但可廣泛應(yīng)用。它可以檢測孤島效應(yīng)，保護用戶設(shè)備，有利于并網(wǎng)光伏逆變器。作為一種被動檢測方法，它對電網(wǎng)質(zhì)量的影響很小。缺點是該檢測方法的非檢測區(qū)域相對較大。

電壓諧波檢測方法簡單、操作方便，檢測精度高，檢測范圍寬，對電能質(zhì)量無影響；在多臺逆變器的情況下，檢測效果基本不變。即使在功率匹配的情況下也可以檢測到孤島效應(yīng)。但有盲點。由于非線性負載等因素的存在，電網(wǎng)電壓的諧波很大，諧波檢測的動作值難以確定，實際應(yīng)用非常困難。

（2）主動式孤島檢測是指逆變器的控制使逆變器的輸出功率、頻率或相位受到干擾。當電網(wǎng)運行時，由于電網(wǎng)的平衡，無法檢測到這些擾動。一旦電網(wǎng)發(fā)生故障，逆變器輸出擾動將迅速累積并超過允許的范圍，從而觸發(fā)孤島檢測電路。該方法具有較高的檢測精度和較小的非檢測面積，但控制更加復(fù)雜，降低了逆變器輸出功率的質(zhì)量。目前，并網(wǎng)逆變器的反孤島策略采用被動檢測方案結(jié)合主動檢測方案。下面主要介紹了頻率偏移檢測方法、主動電流干擾檢測方法的應(yīng)用及優(yōu)缺點。

頻率偏移檢測方法只需要對原逆變器的電流參考波形增加失真，很容易實現(xiàn)。效率較高，檢測盲區(qū)??；對于純阻性負載，沒有盲區(qū)。然而，電流波形的畸變將導致電源的不穩(wěn)定和輸出功率因數(shù)的降低，降低電能質(zhì)量。對于非電阻性負載，有一個檢測盲區(qū)；當逆變器連接到電網(wǎng)時，如果頻率偏移方向不一致，輸出將相互抵消，降低檢測效率。

主動電流干擾檢測方法使逆變器的電流幅值在逆變器控制系統(tǒng)的作用下周期性變化，改變逆變器輸出的有功功率。因此，當電網(wǎng)的電氣故障或中斷時，負載的有功功率和逆變器的有功功率不匹配，可以檢測出孤島效應(yīng)。當負載功率完全匹配時，沒有區(qū)域，當電網(wǎng)連接時，諧波不會注入電網(wǎng)。缺點是，當電網(wǎng)運行時，電流干擾必須同步，否則干擾會相互抵消，產(chǎn)生稀釋效應(yīng)，進入非區(qū)域，光伏電池輸出功率隨光強波動，人為電流干擾將影響并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的輸出效率。

3 孤島效應(yīng)檢測方法的選擇

根據(jù)所使用的標準，檢測方法是不同的。根據(jù)國際標準IEEE標準，所有并網(wǎng)逆變器必須具有反孤島的功能，兩個標準給出了并網(wǎng)逆變器斷電后逆變器和電網(wǎng)孤島檢測和斷開的時間限制。此外，孤島檢測方法的選擇，除了考慮可靠性、選擇性和最小干擾外，還考慮了各種因素，在檢測中考慮成本、實現(xiàn)難度和檢測速度和精度。在技術(shù)上，由于上述方法的優(yōu)缺點，根據(jù)孤島后的發(fā)電，考慮檢測時間、供電和負荷需求平衡，對供電質(zhì)量的需求，合理使用一種或多種檢測手段，達到防孤島保護的目的。將基于不同原理的孤島檢測方法相結(jié)合，獲得了更好的檢測效果。

4 結(jié)束語

本文闡述了孤島效應(yīng)的危害，詳細介紹了各種海島檢測方法，并分析了其優(yōu)缺點。如何快速、準確、廉價地進行“孤島”檢測與控制將成為并網(wǎng)技術(shù)的研究熱點。尋求簡單有效和低成本的策略，將光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的孤島效應(yīng)的危害降低到最低，考慮了檢測性能、輸出功率質(zhì)量以及對整個系統(tǒng)的影響。我們應(yīng)采用多種孤島檢測方法結(jié)合相應(yīng)的并網(wǎng)逆變器控制方法，加強孤島效應(yīng)的利用策略，防止重大損失。

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