光伏發(fā)電分布式防孤島保護系統(tǒng)分析

黃擁軍

摘要：根據(jù)光伏孤島理論，推導出了兩種孤島檢測方法，分析兩種孤島檢測標準，應用于分布式光伏電站，配置相應保護功能裝置，使其保障光伏電網安全穩(wěn)定運行，提高光伏并網的技術。

關鍵詞：光伏發(fā)電；分布式；防孤島保護；裝置

如今光伏發(fā)電站在電力系統(tǒng)中所占的份額越來越大，不僅有集中式大面積光伏，還有分布式小型光伏發(fā)電站。隨著科學技術的進步，發(fā)展成為分布式光伏電源給負荷供電，組成局部孤網運行。為避免孤網產生，本文從孤島的檢測方法入手進行闡述。以被動式檢測方法與主動式檢測方法的特點為主線，結合配置防孤島保護，減少孤島現(xiàn)象給電網運行帶來的危害。

1、孤島狀態(tài)檢測方法

目前孤島檢測方法主要分為被動檢測和主動檢測。

1.1 被動式孤島檢測

被動檢測就是通過檢測孤島形成前后的頻率、電壓、功率輸出等電氣量變化，來判斷是否與主電網斷開。主要包括低頻低壓、高頻高壓、頻率變化率法、矢量相移法和功率波動法等。低頻低壓與高頻高壓檢測：因光伏電源并網運行，頻率和電壓不會有很大的波動，總能夠在允許的范圍之內。

1.2 主動式孤島檢測

主動檢測通過對系統(tǒng)施加一個外部干擾，然后監(jiān)視系統(tǒng)的響應來判斷是否形成孤島，一般是通過改變光伏逆變器有功或無功輸出，檢測電壓和頻率的響應變化。主動檢測將向系統(tǒng)施加外部干擾，即使是功率完全平衡的孤島，也可以通過主動干擾來破壞功率平衡，從而被可靠地檢測出來。當系統(tǒng)中包含多個分布式電源時，各電源主動檢測裝置發(fā)出的干擾信號可能互相影響，降低檢測效果。

2、分布式光伏電站防孤島保護

2.1分布式光伏電站防孤島保護配置

為了保證分布式光伏電站的安全穩(wěn)定運行，根據(jù)《光伏發(fā)電站設計規(guī)范》GB 50797和《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)設計規(guī)范》GB/T50866要求，光伏電站應配置獨立的防孤島保護，其中防孤島保護應與線路保護、重合閘、低電壓穿越能力相配合[1]?；谏鲜鲆?guī)定，大批分布式光伏電站使用了孤島保護裝置，分布式光伏電站配置的防孤島保護裝置一般都是故障解列裝置。

2.2光伏發(fā)電防孤島裝置的保護配置功能有以下幾點

（1）低頻保護：頻率在35HZ-65HZ之間時且曾經在低頻值以上時低頻保護才能啟動，低頻保護動作200ms后立即返回。

（2）過頻保護：當頻率高于定值時保護啟動。

（3）低壓保護：當電壓低于定值時動作。

（4）過壓保護：當電壓高于定值時動作。

（5）聯(lián)跳：支持變電站側聯(lián)跳，即當收到變電站側聯(lián)跳命令時延時開出跳閘出口，切本站的并網開關。

（6）頻率突變：當頻率波動值超過所設定值時，保護動作。

2.3分布式光伏發(fā)電保護配置分為三個方面

2.3.1逆變裝置至電網間交流保護配置

接收光伏電站并網線路的電網側主要配置主保護及后備保護，主保護具有零秒速動性，能快速切除故障，后備保護是相鄰或下級出現(xiàn)故障時帶時限切除的一種保護，光伏電站側只配置主保護，一般后備保護不進行配置。逆變器是光伏電站并網關鍵部分，其保護和檢測功能應完善齊備，根據(jù)負荷端至電網系統(tǒng)側模型，對電網系統(tǒng)至逆變器之間的保護進行合理配置至關重要的部分。

2.3.2逆變裝置保護配置

當電網系統(tǒng)中發(fā)生短路故障時，光伏電站保護進行自動檢測，其向電網系統(tǒng)輸出短路電流，不應超過額定電流的2.5倍。

2.3.3光伏板至逆變裝置間直流保護配置

逆變器裝置至太陽能光伏板之間配置直流保護，通常采用空氣開關來實現(xiàn)，因逆變器靠近電網系統(tǒng)側已裝設逆變器保護，在另外一側不需裝設，只需在光伏板側配置直流保護。因光伏板需要特殊材料才能制作，負荷電流較大時，以設定最大額定電流為限值時，光伏板會出現(xiàn)板面破裂、鼓肚的情況現(xiàn)象發(fā)生，則此空氣開關必須采用高精度材料制成，方能有效滿足逆變裝置至光伏板之間直流保護的工作要求。

2.4防孤島保護裝置的主要作用

（1）當電網側失電的時候，需要維修人員去檢修，這時光伏本側還處于正常發(fā)電狀態(tài)，還會向電網側送電，這時就會形成孤島效應，給電網側檢修人員帶來很大的安全威協(xié)。同樣，當光伏本側出現(xiàn)故障，需要人員檢修的時候，而電網側還有電，這樣電網側有可能會出現(xiàn)向本站反送電的情況，同樣會給光伏本側維修人員帶來生命安全方面的隱患。如果裝上防孤島保護裝置，當光伏本側或者電網側任何一側失電的時候，防孤島保護裝置都會迅速向并網開關發(fā)出命令，讓其跳閘，從而很好的保證了光伏兩側維修人員的生命安全。

（2）當光伏本側或者電網側任何一側出現(xiàn)頻率、電壓或者過載運行時給兩側主設備造成沖擊時，防孤島保護裝置也會迅速向并網開關發(fā)出命令，讓其跳閘，從而很好的保證了兩側主設備不受傷害，避免事故進一步擴大。

（3）智能并網： 裝置帶有失壓跳閘、檢有壓自動合閘功能，當故障解除后，光伏兩側都處于正常狀態(tài)。這時防孤島保護裝置就會檢測到相關信號，自動合上并網開關，讓其正常工作，省去了人工并網的繁瑣。

2.5被動式防孤島保護

該方法僅僅是一種監(jiān)控手段，并不改變逆變器輸出的參數(shù)，因此對電網和輸出電能質量沒有影響。此方法一般只能在發(fā)電出力與負載不匹配程度較大時才能有效，否則，此類方法就會失效。所以被動檢測法只能應用于負載功率變動不大，且與逆變器的輸出不匹配的場合，被動式孤島檢測方法主要有過欠壓和過欠頻保護、電壓相位突變檢測、電壓諧波檢測等方法[2]。

2.6主動式昉孤島保護

主動式的孤島效應檢測法主要是考慮對逆變器某些輸出，如頻率、相位、電壓等施加偏移的時候提出。該方法會影響輸出功率因數(shù)，給電網注入諧波，影響供電的質量。主動式防孤島效應保護方案主要有電流干擾法、輸出電能變動法、主動頻率偏移、自動相位偏移法等，均是通過有意地引入擾動信號來監(jiān)控系統(tǒng)中電壓、頻率以及阻抗的相應變化，來檢測孤島效應通過對分布式光伏發(fā)電的孤島運行機理與防孤島保護策略進行分析。

3、結束語

基于對光伏防孤島保護裝置運用和作用的初步研究，對今后新能源的接入提供實踐指導，以實現(xiàn)在電網安全、穩(wěn)定運行的前提下高效開發(fā)和利用新能源。此外，為了避免整個光伏電站出現(xiàn)非計劃性孤島效應，需合理選擇防孤島保護裝置，確保光伏電網安全穩(wěn)定運行。分布式光伏發(fā)電的快速發(fā)展，優(yōu)化分布式光伏發(fā)電并網系統(tǒng)孤島檢測方法及設備選擇，還需進一步提高故障情況下負荷切除和孤島劃分的選擇技術。

參考文獻：

[1] 楊磊.分布式光伏發(fā)電并網低壓反孤島技術的研究及應用[D].南京師范大學，2014

[2] 杜煒，戴永正，趙金榮等.一種應用于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的低壓反孤島裝置[J].電器與能效管理技術，2014（4）：40- 45