零盲區(qū)的配網(wǎng)分布式電源反孤島智能裝置研究與應(yīng)用

付小平 陳明旭 陳敏志 袁楚楚 胡奕挺 黃鎮(zhèn)

摘 要：孤島可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)、分布式發(fā)電機(jī)、用電設(shè)備以及維修人員造成一定的危害，因而孤島檢測(cè)與保護(hù)就十分重要。特殊情況下，傳統(tǒng)的主動(dòng)式和被動(dòng)式反孤島保護(hù)裝置不能做到100%反孤島，會(huì)向10kV線路反送電，嚴(yán)重威脅搶修或檢修人員的安全，本文引入逆功率保護(hù)（功率方向保護(hù)）理念，設(shè)計(jì)出零盲區(qū)的低壓分布式電源反孤島保護(hù)裝置。

關(guān)鍵詞：分布式電源；零盲區(qū)；反孤島保護(hù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.132

1 背景

近年來分布式發(fā)電蓬勃發(fā)展，其在電力系統(tǒng)的滲透率不斷增加。在分布式發(fā)電諸多研究問題中，孤島問題是人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一。孤島可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)、分布式發(fā)電機(jī)、用電設(shè)備以及維修人員造成一定的危害，因而孤島檢測(cè)與保護(hù)就十分重要，它是研究孤島問題的核心。 通過對(duì)幾種常用的孤島檢測(cè)方法進(jìn)行比較、分析可以發(fā)現(xiàn)，各種檢測(cè)方法都有不完善的方面，存在著死區(qū)和誤動(dòng)的可能。針對(duì)特殊情況下出現(xiàn)的逆變器輸出功率和負(fù)載功率平衡運(yùn)行而無法檢測(cè)出孤島的死區(qū)現(xiàn)象，提出一種基于逆功率保護(hù)的新型低壓反孤島保護(hù)策略，采用低壓反孤島裝置，裝置的判別機(jī)制自動(dòng)判別是否加入自適應(yīng)可變負(fù)載，從而破壞分布式發(fā)電系統(tǒng)孤島平衡運(yùn)行的條件，最終實(shí)現(xiàn)反孤島功能。

2 現(xiàn)狀分析

經(jīng)查新，成熟的反孤島保護(hù)裝置具有過電壓、低電壓、頻率過高、頻率過低、逆功率、外部聯(lián)跳、頻率突變等保護(hù)等國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)功能，但是當(dāng)分布式電源的發(fā)電功率大于等于當(dāng)前臺(tái)區(qū)用電功率時(shí)，即分布式電源就可以獨(dú)立給臺(tái)區(qū)供電，反孤島保護(hù)裝置兩側(cè)的電壓、電流、頻率、初相角就一致。

10kV線路是否已停電，從而無法斷開并網(wǎng)點(diǎn)開關(guān)，形成“孤島”，同時(shí)向10kV線路反送電，嚴(yán)重威脅搶修或檢修人員的安全。

10kV出線開關(guān)跳閘，分布式電源的發(fā)電容量可以帶起整條線，電壓和頻率的參數(shù)都正常，此時(shí)常規(guī)保護(hù)判斷不出是否形成孤島，所以不會(huì)命令并網(wǎng)開關(guān)跳開。

3 設(shè)計(jì)方案

本反孤島保護(hù)裝置分為2個(gè)模塊：常規(guī)保護(hù)模塊和逆功率保護(hù)模，其中常規(guī)保護(hù)模塊需要需要采集三相電壓和二相電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)的功能如下：

（1）低頻保護(hù)頻率在35Hz-65Hz之間時(shí)且曾經(jīng)在低頻值以上時(shí)低頻保護(hù)才能啟動(dòng)，低頻保護(hù)動(dòng)作200ms 后立即返回。（2）過頻保護(hù)當(dāng)頻率高于定值時(shí)保護(hù)啟動(dòng)。（3）低壓保護(hù)當(dāng)電壓低于定值時(shí)動(dòng)作。（4）過壓保護(hù)當(dāng)電壓高于定值時(shí)動(dòng)作。（5）聯(lián)跳支持變電站側(cè)聯(lián)跳，即當(dāng)收到變電站側(cè)聯(lián)跳命令時(shí)延時(shí)開出跳閘出口，切本站的并網(wǎng)開關(guān)。

（6）頻率突變當(dāng)頻率波動(dòng)值超過所設(shè)定值時(shí)，保護(hù)動(dòng)作。

逆功率保護(hù)模塊的功能如下：

（1）在電網(wǎng)電壓變化為額定電壓的±10%范圍內(nèi)，頻率變化為額定頻率的±5%范圍內(nèi)裝置能正常工作。（2）逆功率繼電器電源：400V 50Hz/60Hz AC兩相 ，功耗2VA 額定輸入電流5A AC兩相功耗1A。（3）當(dāng)并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組的逆功率值達(dá)額定的3-15%（連續(xù)可調(diào)）延時(shí)3-10秒（連續(xù)可調(diào)），逆功率繼電器動(dòng)作。（4）逆功率繼電器負(fù)載能力：10A，240V AC200MA，250V DC （電阻負(fù)載）。

4 應(yīng)用效果

（1）當(dāng)光伏本側(cè)或者電網(wǎng)側(cè)任何一側(cè)失電的時(shí)候，防孤島保護(hù)裝置都會(huì)迅速向并網(wǎng)開關(guān)發(fā)出命令，讓其跳閘，從而很好的保證了光伏兩側(cè)維修人員的生命安全。（2）當(dāng)光伏本側(cè)或者電網(wǎng)側(cè)任何一側(cè)出現(xiàn)頻率、電壓或者過載運(yùn)行時(shí)給兩側(cè)主設(shè)備造成沖擊時(shí)，防孤島保護(hù)裝置也會(huì)迅速向并網(wǎng)開關(guān)發(fā)出命令，讓其跳閘，從而很好的保證了兩側(cè)主設(shè)備不受傷害，避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大。（3）裝置帶有失壓跳閘、檢有壓自動(dòng)合閘功能，當(dāng)故障解除后，光伏兩側(cè)都處于正常狀態(tài)。這時(shí)防孤島保護(hù)裝置就會(huì)檢測(cè)到相關(guān)信號(hào)，自動(dòng)合上并網(wǎng)開關(guān)，讓其正常工作，省去了人工并網(wǎng)的繁瑣。

5 結(jié)束語

本文研究的零盲區(qū)的低壓分布式電源反孤島保護(hù)裝置研究與應(yīng)用，解決了大量分布式電源發(fā)生孤島運(yùn)行后的快速離網(wǎng)問題，為促成分布式電源的大面積并網(wǎng)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊晨悅.分布式發(fā)電孤島檢測(cè)與保護(hù)方法研究[D].安徽工程大學(xué)，2016.

[2]楊晨悅，葛愿，吳順風(fēng)，陳曉宇.用于分布式發(fā)電的低壓反孤島保護(hù)策略[J].電力電子技術(shù)，2015，49（12）：35-38.