防孤島保護(hù)在光伏電站中的應(yīng)用

（江蘇林洋新能源科技有限公司,江蘇南京市，210029）徐艷華

當(dāng)光伏電站出現(xiàn)孤島效應(yīng)時，即當(dāng)電網(wǎng)由于某種故障原因造成失壓時，應(yīng)具備快速監(jiān)測孤島并立即斷開與電網(wǎng)連接的能力，局部電網(wǎng)出現(xiàn)孤島會影響到供電質(zhì)量和維修人員的生命安全，所以在光伏電站中必需要配備防孤島保護(hù)裝置。而光伏防孤島保護(hù)裝置就是為了解決“孤島效應(yīng)”的。防孤島保護(hù)裝置能夠精確檢定并網(wǎng)點(diǎn)的電壓、頻率，然后當(dāng)電壓、頻率出現(xiàn)波動且大于定值時跳閘出口動作，斷開并網(wǎng)開關(guān)。

1 防孤島保護(hù)在光伏發(fā)電站中存在的意義

“十四五”規(guī)劃奠定國內(nèi)光伏市場需求的整體基調(diào)。據(jù)了解，在能源轉(zhuǎn)型的目標(biāo)下，各省可再生能源占比目標(biāo)都在相應(yīng)提高，加上最近光伏成本下降潛力可期，各省的初步規(guī)劃對于光伏的發(fā)展有著非常積極的推動，尤其是光照資源優(yōu)渥的西部以及東北地區(qū)，各省份年均新增規(guī)模高達(dá)1GW至5GW?；赝麆傔^去的五年，是中國光伏電站建設(shè)快速發(fā)展的一段歷程，現(xiàn)在光伏行業(yè)正昂首闊步邁向新的征程。根據(jù)光伏電站電壓等級不同，配置防孤島保護(hù)的要求也不一樣。0.4kV～10kV電壓等級分布式光伏電站，只需逆變器具備快速監(jiān)測孤島并立即斷開與電網(wǎng)連接的能力。而對于35kV及以上電壓等級的光伏電站，主電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置必須保證主電網(wǎng)故障時切除光伏電站，此時應(yīng)配備孤島保護(hù)裝置。防孤島保護(hù)：根據(jù)《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》GB/T19964-2012第12.3.3條的規(guī)定：“光伏發(fā)電站應(yīng)配置獨(dú)立的防孤島保護(hù)裝置，動作時間應(yīng)不大于2s?！币约啊豆夥l(fā)電站接入電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T50866-2013第6.3.2條的規(guī)定：“光伏發(fā)電站需要配置獨(dú)立的防孤島保護(hù)裝置，保證電網(wǎng)故障及檢修時的安全”?？偨Y(jié)規(guī)范所述，分布式電源檢測到孤島現(xiàn)場時，應(yīng)迅速斷開與主電網(wǎng)連接的斷路器，斷開連接時間需在2s內(nèi)。以防止光伏電站所發(fā)電量與用戶站負(fù)荷量匹配，形成自發(fā)自用的小系統(tǒng)，與主電網(wǎng)脫軌。

2 防孤島保護(hù)在光伏發(fā)電站的作用

防孤島：包含負(fù)荷和電源的部分電網(wǎng)，從主網(wǎng)脫離后繼續(xù)孤立運(yùn)行的狀態(tài)。

非計(jì)劃性孤島現(xiàn)象發(fā)生時，由于系統(tǒng)供電狀態(tài)未知，將造成以下不利影響：①可能危及電網(wǎng)設(shè)施維護(hù)人員和用戶的人事安全；②干擾電網(wǎng)的正常合閘；③電網(wǎng)不能控制孤島中的電壓和頻率，從而損壞配電設(shè)備和用戶設(shè)備。當(dāng)發(fā)生非計(jì)劃性孤島時，由光伏電站側(cè)防孤島保護(hù)裝置動作實(shí)現(xiàn)故障切除。同時由于發(fā)生孤島概率較小，建議光伏電站側(cè)運(yùn)行方式能配合電網(wǎng)檢修計(jì)劃進(jìn)行安排。

防孤島保護(hù)是對分布式光伏電站有著重要保護(hù)作用的。即當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)電壓高、電壓低、頻率高、頻率低故障時，光伏并網(wǎng)斷路器及時跳閘。當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)供電并且電壓和頻率達(dá)到允許值時，并網(wǎng)斷路器要自動合閘。這樣的目的是在為了國家電網(wǎng)不受太大影響的情況下，盡可能保證光伏的發(fā)電效率。部分地區(qū)會根據(jù)當(dāng)?shù)毓╇姴块T的要求對防孤島保護(hù)裝置功能進(jìn)一步完善，比如添加過電流保護(hù)、不平衡電壓保護(hù)等，這些都是無可厚非的。然而目前市場上有的用戶認(rèn)為逆變器本身就具備防孤島功能，怎么還需要單獨(dú)加裝防孤島保護(hù)。其實(shí)防孤島保護(hù)裝置剛開始在高壓電壓等級上使用的，不過后來也慢慢使用于低壓中。對于目前的逆變器來講，當(dāng)電網(wǎng)電壓被拉高的時候，逆變器還是會正常工作的。

3 防孤島保護(hù)在光伏電站中的案例分析

陜西省白水縣扶貧電站，容量為400KWP，變壓器為50KWP，在夏季中午發(fā)電量比較高的情況下，并網(wǎng)電壓可達(dá)到500V左右，此時如果并網(wǎng)開關(guān)不跳閘，逆變器還是會正常運(yùn)行，但是這樣長期運(yùn)行勢必會對電網(wǎng)有所沖擊。

江蘇南通一生產(chǎn)光伏組價(jià)的廠房自己安裝屋頂光伏來實(shí)現(xiàn)自發(fā)自用余電上網(wǎng)。然而自從安裝光伏發(fā)電后，廠房內(nèi)的一些測試儀器電源模塊會有燒毀的情況發(fā)生，造成這個原因是電源端不穩(wěn)定，后采取UPS供電，問題就解決了。

山東德州某一光伏電站突然與電網(wǎng)解列，后由運(yùn)維人員發(fā)現(xiàn)是系統(tǒng)站內(nèi)主變低壓側(cè)備自投聯(lián)合防孤島保護(hù)動作將對側(cè)站內(nèi)帶有光伏電站的支路聯(lián)切，目的就是防止電源端電壓頻率不穩(wěn)定對用戶站和光伏電站造成影響。當(dāng)對側(cè)站供電電源完成切換后，在將光伏電站支路投運(yùn)，本側(cè)光伏電站繼續(xù)為電網(wǎng)送電。

以上三個案例說明，分布式光伏發(fā)電輸出電壓一直不太穩(wěn)定，當(dāng)并網(wǎng)電壓或頻率出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，及時準(zhǔn)確跳閘也是非常有必要的。

（1）防孤島保護(hù)裝置檢測到系統(tǒng)側(cè)或本側(cè)光伏電站母線電壓出現(xiàn)幅值、頻率異常時，保護(hù)裝置會迅速向并網(wǎng)斷路器發(fā)出跳閘命令，從而很好的保證了電網(wǎng)電壓異常時不會對兩側(cè)主要設(shè)備造成沖擊，避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

（2）當(dāng)光伏電站本側(cè)出現(xiàn)停電故障時，需要運(yùn)維人員查找問題點(diǎn)的時候，而與對側(cè)站相連的線路上還帶電，這時會出現(xiàn)對側(cè)站會向光伏電站反送電的情況，給本側(cè)站內(nèi)的運(yùn)維人員帶來安全隱患。另當(dāng)對側(cè)站失電的時候，需要對側(cè)站內(nèi)運(yùn)維人員去查找事故點(diǎn)，若此時光伏電站還在正常送電，容易形成非計(jì)劃性孤島效應(yīng)，給對側(cè)站內(nèi)的運(yùn)維人員造成安全威脅。配置的防孤島保護(hù)裝置在此時發(fā)揮作用，當(dāng)電網(wǎng)側(cè)或者光伏本側(cè)任一側(cè)失電的時候，防孤島保護(hù)裝置都會迅速向并網(wǎng)斷路器發(fā)出跳閘信號，讓斷路器分閘，從而很好的保證了光伏兩側(cè)檢修人員的生命安全。

（3）防孤島保護(hù)帶有檢測線路側(cè)PT失壓自動跳閘、檢測線路PT有壓自動可以合閘的功能，當(dāng)線路故障解除后，光伏和系統(tǒng)側(cè)都處于正常狀態(tài)。這時防孤島保護(hù)裝置會自動檢測線路PT和母線PT電壓是否一致，并發(fā)出合閘命令，將并網(wǎng)斷路器合上，讓線路正常工作，節(jié)省人工開操作票等一系列繁雜的手續(xù)。

4 防孤島保護(hù)在光伏電站中的實(shí)際應(yīng)用

防孤島保護(hù)裝置保護(hù)功能如圖1所示：①電壓頻率過低解列；②電壓頻率過高解列；③零序電壓過高解列；④零序電壓過低解列；⑤母線電壓過高解列；告警功能如下：①常規(guī)電壓回路PT斷線報(bào)警；②快速電壓回路PT斷線報(bào)警；③母線電壓頻率異常報(bào)警。

圖1 防孤島保護(hù)裝置圖

主要適用于10kV電壓等級的分布式發(fā)電項(xiàng)目，其功能設(shè)定依據(jù)國家發(fā)布的分布式電源并網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，集成分布式電源并網(wǎng)所需的開關(guān)設(shè)備、保護(hù)裝置、測控、通信等功能，滿足分布式電源接入的孤島檢測、自動安全并網(wǎng)、保護(hù)及安全隔離等要求。

5 結(jié)束語

綜上所述，防孤島保護(hù)對光伏電站接入電網(wǎng)是否穩(wěn)定起著很大的作用。電力配電網(wǎng)設(shè)計(jì)人員想要設(shè)計(jì)出完整的、可行的方案，在設(shè)計(jì)光伏電站接入方案時，必須要考慮到防孤島保護(hù)的配置型式。為了保證電網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行，需要謹(jǐn)慎設(shè)置防孤島保護(hù)的功能參數(shù)，以便于提升光伏電站的供電可靠性，繼續(xù)為當(dāng)?shù)鼐用裉峁┰丛床粩嗟?、高質(zhì)量的電能。