過/欠壓和過/欠頻孤島檢測方法研究

武威職業學院 顏魯薪

過/欠壓和過/欠頻孤島檢測方法研究

武威職業學院 顏魯薪

從被動式孤島檢測的角度，探討了過/欠壓和過/欠頻孤島檢測法的原理和其相對困難的負載形式下的孤島檢測，得到了這種檢測方法的優缺點，為合理使用該方法進行孤島防護提供了依據。

光伏并網；孤島；被動；檢測

引言

所謂孤島效應是指當電網供電因故障事故或停電維修而跳脫時，各個用戶端的分布式并網光伏發電系統未能即時檢測出停電狀態而將自身切離市電網絡，而形成由分布電站并網發電系統和周圍的負載組成的一個自給供電的孤島。

孤島一旦產生將會危及電網輸電線路上維修人員的安全；影響配電系統上的保護開關的動作程序，沖擊電網保護裝臵；影響傳輸電能質量，電力孤島區域的供電電壓與頻率將不穩定；當電網供電恢復后會造成的相位不同步；單相分布式發電系統會造成系統三相負載欠相供電。因此對于一個并網系統必須能夠進行反孤島效應檢測。

被動式孤島檢測方法是其中重要的防孤島方法。被動式檢測法無需向電網注入任何擾動信號，只是通過實時檢測公共耦合點PCC處的電壓參數是否超過閥值來識別孤島現象，因此對供電質量無影響。被動檢測法包括過/欠壓保護及過/欠頻保護，電壓相位突變檢測等。

1.過/欠壓和過/欠頻檢測法

在電網斷電光伏發電系統孤島運行時，大部分情況下負載功率與逆變器輸出功率不匹配，此時PCC處的電壓復制或頻率會超出正常運行范圍，因此通過檢測過壓或欠壓、過頻或欠頻可以判斷是否發生孤島效應。

圖1　典型光伏并網發電系統結構示意圖

在圖1中，當斷路器1和2都閉合時，光伏逆變器并網運行，公共耦合點PCC處電壓是由電網決定的，其頻率和相位都與電網電壓信號相同。逆變器輸出有功功率、無功功率分別為Ppv、Qpv，從光伏發電系統流向公共耦合點PCC。負載需求的有功功率、無功功率分別為Pload、Qload。電網輸出的有功功率、無功功率分別為△P、△Q。在PCC處有功功率和無功功率分別滿足功率平衡條件：

當光伏逆變器并網運行，△P為正時，需要從電網吸收能量。而當△P為負時，系統處于逆潮流狀態，即光伏發電系統將多余的能量饋送到電網中。通常光伏發電系統運行在單位功率因數下，因此可以認為Qpv為零，負載所需無功功率則完全由電網提供。

2.RLC并聯負載孤島檢測方法

下面針對檢測相對困難的負載形式—RLC并聯負載來進行孤島檢測方法的研究。當本地負載為RLC并聯形式時，負載所需的有功功率和無功功率可用式3，式4表示，這里ω指瞬時電壓的角頻率。

在圖1中，當投切開關2斷開時，光伏逆變器與本地負載形成一個孤島，下面針對△P和△Q分五種情況分析。

△P＞0;這種情況說明負載所需有功功率大于光伏系統所發功率，從式3可知，Pload減小，意味著VPCC也會隨著減小，當VPCC減小到電壓下限閥值時，可通過UVR檢測出來，從而進行孤島保護。

△P＜0;這種情況說明負載所需要有功功率小于光伏發電系統所發功率，從式3可知，Pload增大，意味著VPCC也會隨著增大，當V增大到電壓上限閥值時，可通過OVR檢測出來，從而進行孤島保護。

△Q＞0；意味著負載是感性的，需要滯后的無功功率。然后電網斷電后△Q=0，從式4可知，單位功率因數控制條件下迫使VPCC的ω一直增加，當ω超過頻率上限時，可通過OFR檢測出來，從而進行孤島保護。

△Q＜0；意味著負載是容性的，需要超前的無功功率，同理，當電網斷電后，VPCC的ω一直減小，當降低到頻率下限時，可以通過UFR檢測出來，從而進行孤島保護。

△P、△Q都非常接近或等于零；意味者負載所需要的功率全部由光伏發電系統提供，此時VPCC基本不變，處于非檢測區域，因此保護失效。

下面分析該檢測方法的非檢測區范圍。發生孤島效應后，由式5可知，如果光伏發電系統提供的有功功率Ppv小于負載有功需求Pload，則負載電壓V就會減小，反之V就會增大。

如果PCC處的電壓上、下限值分別為V2,V1，則當電壓落入V1＜V＜V2時，過/欠電壓檢測法無法識別孤島效應。即若滿足，則進入了過/欠壓檢測法無法識別孤島效應。若滿足式6，則進入了過/欠電壓保護的非檢測范圍。

并聯RLC負載固有的諧振頻率由式7表示，品質因數Qf用式8表示。若f1、f2為頻率的上、下限值，則過/欠頻的非檢測區范圍可用式9表示。

3.結論

由此可見，過/欠壓、過/欠頻檢測法具有實現方便、成本低，以及不向電網注入任何諧波的優點。該方法的缺點：有很大的非檢測區域，并且針對不同的負載，其孤島保護響應時間不可預測。

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