并網發電系統孤島效應檢測研究

趙星竹+尹常永

摘 要：在簡要介紹并網發電系統孤島效應的概念和危害的基礎上，介紹了孤島效應的主要檢測方法。通過分析各種孤島效應檢測方法的優缺點，提出了在預防孤島運行中應考慮的問題。

關鍵詞：孤島效應；逆變器；檢測方法；優缺點

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

1 孤島效應概述與危害

孤島效應是光伏發電系統中的一種常見現象，影響著電能質量和供電穩定性。孤島效應由于電網故障或其他發電系統對局部負荷的影響而中斷，但并網發電系統無法檢測到電力故障狀態，發電系統仍正常工作，因此發電系統和周圍負荷構成了孤島現象。隨著光伏發電系統和其他分布式電網的增加，孤島的概率越來越高。在電力系統中，由于線路設備的維護或電源的突然狀態，考慮了光伏并網發電系統中的孤島效應的產生和檢測，克服了技術難點。

當孤島效應發生時，通常發生以下問題： （1）孤島效應可能對維修人員的生命安全構成威脅；（2）當電源恢復時，由電網和并網發電系統引起的電壓相位將產生高沖擊電流，從而損壞并網發電機或再次跳閘；（3）孤島效應可能發生電源電壓和頻率的不穩定，可能會對電網設備造成損壞，干擾電網的正常供電。因此，為了避免這些后果，我們必須檢測孤島效應并避免危險。

2 常用的孤島效應檢測方法

根據逆變器端的檢測，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中逆變器輸出電壓、頻率、相位或諧波的孤島效應。并網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檢測能力，存在一個大的非檢測區域；一些參數不能直接測量，需要復雜的計算，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用效果及優缺點。

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

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。但有盲點。由于非線性負載等因素的存在，電網電壓的諧波很大，諧波檢測的動作值難以確定，實際應用非常困難。

（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。當電網運行時，由于電網的平衡，無法檢測到這些擾動。一旦電網發生故障，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，但控制更加復雜，降低了逆變器輸出功率的質量。目前，并網逆變器的反孤島策略采用被動檢測方案結合主動檢測方案。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用及優缺點。

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。效率較高，檢測盲區小；對于純阻性負載，沒有盲區。然而，電流波形的畸變將導致電源的不穩定和輸出功率因數的降低，降低電能質量。對于非電阻性負載，有一個檢測盲區；當逆變器連接到電網時，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。當負載功率完全匹配時，沒有區域，當電網連接時，諧波不會注入電網。缺點是，當電網運行時，電流干擾必須同步，否則干擾會相互抵消，產生稀釋效應，進入非區域，光伏電池輸出功率隨光強波動，人為電流干擾將影響并網光伏系統的輸出效率。

3 孤島效應檢測方法的選擇

根據所使用的標準，檢測方法是不同的。根據國際標準IEEE標準，所有并網逆變器必須具有反孤島的功能，兩個標準給出了并網逆變器斷電后逆變器和電網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、實現難度和檢測速度和精度。在技術上，由于上述方法的優缺點，根據孤島后的發電，考慮檢測時間、供電和負荷需求平衡，對供電質量的需求，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合，獲得了更好的檢測效果。

4 結束語

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

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