第7章 并网光伏发电系统的孤岛效应及反孤岛策略

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1、项目三光伏发电系统——2孤岛效应及反孤岛策略《太阳能光伏发电及其逆变控制》2.1孤岛效应的基本问题相对于离网光伏发电系统而言，并网光伏发电系统在运行时具有较高的光伏电能利用率，然而由于并网光伏发电系统直接将光伏阵列发出的电能逆变后馈送到电网，因此在工作时必须满足并网的技术要求，以确保系统安装者的安全以及电网的可靠运行。对于通常系统工作时可能出现的功率器件过电流、功率器件过热、电网过/欠电压等故障状态，比较容易通过硬件电路与软件配合进行检测、识别并处理。但对于并网光伏发电系统来说，还应考虑一种特殊故障状态下的应对方案，这种特殊故障状态

2、就是所谓的孤岛效应。孤岛效应的发生会给系统设备和相关人员带来如下危害：1)孤岛效应使电压及其频率失去控制，如果分布式发电系统中的发电装置没有电压和频率的调节能力，且没有电压和频率保护继电器来限制电压和频率的偏移，孤岛系统中的电压和频率将会发生较大的波动，从而对电网和用户设备造成损坏。2）孤岛系统被重新接入电网时，由于重合W时系统中的分布式发电装置可能与电网不同步而使电路断路器装置受到损坏，并且可能产生很高的冲击电流，从而损害孤岛系统中的分布式发电装置，甚至导致电网重新跳闸。3）孤岛效应可能导致故障不能清除（如接地故障或相间短路故障）

3、，从而可能导致电网设备的损害，并且干扰电网正常供电系统的自动或手动恢复。4）孤岛效应使得一些被认为已经与所有电源断开的线路带电，这会给相关人员（如电网维修人员和用户）带来电击的危险。由上可知，当主电网跳闸时，分布式发电装置.的孤岛运行将对用户以及配电设备造成严重损害，因此在包括并网光伏发电等系统在内的分布式发电系统中，并网发电装置必须具备反孤岛保护的功能，即具有检测孤岛效应并及时与电网切离的功能。2.1.1.1孤岛效应发生的机理下面以典型的并网光伏发电系统为例分析其孤岛效应发生的机理，阐述孤岛效应发生的必要条件。2.1.1孤岛效应的

4、发生与检测图是并网光伏发电系统的功率流图，并网光伏发电系统由光伏阵列和逆变器组成，该发电系统通常通过一台变压器（可能安装在逆变器外或不安装）和断路器QF连接到电网。当电网正常运行时，假设图7-2系统中的逆变器工作于单位功率因数正弦波控制模式，而相关的局部负载用并联RLC电路来模拟，并且假设逆变器向负载提供的有功功率、无功功率分别为P、Q,电网向负载提供的有功功率、无功功率分别为AP、AQ,负载需求的有功功率、无功功率为Pload、Qload。根据能量守恒定律，公共连接点（PointofCommonCoupling，PCC)处的功率流

5、具有以下规律：Pbad=P+AP(7-1)Qload=Q+AQ当电网断电时，通常情况下，由于并网发电系统的输出功率和负载功率之间的巨大差异会引起系统的电压和频率的较大变化，因而通过对系统电压和频率的检测，可以很容易地检测到孤岛效应。但是如果逆变器提供的功率与负载需求的功率相匹配，那么当线路维修或故障而导致网侧断路器QF跳闸时，公共连接点（PCC)处电压和频率的变化很小，很难通过对系统电压和频率的检测来判断孤岛的发生，这样逆变器可能继续向负载供电，从而形成由并网光伏发电系统和周围负载构成的一个自给供电的孤岛发电系统。从以上分析可以看

6、出，并网发电系统孤岛效应发生的必要条件是：1）发电装置提供的有功功率与负载的有功功率相匹配；2）发电装置提供的无功功率与负载的无功功率相匹配，即满足相位平衡关系。2.1.1.2孤岛效应的检测了解岛效应发生的机理后，重要的是要能够及时而有效地检测出孤岛效应，即1）必须能够检测出不同形式的孤岛系统，每个孤岛系统可能由不同的负载和分布式发电装置（如光伏发电、风力发电等）组成，其运行状况可能存在很大差异。一个可靠的反孤岛方案必须能够检测出所有吋能的孤岛系统。2）必须在规定时间内检测到孤岛效应。这主要是为了防止并网发电装置不同步的重合闸。空气

7、开关通常在0.5~Is的延迟后重新合上，反孤岛方案必须在重合闸发生之前使并网发电装置停止运行。2.1.2孤岛效应发生的可能性与危险性孤岛效应的发生可能会带来一系列危害，其中给相关人员带来的电击危险应当是最严重的，因此这里提到的危险性主要是指孤岛效应产生电击的危险性。2.1.2.1可能性分析对孤岛效应发生的可能性认识常存在两种极端：一方面，孤岛效应被认为是可能性很小的事件，不需要特别考虑；另一方面，仅理论上的分析都足以使人们对孤岛效应发生的可能性引起重视。实际上，孤岛效应发生的可能性介于两种极端观点之间。研究孤岛效应发生可能性的主要困

8、难是缺少孤岛效应发生的频率、持续时间以及发生时带来危险的实际数据，并且关于孤岛效应的讨论不少还是基于个人的“感觉”或“直觉”。针对并网光伏发电系统的孤岛效应，荷兰相应的研究机构曾做过深人的研究，并提供了配电网中孤岛效应发生的频率以及持