光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的孤島檢測

1 引言

　　面對世界性的能源短缺的現(xiàn)實狀況及能源的可持續(xù)發(fā)展對當(dāng)今社會的突出影響，光伏并網(wǎng)發(fā)電作為新型環(huán)保方式之一，越來越受人們的重視，而孤島效應(yīng)是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中普遍存在的一個問題。所謂孤島效應(yīng)是指當(dāng)電網(wǎng)由于電氣故障、誤操作或自然因素等原因中斷供電時，各個用戶端的太陽能發(fā)電系統(tǒng)未能及時檢測出停電狀態(tài)將自身脫離電網(wǎng)，則太陽能發(fā)電系統(tǒng)和負載形成一個公共電網(wǎng)系統(tǒng)無法控制的自給供電孤島。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)處于孤島運行狀態(tài)時會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果：

　?。?）導(dǎo)致孤島區(qū)域的供電電壓和頻率不穩(wěn)定；

　?。?）影響配電系統(tǒng)的保護開關(guān)動作程序；

　?。?）光伏并網(wǎng)系統(tǒng)在孤島狀態(tài)下單相供電，引起本地三相負載的欠相供電問題；

　?。?）電網(wǎng)恢復(fù)供電時由于相位不同步導(dǎo)致的沖擊電流可能損壞并網(wǎng)逆變器；

　?。?）可能導(dǎo)致電網(wǎng)維護人員在認為已斷電時接觸孤島供電線路，引起觸電危險。

　　所以，當(dāng)電網(wǎng)停電后，必須立刻中止系統(tǒng)對電網(wǎng)的供電，防止孤島效應(yīng)的發(fā)生。研究孤島檢測方法和保護措施，對將孤島產(chǎn)生的危害降至最低具有十分重要的現(xiàn)實。

2 孤島效應(yīng)的檢測標(biāo)準(zhǔn)

　　孤島現(xiàn)象的巨大危害使得并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)必須要具備反孤島的功能，ieee std.929-2000規(guī)定了相應(yīng)的反孤島檢測標(biāo)準(zhǔn)，它給出了并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)斷電后檢測到孤島現(xiàn)象并使并網(wǎng)逆變器與電網(wǎng)斷開的時間限制。相應(yīng)的我們國家也根據(jù)ieee的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定了我國的檢測標(biāo)準(zhǔn)，gb/t15945-2008規(guī)定電力系統(tǒng)正常運行條件下頻率偏差限值為±0.2hz，當(dāng)系統(tǒng)容量較小時，偏差限值可以放寬至±0.5hz。gb/t19939-2005規(guī)定并網(wǎng)后的頻率偏差值若超過±0.5hz范圍時過/欠頻保護應(yīng)在0.2s內(nèi)動作，使并網(wǎng)系統(tǒng)與電網(wǎng)斷開，相應(yīng)的系統(tǒng)對檢測到異常電壓時所做出的反應(yīng)時間如附表所示，同時還規(guī)定在電網(wǎng)的電壓和頻率恢復(fù)到正常范圍后的20s~5min，并網(wǎng)系統(tǒng)不影響電網(wǎng)送電。在這套標(biāo)準(zhǔn)中，unom代表電網(wǎng)電壓的有效值，我國為220v。

3 光伏發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測基本原理

　　圖1為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)框圖，工作原理簡述如下：

　?。?）當(dāng)斷路器s閉合時，并網(wǎng)系統(tǒng)正常工作。由于鎖相環(huán)的作用，pv系統(tǒng)輸出的電流和電網(wǎng)電壓同頻同相，因此可將pv系統(tǒng)看作電流源。公共節(jié)點a的電壓由電網(wǎng)電壓決定。如果負載有功功率大于pv陣列所提供的功率，不足處由電網(wǎng)補充。反之，多余的功率饋入電網(wǎng)。由于pv系統(tǒng)的功率因數(shù)為1，則負載所需的無功功率均由電網(wǎng)提供。

　　△p=pl-p （1）

　　△q=ql-q （2）

　　式（3）、（4）是rcl負載的有功和無功功率的計算公式：

　　plaod=ua2/r （3）

　　qlaod=ua2 （1/ωal-ωac） （4）

　　由于pv系統(tǒng)的功率因數(shù)為1，因此，pv系統(tǒng)只向電網(wǎng)發(fā)送有功功率，則q=0，△q=ql。當(dāng)孤島效應(yīng)發(fā)生瞬間，△p≠0，a點負載電壓和頻率發(fā)生變化。當(dāng)δp、δq較大時，表明pv系統(tǒng)輸出功率與負載功率不匹配，則pv系統(tǒng)輸出電壓或頻率會發(fā)生很大的變化，當(dāng)電壓或頻率變化超出正常范圍，保護電路即可檢測到孤島的發(fā)生，繼電器動作，將逆變器與電網(wǎng)切離，并封鎖逆變器功率管，使光伏系統(tǒng)停止輸出電能。但是，當(dāng)δp或δq較小時，保護電路會因電壓和頻率未超出正常范圍而檢測不到孤島的發(fā)生，進入檢測盲區(qū)（ndz）。