光伏并网发电系统的孤岛效应及检测措施

光伏并网发电系统孤岛检测技术发表时间：2018-10-22T13:35:17.013Z 来源：《河南电力》2018年9期作者：邵雪瑾[导读] 本文介绍了光伏并网发电系统中的孤岛效应以及影响，分析出出现孤岛现象发生的原因。

（国网宁夏电力公司经济技术研究院宁夏银川市 750002）摘要：本文介绍了光伏并网发电系统中的孤岛效应以及影响，分析出出现孤岛现象发生的原因，并对孤岛检测方法（主动检测法、被动检测法）进行详细的介绍，并提出了结合两种检测方法的一种方案。

关键词：并网发电；孤岛检测引言随着新能源的不断开发和利用，未来将出现更多的由可再生能源组成的分布式供电系统。

分布式供电系统的一个共同特点是，需要通过逆变器将直流电变换成交流电再送到电网上。

正常情况下，这些逆变系统并联在电网上向电网输送有功功率。

但是，当电网处于失电状况（例如大电网停电），这些独立的并网发电系统仍可能持续工作，并与本地负载连接处于独立运行状态，这种现象被称为孤岛（islanding）效应。

从用电安全与用电质量方面考虑，孤岛状况是不允许出现的，由此引出了对孤岛状态进行检测的研究。

国内外专家对此提出了多种不同的研究方法，本文对部分研究方法进行了分析比较，提出主动检测与被动检测相结合的方案，即使用电压与频率的继电器检测方式及相位跳动检测法，而在主动式检测法中，选择输出功率变动方式，进行孤岛效应防治测试。

1孤岛现象发生的原因当太阳能供电的输出功率与负载功率达到平衡时，负载电流会完全由太阳能光伏发电系统提供。

此时，即使电网断电，在太阳能光伏发电系统输出端得电压与频率也不会快速随之产生变化，如此系统便无法正确地判断出电网是否有故障或中断的情形，因而导致孤岛现象的发生。

图2为电力系统图。

当电网端与客户端得公共耦合点PCC的电压与频率超过正常电网电压与频率的最大限制范围时，即会被视为故障发生，并利用输出继电器将逆变器切离负载[6]。

反之，当逆变器产生的有功功率与无功功率正好符合负载功率时，公共耦合点PCC的电压与频率变化量将不会很明显，可能会落在电网所容许的最大限制范围内，如此讨论电网断路器处于关闭及打开的情况下，由于有功功率和无功功率不同，所造成太阳能光伏发电系统上的影响。

光伏并网孤岛效应的检测与分析摘要：目前，分布式发电系统发展的规模口益扩大，更多的分布式光伏并网发电系统接入到公共电网的同时，出现孤岛效应的几率也随之增加。

孤岛效应的产生不仅给分布式发电设备带来危害，而且影响了电能的质量，所以要求能够准确且快速的检出孤岛效应现象。

关键词：孤岛效应；主动频率；负载功率1.引言孤岛效应的检测一般是通过监控并网系统输出端电压的幅值和频率来实现的。

当电网断开时，由于并网系统的输出功率和负载功率之间的差异会引起并网系统输出电压的幅值或频率发生较大的改变，这样通过监控系统输出的电压就可以很方便地检测出孤岛效应。

然而，当负载消耗的功率与光伏系统相匹配的时候，通过这种被动的检测方法就会变得困难。

该项目提出来周期性双向扰动主动频率偏移法无论是感性负荷还是容性负荷或者负载消耗的功率与光伏系统相匹匹配时的孤岛效应检测技术难题。

有效的控制了光伏系统发生孤岛效应时，给相关的设备和维护人员带来的危险。

2.孤岛效应检测方法的分析与选择孤岛是一种电气现象，发生在一部分的电网和主电网断开，而这部分电网完全由光伏系统来供电。

因为孤岛会损害公众和电力公司维修人员的安全和供电的质量，在自动或手动重新闭合供电开关向孤岛电网重新供电时有可能损坏设备。

逆变器通常会带有被动式防止孤岛效应装置。

对于平衡负载很好条件下通电和重新通电两种情况下的孤岛防止还不够充分，所以必须结合主动技术，主动技术是基于样本频率的移位、流过电流的阻抗监测、相位跳跃和谐波的监控、正反馈方法、或对不稳定电流和相位的控制器基础上的。

该研究项目解决了无论是感性负荷还是容性负荷或者负载消耗的功率与光伏系统相匹匹配时的孤岛效应检测技术难题。

安全可靠的保证电力光伏发电设备和财产损失，提高电力系统的服务信誉，可有效维护社会稳定和电网安全。

3.周期性双向扰动主动频率偏移法基本原理正反馈的主动频率偏移法是对对公共耦合点的频率运用了正反馈，提高了孤岛检测的速度。

所谓孤岛效应(Islanding)是指分布式能源并网发电系统中，市电因人为切断或出现故障而停止向负载供电时分布式能源继续并网工作，从而使电网局部负载仍处于供电状态[28]。

由于光伏发电系统与电网并联工作时，电网会因为故障、设备检修或者操作失误等原因停止工作，也就是说孤岛效应是光伏并网发电系统中普遍存在的一个问题。

因此准确、及时的检测出孤岛效应是光伏并网发电系统设计中的一个关键性问题[29]。

4.1孤岛效应的分析（1）孤岛效应概述图4.1 光伏发电系统与电网链接示意图图4.1是光伏发电系统与电网并联工作的示意图，如图所示：电网正常工作情况下，相当于开关S1, S2均闭合，电网和光伏发电系统同时向图中逆变器负载和电网负载供电；电网突然停止工作时，相当于开关S1闭合，S2打开，此时光伏发电系统继续向逆变器负载和局部电网负载供电，那么将会导致下列情况发生[30]：光伏发电系统功率较小，如果电网停止工作会失去对光伏发电系统输出电能的平衡控制能力，系统输出电能质量下降；危害到电力维护人员或用户的人身安全；当市电突然恢复时，光伏发电系统与电网相位不同步造成的冲击电流会损坏发电装置和设备；影响电网保护开关的动作，造成不必要的损失；因单相光伏并网发电系统继续供电，造成系统三相负载欠相工作。

（2）孤岛效应特性分析逆变器与电网连接时功率流动情况如图4.2所示，其中变量名称及符号如下L C和R是逆变器的等效负载。

表所示，,r rP --逆变器输出有功功率；P ∆--电网正常时逆变器输送到电网的有功功率Q--逆变器输出无功功率；Q ∆--电网正常时逆变器输送到电网的无功功率；g U --电网电压；i U --逆变器输出端电压。

图4.2逆变器输出功率流动示意图a ）电网正常工作如图4.2所示，电网正常工作状态下，相当于开关S 闭合。

光伏并网发电系统输出的有功功率P 、无功功率Q 的一部分提供给等效负载，另外一部分有功功率P ∆、无功功率Q ∆传递给电网。

分布式光伏并网系统孤岛效应分析及检测方法研究分布式光伏并网系统孤岛效应分析及检测方法研究随着能源问题和环境问题的不断突出，光伏发电作为一种清洁、可再生的能源技术逐渐流行起来。

分布式光伏并网系统作为光伏发电系统的一种形式，呈现出很好的应用前景。

然而，在分布式光伏并网系统中，一个或多个光伏组件因故失去与公共电网的连接，而仍然继续自行发电的现象被称为孤岛效应。

孤岛效应会导致光伏组件与局部电网之间的电能无法正常传输，给系统稳定性和电网安全运行带来威胁。

本文以分布式光伏并网系统中的孤岛效应为研究对象，对其进行深入的分析，并探讨相应的检测方法。

首先，本文对孤岛效应的成因进行了分析。

孤岛效应的主要原因是光伏组件产生的电能在故障情况下无法实现与公共电网的同步运行。

当发生故障时，孤岛效应会导致光伏组件继续运行，形成一个"孤岛"，从而与公共电网分离。

这种分离会对电网的稳定性和功率质量产生重大影响。

接着，本文对孤岛效应的影响进行了详细分析。

孤岛效应会引起两个主要问题：首先，孤岛会导致系统电流不受控制，可能引发由电流负载和无功功率调节问题引起的频率和电压波动。

其次，由于孤岛区域与其他区域存在电能传输隔离，发电系统可能会对维护人员和其他设备造成电击危险。

针对孤岛效应的检测问题，本文提出了几种常见的检测方法。

首先是主动检测方法，该方法通过在电网中添加特殊信号并观察光伏系统是否对信号作出响应来判断孤岛效应的存在。

其次是被动检测方法，该方法利用电网的特性以及区分正常运行和孤岛运行的电压和频率差异来判断是否存在孤岛效应。

最后，本文还介绍了一些现有的智能设备和控制系统，如逆变器和PMU（相量测量单元），可用于实时监测和检测孤岛效应。

在文章的最后，本文指出了目前孤岛效应研究中存在的问题和挑战，并对未来的研究方向提出了展望。

例如，如何提高孤岛效应的检测精度和响应速度，以及如何减少对电网质量的影响等。

总之，分布式光伏并网系统的孤岛效应是一个重要的研究课题。

设备管理—272—分布式光伏并网系统孤岛效应分析及检测方法周锦龙（江西通力电业发展有限公司，江西南昌330052）摘要：本文将详细介绍分布式光伏并网系统中的孤岛效应，通过专业的研究与调查，找出精准检测孤岛效应的两种方式，即远程检测法与本地检测法，借用其内部存有的测试模式来发现适宜的孤岛检测方法，保障并网系统的运行安全。

关键词：分布式光伏并网系统；孤岛效应；检测方法引言：在光伏并网系统的运行中，若其运行方式与内部结构发生改变，则会影响电网运行的安全与稳定，在进行网络系统测试时应及时发现其可能出现的孤岛效应隐患，借助适宜的检测功能来改善并网系统的运行状态。

1分布式光伏并网系统中的孤岛效应在分布式光伏并网系统内存有不同程度的孤岛效应，光伏并网系统由本地负载、断路器、变压器、逆变器与光伏电源构成。

通常来讲，光伏并网系统在正常运行期间其内部光伏电源与大电网侧的断路器都处在闭合状态，从功率流向的视角上看系统内部的大电网与光伏电源同时存在无功功率与有功功率。

若大电网中发生故障或其断路器出现跳闸，系统内部的负载则难以接收到大电网提供的功率，在该阶段光伏电源会对负载进行单独供电，该侧的负载与光伏电源会形成孤岛效应。

由于并网系统中公共点内的电压等级不同，孤岛效应的检测时间也会存有区别，一般来讲，当断网以后，其电压阀值的状态为0.5UN>VPCC 时，其最长的检测时间可维持在6个周期；而电压阀值的数值为1.37UN<VPCC 时，该最大的测试时间为2周，其中依照国家标准，大电网属额定频率，国际上为60Hz，我国为50Hz，UN 代表着大电网内额定电压的有效值，数值为220V，而VPCC 则为大电网接口与光伏电源键公共点的电压值[1]。

2分布式光伏并网系统中孤岛效应的检测方法2.1远程检测法为探究孤岛效应的测试方法，以某电力有限公司的实践为例，在分布式光伏并网系统规模与容量的不断扩张下，该系统内出现孤岛现象的次数也逐渐增多，对本地负载与主电网的影响也逐步增大。

光伏发电中的孤岛检测技术【摘要】本文对孤岛效应的形成及影响进行了论述，在此基础上对比介绍了基于电力线路通信、被动式和主动式的孤岛检测方法，重点分析了主动频率偏移孤岛检测技术及其改进方法。

【关键字】光伏发电；孤岛效应；孤岛检测【中图分类号】tm615 【文献标识码】a1、引言随着全球能源形势的日益紧张和环境污染的加剧，光伏发电以其环境友好而成为了世界各国争相发展的能源新宠。

本文在详细分析并网型光伏发电系统运行中的孤岛效应基础上，对三类孤岛检测方法进行了对比介绍。

2、孤岛效应如图1所示，并网光伏发电系统（grid-connected pv system）经过断路器1接至公共连接点（point of common coupling，pcc），r、l、c为光伏发电系统负载。

孤岛效应是指电网从pcc处断开，进而使得分布式电源（distributed generation，dg）与其负载形成封闭系统的现象[1]。

一般情况下，因为dg输出功率和负载的不匹配，电网和dg系统间都会有能量的流动，即。

当孤岛产生时，突变为0，这将导致pcc处电压和频率发生突变，进而出现过电流等现象，威胁到系统运行、设备及人员的安全，因此，孤岛的快速有效检测对保护控制尤为重要[1]。

图1光伏发电系统运行原理图3、孤岛检测孤岛检测方法主要分为基于电力线路通信的检测方法、被动式孤岛检测方法和主动式孤岛检测方法三种。

3.1基于电力线路通信的检测方法基于电力线路通信的检测方法有：基于scada系统的断路器和重合闸装置状态检测方法和电力线路载波方法[2]。

这种方法的可靠性较强，但因为成本较高，联动操作复杂及延时较长，基于电力线路通信的检测方法未被广泛应用。

3.2被动式孤岛检测方法被动式孤岛检测方法是通过检测pcc处电压、频率等电参量来完成孤岛检测的。

主要有：过/欠电压和高/低频率检测法（over/under voltage and over/under frequency，ouv and ouf）、电压相位跳变检测（phase jump detection，pjd）和电压谐波检测法（harmonic detect，hd）[3]。

光伏发电并网系统的孤岛效应及反孤岛策略近年来，随着能源的过度消耗，传统能源对环境带来的影响日益加重，人们逐渐意识到清洁能源的使用可以改善现有能源紧缺的状况，也可以改善能源使用对环境所带来的影响。

太阳能作为一种清洁、环保型的能源不仅无污染、可持续性强而且使用便捷，因此越来越多的人开始使用这种新型能源。

随着使用范围的扩大，它已经从补充型能源向替代型能源逐渐过渡。

孤岛效应是光伏发电中独有的故障，为了能够让清洁能源得到更好的利用，我们必须要制定对应的策略来改善孤岛效应带来的损害。

一、关于孤岛效应（一）概念它是指在光伏发电系统中，整个电力网络由于故障原因或是停电而出现跳闸断电的情况。

而此时各个分布式发电系统并没有检测出对应的故障问题，进而没有及时将光伏发电系统与电力网络断开，从而形成了一个以分布式发电系统以及其他负载组件共同形成的发电孤岛。

（二）危害1.一旦这种发电孤岛形成就会给系统内的电压和频率造成非常直接的影响，甚至会对相应的装置设备造成损害[1]。

2.而当故障解除之后，光伏发电系统在重新接入电力网络时又可能会出现电压不同步的情况，继而出现电流突变的情况，导致电力设备和其他器件受到损害。

3.断电之后的孤岛效应会造成接地故障无法彻底清除，给电力系统造成影响。

4.孤岛效应很容易给工作人员带来认知偏差，认为是电力网络断电，进而做出错误的判断，给工作人员的人身安全带来威胁。

为了避免孤岛效应给设备和工作人员造成危害，就必须要在出现此类情况时具备一定的防御保护能力，进而确保设备完好、人员安全。

二、关于孤岛效应危害的解决策略触发孤岛效应出现的必要条件就是光伏系统内的输出功率与其负载功率相互匹配。

依据孤岛效应的检测规定，当发电系统中所输出的有功功率和负载有功功率之间出现5%的误差且持续时间长达2s以上，便可以确定光伏发电的孤岛效应已经产生。

因此我们可以得出结论，孤岛效应的出现与功率数值是否匹配以及其所能够持续的时间有紧密的联系。

目录摘要 (III)关键词 (III)Abstract (IV)Key Words (IIV)第一章绪论 (1)1.1选题背景及意义 (1)1.2光伏并网研究现状 (2)国外光伏发电现状 (2)国内光伏发电现状 (2)1.3光伏并网发电孤岛效应问题 (2)孤岛现象的定义 (2)孤岛现象的危害 (3)第二章孤岛检测的检测 (4)2.1孤岛检测的检测标准 (4)2.2孤岛检测的检测方法 (4)远程技术 (4)本地技术 (4)2.3各种检测方法的比较 (5)第三章基于光伏并网控制的孤岛检测 (8)3.1光伏并网发电系统 (8)3.2孤岛检测 (10)法的基本原理 (10)检测结构 (11)3.3 AFD仿真 (12)流程图 (12)仿真搭建 (13)仿真结果 (14)第四章总结与展望 (15)4.1本文工作总结 (16)4.2展望 (16)参考文献 (18)致谢 (19)摘要随着能源问题的日益突出和环境问题的依然严重，新能源的开发和利用愈发受到各国政府的重视，光伏发电是很有潜力的未来能源，绿色环保，被越来越广泛的应用。

而光伏并网发电模式凭借其独特的优点——低耗高能，逐渐被推广使用。

但是不得不提的是，在并网运行模式下，电网断电造成的孤岛效应会对并网各部分设备以及人们的生命安全都构成危险，所以，在电网发生故障的时候，能及时并且准确地检测出孤岛效应就显得尤为重要。

本文主要是在光伏并网系统的基础上进行研究，介绍了孤岛的危害，并要及时地监测它是否出现，而且要在它出现时，切断跟电网的联系。

孤岛监测大致有这两类——被动和主动监测，而前一种方法相较于后一种来说，盲区较大，因此，本文采用的是主动检测中的主动移频法（AFD），最后用Matlab仿真来验证，AFD检测法能在电网出现故障的时候，及时地检测出孤岛效应，切断与电网的连接，防止事故的发生。

关键词：光伏发电，并网，孤岛检测Island Detection Based on Photovoltaic Grid Connected Generation SystemAbstractWith the energy issues have become increasingly prominent, the environmental problems are still serious, new energy development and utilization is increasingly the attention of governments, photovoltaic power generation is a potential future energy, green environmental protection is more and more widely used.And photovoltaic power generation mode with its unique advantages: low energy consumption, has been popularized gradually. But have to mention is that in grid connected operation mode, the islanding power off caused by the will of grid connected various parts of the equipment and people's life safety is dangerous, so when the fault occurs in the power network, timely and accurately detect islanding is particularly important.This paper is mainly based on the grid connected photovoltaic system, introduces the harm of the isolated island, and to monitor it in time, and to cut off the contact with the power grid when it appears. Island monitoring generally in these two types of passive and active monitoring, and the former a method is compared with a, blind area is larger, therefore, the is active in the detection of active shift frequency method (AFD), finally used Matlab simulation to verify, the AFD method to fault occurs in the power grid, timely detected islanding, cut off connection to the grid, to prevent the accident occurrence.Key Words: photovoltaic power generation, grid connected,island detection第一章绪论1.1选题背景及意义能源是一个国家经济不断发展的基本动力。