光伏发电系统防孤岛检测方法分析

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。

光伏发电分布式防孤岛保护系统分析根据光伏孤岛理论，推导出了两种孤岛检测方法，分析两种孤岛检测标准，应用于分布式光伏电站，配置相应保护功能装置，使其保障光伏电网安全稳定运行，提高光伏并网的技术。

标签：光伏发电；分布式；防孤岛保护；装置如今光伏发电站在电力系统中所占的份额越来越大，不仅有集中式大面积光伏，还有分布式小型光伏发电站。

随着科学技术的进步，发展成为分布式光伏电源给负荷供电，组成局部孤网运行。

为避免孤网产生，本文从孤岛的检测方法入手进行阐述。

以被动式检测方法与主動式检测方法的特点为主线，结合配置防孤岛保护，减少孤岛现象给电网运行带来的危害。

1、孤岛状态检测方法LI前孤岛检测方法主要分为被动检测和主动检测。

1」被动式孤岛检测被动检测就是通过检测孤岛形成询后的频率、电压、功率输出等电气量变化, 来判断是否与主电网断开。

主要包括低频低压、高频高压、频率变化率法、矢量相移法和功率波动法等。

低频低压与高频高压检测：因光伏电源并网运行，频率和电压不会有很大的波动，总能够在允许的范围之内。

1.2主动式孤岛检测主动检测通过对系统施加一个外部干扰，然后监视系统的响应来判断是否形成孤岛，一般是通过改变光伏逆变器有功或无功输出，检测电压和频率的响应变化。

主动检测将向系统施加外部干扰，即使是功率完全平衡的孤岛，也可以通过主动干扰来破坏功率平衡，从而被可靠地检测出来。

当系统中包含多个分布式电源时，各电源主动检测装置发出的干扰信号可能互相影响，降低检测效果。

2、分布式光伏电站防孤岛保护2」分布式光伏电站防孤岛保护配置为了保证分布式光伏电站的安全稳定运行，根据《光伏发电站设计规范》GB 50797和《光伏发电站接入电力系统设计规范》GB/T50866要求，光伏电站应配置独立的防孤岛保护，其中防孤岛保护应与线路保护、重合闸、低电压穿越能力相配合［1］。

基于上述规定，大批分布式光伏电站使用了孤岛保护装置，分布式光伏电站配置的防孤岛保护装置一般都是故障解列装置。

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]。

光伏电站防孤岛保护装置功能分析及整定原则时 珉１，郭　捷２，王晓蔚２，张兵海２，周　文２，王　磊２（1．国网河北省电力有限公司，石家庄　050021；2．国网河北省电力有限公司电力科学研究院，石家庄　050021）摘要：从防孤岛保护装置工作原理入手，对其功能进行分析，说明光伏电站防孤岛保护装置由于保护原理和输入电气量的限制存在局限性。

在功能分析基础上，给出了装置整定范围，避免了防孤岛功能与光伏电站低电压穿越、电网适应性要求相冲突。

最后，提出了防孤岛保护与线路保护和逆变器保护相配合使用的原则。

关键词：光伏电站；防孤岛；保护装置；整定原则中图分类号：TM615 文献标志码：A 文章编号：1001-9898（2018）03-0001-04Function Analysis and Setting Principle of Anti-islanding Protection forPhotovoltaic Power StationShi Min1，Guo Jie2，WAnG Xiaowei2，ZhAnG Binghai2，Zhou Wen2，WAnG Lei2(1. Satae Grid hebei electric Power Co. Ltd., Shijiazhuang　050021，China；2. State Grid hebei electric Power Research institute，Shijiazhuang　050021，China) Abstract: Anti-islanding protection devices prevent the islanding status of PV power station and protect the safety stability of power system. However, there is a lack of in-depth analysis of the functional configurations, setting principles, and coordination principles with other protections for islanding protection. Start from the fundamental principle of anti-islanding protection, its functions are analyzed. The limitations of the device due to the protection methods and the electrical input quantity are given. Based on the functional analysis, the range of device setting is given, which avoids the conflict between anti-islanding and low voltage ride-through or grid adaptability requirements of PV power station. Finally, the principle of anti-islanding protection combined with transmission line protection and inverter protections is given. Key words：photovoltaic power station；anti-islanding； protection devices； setting principle非计划孤岛（简称“孤岛”）是指当电网由于电气故障、误操作或自然因素等原因中断供电时，并网光伏电站未能检测出停电状态而脱离电网，继续向周围负荷供电，成为一个公共电网无法控制的自给供电孤岛。

孤岛效应分析光伏并网发电系统是利用光伏电池将光能转化为电能,并将转化来的电能传输给电网的装置,它除了具有和其它系统一样的保护功能如过流、过压、欠压、过热、过频、欠频外,还要求具有一种特殊的保护功能即反孤岛效应功能。

一、孤岛效应的含义当系统工作于直接并网方式时,除了具有基本的保护功能外,还应该具有预防孤岛效应的特殊功能。

根据美国sandia国家实验室提供的报告可知,所谓孤岛效应就是当电力公司的供电系统,因故障事故或停电维修等原因停止工作时,安装在各个用户端的光伏并网发电系统未能及时检测出停电状态而不能迅速将自身切离市电网络,而形成的一个由光伏并网发电系统向周围负载供电的一种电力公司无法掌控的自给供电孤岛现象。

光伏发电并网工作示意图如上图所示为光伏发电系统并网工作的示意图,孤岛状态的含义:当逆变器并网工作时,因为各种原因导致市电不能给本地负载供电,即图中开关断开,此时如果没有任何孤岛判断技术,逆变器会持续给本地负载和局部电网负载供电,这样就会造成很大的危险,这就是所说的出现了孤岛供电现象。

孤岛效应是并网发电系统特有的现象,具有相当大的危险性,不仅会危害到整个配电系统及用户端的设备,更严重的会造成输电线路维修人员的生命安全,这是因为:(l)当电网需要停电维修时,光伏发电系统将会危及维修人员的安全。

(2)当孤岛效应发生时,电网不能控制供电孤岛的电压和频率,电压幅值和频率的漂移会对用电设备带来破坏。

(3)由于并网系统输出电压和电网电压之间产生了相位差,所以当电网重新恢复供电时会产生浪涌电流,可能会引起再次跳闸或对光伏系统、负载和供电系统带来损坏。

因此,对光伏并网发电系统来说,具有反孤岛效应的功能是至关重要的。

反孤岛效应的关键是电网断电的检测,而检测时间越短效果越好。

根据国际标准IEEE std.2000一929和UL1741,光伏并网发电系统在电网断电后检测到孤岛现象并将并网发电系统与电网断开的最大时间限制,如下表所示：IEEE std.2000一929/ UL1741对孤岛最大检测时间的限制指电网电压的标准值，对于我国单相市电为交流220V（有效值），注：Vnorm指电网电压频率的标准值，对我国市电的频率为50Hz。

光伏逆变器孤岛检测方法
1. 被动式孤岛检测方法：
- 电压相位突变检测法：通过检测电网电压相位的变化来判断孤岛现象。

当电网断开时，电压相位会发生突变，逆变器可以检测到这种变化并及时停止供电。

- 频率偏移检测法：通过检测电网频率的变化来判断孤岛现象。

当电网断开时，频率会发生偏移，逆变器可以检测到这种偏移并及时停止供电。

- 电压幅值突变检测法：通过检测电网电压幅值的变化来判断孤岛现象。

当电网断开时，电压幅值会发生突变，逆变器可以检测到这种变化并及时停止供电。

2. 主动式孤岛检测方法：
- 插入阻抗检测法：逆变器在电网断开后主动向电网中注入一个小的无功电流，通过检测电网的阻抗变化来判断孤岛现象。

- 滑膜频率偏移检测法：通过控制逆变器输出电流的频率，使其在电网断开后发生滑膜现象，从而检测孤岛现象。

- 相位跳变检测法：通过控制逆变器输出电流的相位，使其在电网断开后发生跳变，从而检测孤岛现象。

光伏电站中的孤岛效应防孤岛效应是光伏系统中的一个重要环节1. 孤岛效应概述孤岛现象是指：当电网由于电气故障或自然因素等缘由中断供电时，光伏并网发电系统仍旧向四周的负载供电，从而形成一个电力公司无法掌握的自给供电孤岛。

由于光伏发电系统与电网并联工作时，电网会由于故障设备检修或操作失误等缘由停止工作，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，因此精确准时地检测出孤岛效应，是光伏并网发电系统设计中的一个关键性问题。

当孤岛效应发生时，将造成以下危害：①电网无法掌握孤岛中的电压和频率，假如电压和频率超出允许的范围，可能会对用户的设备造成损坏；②假如负载容量大于逆变电源容量逆变，电源过载运行，简单被烧毁；③与逆变电源相连的线路仍旧带电，对检修人员造成危害，降低电网的平安性；④对孤岛进行重合闸会导致该线路再次跳闸，还有可能损坏逆变电源和其他设备。

光伏并网系统防孤岛爱护装置实物图2. 孤岛效应的检测方法孤岛现象的消失，严峻影响电力系统的平安和正常运行，从用电平安与电能质量考虑，孤岛效应是不允许消失的，当孤岛发生时必需快速、精确地切出并网逆变器，因此对于孤岛效应应进行检测及掌握。

孤岛效应检测方法主要分为被动式和主动式两种：被动式孤岛检测方法，通过检测逆变器的输出是否偏离并网标准规定的范围，如电压、频率或相位，推断孤岛效应是否发生。

该方法工作原理简洁，简单实现，但在逆变器输出功率与局部负载功率平衡时，无法检测出孤岛效应的发生。

主动式孤岛检测方法是指通过掌握逆变器使其输出功率频率和相位存在肯定的扰动。

电网正常工作时，由于电网的平衡作用，这些扰动检测不到。

一旦电网消失故障逆变器输出的扰动将快速累积并超出并网标准允许的范围，从而触发孤岛效应的爱护电路。

该方法检测精度高，检测盲区小，但是掌握较简单，且降低了逆变器输出电能的质量。

防孤岛检测模拟示意图（1）被动方法被动式孤岛效应检测方法的工作原理是指依据电网断电时逆变器输出电压、频率的转变，推断出是否发生孤岛效应。

什么是"孤岛效应"?-光伏并网柜的防孤岛保护装置防孤岛保护是对分布式光伏电站有着重要保护作用的。

即当电网出现电压高、电压低、频率高、频率低故障时，光伏并网开关及时跳闸。

当电网恢复供电并且电压和频率达到允许值时，并网开关要自动合闸。

这样的目的是在为了国家电网不受太大影响的情况下，尽可能保证光伏的发电效率。

什么是“孤岛效应”当光伏电站出现孤岛效应时，即当电网由于某种故障原因造成失压时，应具备快速监测孤岛并立即断开与电网连接的能力，局部电网出现孤岛会影响到供电质量和维修人员的生命安全，所以在光伏电站中必需要配备防孤岛保护装置。

而光伏防孤岛保护装置就是为了解决“孤岛效应”的。

防孤岛保护装置能够精确检定并网点的电压、频率，然后当电压、频率出现波动且大于定值时跳闸出口动作，断开并网开关。

1、防孤岛保护·存在的意义据了解，在能源转型的目标下，各省可再生能源占比目标都在相应提高，加上最近光伏成本下降潜力可期，各省的初步规划对于光伏的发展有着非常积极的推动，尤其是光照资源优渥的西部以及东北地区，各省份年均新增规模高达1GW至5GW。

回望刚过去的五年，是中国光伏电站建设快速发展的一段历程，现在光伏行业正昂首阔步迈向新的征程。

根据光伏电站电压等级不同，配置防孤岛保护的要求也不一样。

0.4kV~10kV电压等级分布式光伏电站，只需逆变器具备快速监测孤岛并立即断开与电网连接的能力。

而对于35kV及以上电压等级的光伏电站，主电网继电保护装置必须保证主电网故障时切除光伏电站，此时应配备孤岛保护装置。

防孤岛保护：根据《光伏发电站接入电力系统技术规定》GB/T19964-2012第12.3.3条的规定：“光伏发电站应配置独立的防孤岛保护装置，动作时间应不大于2s。

”以及《光伏发电站接入电力系统设计规范》GB/T50866-2013第6.3.2条的规定：“光伏发电站需要配置独立的防孤岛保护装置，保证电网故障及检修时的安全”。