光伏发电分布式防孤岛保护系统.docx

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光伏发电分布式防孤岛保护系统

周晓宁，朱开阳，许士光，陈永华

（南瑞集团公司（国网电力科学研究院），江苏南京210003）

孤岛现象向是指电网突然失压时，并网光伏发电系统仍保持对电网中的临近部分线路供电状态的一种现象。

由于光伏逆变器在工作的过程中可以等效于电流源，在脱网的情况下无法维持稳定电压，因此，当孤岛现象发生的时候根据具体负荷状态的不同，电网可能出现电压升高、电压下降，也有可能处在暂时地负荷平衡，电压维持不变。

根据上述分析，孤岛状态下的电网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。

因此研究孤岛检测方法及保护措施，将孤岛产生的危害降至最低具有十分重要的现实意义。

1孤岛状态检测方法

目前孤岛检测方法主要分为被动检测和主动检测QQ被动检测法和主动检测法都是基于本地的局部信息。

i.i被动式孤岛检测

与主配电系统失去联系后，孤岛内的功率往往是不平衡的，光伏电源承担的负荷也会发生变化，从而引起本地电气量的变化。

被动检测就是通过检测孤岛形成前后的频率、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、如相移法（WctorShift）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。

出现孤岛时，若干负荷不匹配，则频率和电压很难维持稳定，由此可构成判据。

利用低频低压与高频高压法检测孤岛状态的优点是原理简单、实现方便，但由于仅反映频率及电压的大小，容易受重负荷切换或大电源跳闸等原因引起的频率、电压变化的影响，误动率较高。

此外，如果孤岛部分的功率基本平衡或发电机有一定的调节能力，形成孤岛以后频率电压也可能基本不变，或变化不超出整定的范围，将会造成孤岛状态的漏检。

所以这种检测方式一般仅用在较小容量的分布式发电设备上或仅作为一种辅助的检测手段。

频率变化率检测：

计算光伏电站出口处频率的变化率来判断其是否处于孤岛运行状态。

当与主网并列运行时，整个系统的寄直惯性较大，因正常负荷切换引起的频率变化率很小；而与主网分开后，孤岛内惯性常数较小，即使较小的功率不平衡也可能引起较大的频率变化率，因此可以依靠频率变化率来判断是否与主网断开。

所有被动检测法存在的最大问题是，不容易区分大的负荷变化、干扰和孤岛运行，容易引起误跳闸；另外，在孤岛内功率基本平衡时，由于电气量变化很小，被动检测法很难检测到主网的断开。

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。

但不恰当的外部干扰会影响供电质量，检测的时间也会比被动检测长。

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本系统所采用的检测方法

被动技术（探测电网的电压和频率的变化）对于平衡负载很好条件下通电的孤岛检测还不是很完善，所以必须与主动技术相结合，主动技术中的有些方法，如监测电网流过的电流脉冲被证明是不方便的，特别是当多台的逆变器并行工作时，会降低电网质量，并且因为多台逆变器的相互影响会对孤岛的探测产生负面影响。

目前防孤岛保护功能主要依靠光伏逆变器来实现，但防孤岛保护依靠电站内多个逆变器自身的能力缺乏动作的一致性，同时部分逆变器厂商在同时实现低电压穿越和防孤岛保护时存在技术困难。

本文采用主动和被动相结合的判断方法，根据光伏电站运行特点和相关技术规定研制基于频率、电压和阻抗判据的防孤岛保护控制系统。

3系统架构

3.1系统总体设计

SSP-220防孤岛保护控制系统采用集中分散式系统架构，分布式主动检测控制单元安装在逆变器室，和逆变器输出并接，主动检测单元采用主动式孤岛检测方法。

主动检测单元可根据现场逆变器的数量安装多套。

系统设置一套集中管理平台，集中管理平台采用被动式孤岛检测方法。

一套集

中管理平台和多个分布检测单元之间采用高速以太网通信,共同构成孤岛保护控制系统。

系统架构如图1所示。

图1系统架构

3.2集中管理单元设计

防孤岛保护控制系统集中管理单元装置由集中管理板、开入开出板、电气量数据采集板、内部通信交换版、外部通信接口板和人机接口等几部分组成，装置结构图如图2

所示。

关；若光伏电站并网点以下存在负荷，装置与光伏电站监控系统通信，由监控系统发令关停所有运行的逆变器。

3.3分布式主动检测单元设计

分布式主动检测单元使用一种基于阻抗检测的孤岛检测，不仅不影响电网电能质量，并且可以消除因为功率匹配而导致的检测盲区，从而达到较高的精度。

装置可以同时对逆变器网侧母线三相电网阻抗进行测量，提高了检测可靠性。

在接入中线的情况下三相之间相互独立，这里以A相为例简要说明工作原理：

周期性的控制开关管£的导通和关断。

£断开时，检测点电压曦与电网电压乙N相等，£闭合时，检测电容上将流过电流,并在电网阻抗a上产生压降，导致检测点电压ra„与电网电压rAN存在差异，通过测量该差异可以计算z,数值。

孤岛发生前后，电网阻抗将发生明显变化（孤岛下阻抗将由逆变器与负载系统决定），装置将通过检测阻抗突变来判断孤岛状态。

主动式判断工作状态如图3所示

集中管理板是系统的核心部件，主要功能是分析、决策和输出控制，装置的COM板通过以太网与装置主动式检测单元进行通信，同时与光伏电站站内监控系统通信；电气量采集板负责母线电压数据采集和计算，I/O开入开出板用来输出跳闸出口信号，集中管理装置各模块之间通过高速LVDS数据通信总线交换数据，保证信息处理的实时性。

集中管理单元通过高速以太网通信和多个分布式主动检测单元通信，主动检测单元将检测结果实时上送给集中管理单元，集中管理单元采集光伏电站高压侧母线的频率和电压，并根据获得的电压和频率做被动式孤岛状态判断。

集中管理单元结合被动检测结果和主动检测结果综合判断孤岛状态。

防孤岛保护控制装置采用严格主动、严格被动、主动+

辅助被动三种防孤岛保护判据，主动式判据采用基于阻抗检

测判据，被动式判据基于装置的主控单元根据主动式和被动式检测单元的实时检测信息来综合检测判断光伏电站是否运行在孤岛状态下，当确认孤岛发生时，装置立即发令，迅速关停光伏电站的逆变器或断开并网开关。

发生孤岛时，若光伏电站并网点以下无负荷时，可直接跳开光伏电站并网点开

案抬军安化2013年第12期总第319期

图3.主动式判断工作状态

3.4系统通信网络

系统中分布式主动检测单元的检测结果要实时发送给集中管理单元，通信的实时性和可靠性对于系统的安全运行非常重要。

系统各单元之间通过100M以太网互联，并使用基于以太网通信介质的Modbus协议。

为保证实时性集中管理单元每10ms和各个分布单元交互一次。

4结束语

SSP-220防孤岛保护控制系统采用主被动相结合的孤岛检测方法，提高了孤岛检测的可靠性和准确性，并减少了孤岛检测对电网的影响。

参考文献

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岛控制呼太阳能学报，2005⑹.

[4]郭小强，赵清林，郭伟扬.光伏并网发电系统孤岛检测技术呼电工期学报,2007（4）.

（责任编辑：

张峰亮）