光伏并网系统中的孤岛效应仿真研究概要.docx
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光伏并网系统中的孤岛效应仿真研究概要
Ｎ．新能源发电
光伏并网系统中的孤岛效应仿真研究
陈雷１，赵艳军１，王艳玲２
（１华北电力大学，河北保定，０７１００３；２河北大学，
河北保定，０７１０００）
摘要：
光伏并网发电系统除了具有过压、欠压、过频、欠频等常规保护外。
还应具有一种特殊的保护功能—孤岛保护。
被动式孤岛保护常采用过压欠压检测和相位突变检测相结合的方法。
两种被动保护相结合能够保护绝大部分孤岛现象。
但当ＰＶ系统输出功率和负载匹配时，被动式孤岛检测方法失效。
因此，本文采用被动式孤岛检测和主动频率偏移（ＡＦＤ）相结合的孤岛检测方法，实现了孤岛效应的无肓区检测。
关键词：
并网；孤岛效应；检测；孤岛保护
０引言
随着光伏并网发电的发展，越来越多的并网发电系统并接到电网上时。
就带来了电网保护的新现象—孤岛效应。
孤岛效应就是当电网由于某种原因中断供电时，光伏并
２．２主动式检测方法
主动式检测方法主要有主动频率偏移（ＡｃｔｉｖｅＤｒｉｆｔ，ＡＦＤ）、滑模频率偏移（ＳＨｐＭｏｄｅ和输出功率扰动三种常用的方法。
对于主动式检测方法，虽然检测盲区较小，但是，均会对并网系统输出电能质量有影响。
并且，实现方法比较复杂，并不利于工程实现。
并且，单纯的采用一种主动式检测方法并不能完全排除检测盲区的存在。
基于上述分析，本文提出一种主被动相结合的检测方法，实现了孤岛效应的无盲区检测。
，
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＳｈｉｆｔ，ＳＭＳ）
网发电系统仍然向周围的负载供电，从而形成—卟电力公司
无法控制的自给供电的孤岛【１Ｊ。
－
光伏并网发电系统处于孤岛运行状态时会产生严重的后果。
因此，研究孤岛检测方法及保护措施，消除孤岛产生的危害具有十分重要的现实意义。
１孤岛效应的危害
１）当发生孤岛效应时，电网无法控制孤岛中的电压和频率。
若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。
孤岛发生时线路上仍然带电，会对检修人员的人身安全造成威胁，降低了电网的安全性。
３）若负荷容量大于ＰＶ系统的总容量，ＰＶ系统过载运行，容易将其烧毁。
断路器的复位及自动重合闸会使主系统与孤岛失步。
因此研究孤岛效应的检测方法和保护措施，将孤岛效应的危害降至最低，具有很重要的理论意义和工程意义。
３并网标准
并网工作时，电网电压正常范围为标准电压的８８％一１１０％，当电网电压超出正常范周时，并网系统应该立即检测出并在规定的响应时间脱离电网。
具体数据如表１所示‘卯。
表１光伏并网系统电压异常响应时间
电压范围（公共耦合点）
Ｖ＜５０％
５０％≤Ｖ≤８８％８８％＜Ｖ＜１１０％
最大响应时间（周期）
６１２０
正常运行
１２０６
２反孤岛效应常用的方法
常用的反孤岛效应的检测方法’２１有被动式孤岛检测和主动式孤岛检测。
１１０％≤Ｖ≤１３７％
Ｖ＞１３７％
对于中国５０Ｈｚ交流系统来说，系统正常工作范围是
４９．３．５０．５
Ｈｚ。
根据系统功率情况，并网系统频率异常响应
２．１被动式检测方法
被动式检测方法也称无源检测方法，主要有过压，欠压、过频／欠频、相位突变和电压谐波检测三种检测方法。
对于被动式检测方法，具有原理简单、容易实现、对电能质量无影响的优点，但单独使用一种被动式孤岛检测方法，检测盲区大。
因此，本文采用过压，欠压和相位突变检测相结合的被动式孤岛检测方法。
有效的减小了检测盲区。
时间分为两类，具体规定如表２所示。
表２并网系统频率异常响应时间
分布式系统容量／ｋＷ
≤３０
＞５０．５＜４７．０
＞３０
０．１６Ｏ．１６
频率范围／Ｈｚ
＜４９．３
响应时间／Ｓ
０．１６
＜（４７．０４９．３）
＞５０．５
０．１６到３００可变
０．１６
牵嚣赛等学校遐宠系缓爱萁鑫劝亿专建第二◆嚣矮学本年会沦文集
４孤岛效应分析
当电潮供电因故障或停电维修而跳脱时，ＰＶ系统未能及时检测出停电状态而将自身切离市电网络，丽形成的由ＰＶ系统翻髑溪受载缰威的鸯绘供毫戆援岛。
匿１并丽结梅承意图
１）当继电器ｓ闭合时，并网系统正常工作。
由于锁相环的作用，ＰＶ系统输出的电流和电嬲电压同频弱褪，因此霹将ＰＶ系统餐作电流源。
公共节点Ａ的电匿由电阏电压决定。
其幅值在１９８Ｖ到２４２Ｖ之间。
如果负载有功功率大于ＰＶ阵列所提供的功搴，不足处壤电网补充。
反之，多余的功率馈入电网。
由予ＰＶ系统鹩功率医数为ｌ，嬲负载所需的无功功率均由电网提供。
２）当嘲予某种原陵，继电器＿ｓ敝开时，发生孤岛效应。
合闸时，ＰＶ系统向公共浠点Ａ输入豹功率为Ｐ＋ｊＱ，负载得到的功率为ｐｕ＋ｊＱＬ，则电网向公共节点Ａ点发出的功率为：
△ｐ＝ＰＬ＿Ｐ
（１）
△Ｑ＝ＱＬ－Ｑ（２）
由于ＰＶ系统的功率因数为１，因此，ＰＶ系统只向电网发送有功功率，茭｝ｌＱ＝ｏ，ＡＱ＝ＱＬ。
当蕊岛效应发生爨霹，ＡＰ≠Ｏ，则孤黼效应发生时，Ａ点电压发生变化。
此时，可ｌ；盂采用过压欠压检测的方法实现孤岛保护。
但是，当ＰＶ系统箍窭功率积灸载功率莲聚时，ＡＰ＝△Ｑ＝ｏ，邸簌羝网，Ａ点电压也不会发生变化。
则，过压欠舔稔测的方法失效，此时，可以采用相位突变的方法检测孤岛效应的发生。
３）ＰＶ＊统霹Ｖ瓣－－＋彝电瞬瞧压弱频羁裰酶电流源。
ｉｐｖ＝ＩｍＳｉｒｌｗ（ｔ－ｔｏ）
（３）
ｉ吖—叫Ｐｖ系统输出电流
ｋ一魄滚幄值
订—＿初相角
因此。
公共节点Ａ点电压完全取决于电网电压。
如果电
鼷錾电，Ａ点邀匿取决≥谪与受载戆乘积。
巍子镂耀瑟瑟
ＰＶ系统输出电流的频率和相位的锁捆作用。
使得ＰＶ系统的电流和电网电压只在电压过零点同步。
若电网断电，ＰＶ系统辕出电流秀榛位不变懿歪弦波。
若受载鸯感髅鲻电蓬趣蘩予电流，若负载为容性则电压落后予电流。
因此导致电压相位突变。
此时，可以通过检测ＰＶ系统电流和电网电压相位差的大小寒羧测孤岛效应酶发生。
４）如槊负载近似璺阻性并且ＰＶ系统输出功率和负载功率匹配时，这两种被动式孤岛检测方法失效。
５）要实现孤鹣效应的无肖蔽检测，霹以将这鼹秭被动式孤岛梭灞方法秘童动颓率偏移法穗结合。
当澈压欠压检测和相位突燮检测均失效㈤３时，采用ＡＦＤ方法逃褥孤岛检测。
对于越测潮，鄂通过瓒飙睦的改变输锺ｊ并网电流频率
来实现反孤岛效应的功能。
此种方法不会增加系统的成本。
频率演移有芷编移翻负德移蕊秘方法。
本文采用正偏移的方法。
具体的实现思想为：
系统通过软硬件电路周期性的检测出
相邻两次电鼹电压过零点的时刻。
量漠出电网的簇率ｆ，然后，
弓ｌ入檄小的偏移量△ｆ，将抖△酢为输出ＰＶ毂流的给定频率。
并且，在电网电压每次过零时刻使输出并网电流复位。
则，当
并网系统歪常运行鲢，负载上电压戆频率鄹隽电网电压羰搴。
但是，当孤岛效斑发生时，ＰＶ系统输出电流独自作用在负载上。
由予输出并网电流频率的逐周期偏移。
就形成了给寇输出并两电漉频率的正及馈。
霖使褥受载电压的频率稷抉超过设定的频率阀值，发出孤岛信号，并使Ｐｖ系统脱离电网。
６）由此可见，前两种组含式的被动式孤岛保护方法的检测富逸圭ＡＦＤ梭溅方法来熬翰。
透此霹羧实现无害隰检测。
并凰，被动式孤岛检损４方法对电能质擞无影响，并且，ＡＦＤ梭测法对系统成本无影响，综合考虑，该方法合理。
７）竣溅静漉骥露翔下：
设电压上限ｆ强值为：
Ｖｓ电压下限阀值为：
ＶＤ耱链舞藿秀：
Ｘ设频率上限阀值为：
Ｐｓ设电压下限阀德为：
Ｐｄ
图２孤岛效应梭测流程图
５仿真分析
在光伏势鼹系统中。
发生援菇效应糠，遘压欢嚣秘相
Ｎ．新能源发电
位突变这两种保护基本实现了孤岛保护。
并且，被动式保护失效的情况极为少见，因此，本文只对两种被动式结合的孤岛保护进行了仿真，并对主被动式相结合的保护方法的硬件实现进行了简单描述。
按照Ｅ述方法对两种被动式结合的孤岛检测方法进行了ＭＡⅡＡＢ—Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真，证明了该种主被动式孤岛检测相结合的方法能够实现孤岛效应的无盲区检测【６】。
并且，综合考虑了对电能质量的要求，采用被动式检测为主，主动式检测（ＡＦＤ）为辅的检测方法。
仿真波形如下。
图３电网电压发生孤岛时输出波形
图４ａ点负载输出电压
图５
ＰＶ系统输出电流波形
从仿真结果可见，在最差的情况下，当电网断电时只需要最多５２个周期（１．０４ｓ）就能检测出孤岛效应。
相对于国家规定
的１２阶周期的标准要小的多。
因此，满足孤岛检测的要求。
６硬件实现方法
三相并网逆变器的孤岛检测，可以采用直流检测的方法实现对过电压和欠电压的检测。
该检测方法为先将三相交流电进行三相桥式整流，然后滤波。
再对整流出来的脉动波形
进行峰值判断，当峰值超过规定的最高值和低于最低值时。
发生孤岛信号，使电网断电。
对于单相并网逆变器的孤岛检测只能通过采用ＤＳＰ或者单片机先计算采样电压的有效值然后和电压标准进行比较，以实现过欠电压保护。
对于相位的检测，可以和锁相环相结合，因为并网逆变器要实现并网必须首先和电网同频同相，就需要—个基准相位信号。
因此，并网逆变器本身带有锁相环，把相位检测和锁相环结合起来，可以降低系统成本，并且，实现起来比较方便。
对于主动频率偏移法的硬件实现，只能通过单片机等软件进行控制，采用软硬件结合的方法来实现。
总结
本文采用一种被动式和主动式相结合的孤岛效应检测方法，实现了并网孤岛效应的无盲区检测。
该种检测方法对电能质量的影响小，检测简单方便，适合工程实现。
并且，
易于硬件电路的搭建，系统发生故障几率小。
可以作为工程应用的参考。
、
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合肥
工业大学，２００３．
作者简介
陈雷（１９８１－），男，汉族，河北保定，华北电力大学电力电子与电力传动专业在读硕士。
主要研究方向：
电源技术应用，光伏技术应用。
电子邮箱：
ｃｈｅｎｌｅｉ９９６＠１６３．ｃｏｒｎ
赵艳军（１９８２－），男，汉族，河北保定，华北电力大学电
机与电器专业硕士研究生．主要从事大型汽轮发电机在线监测与故障诊断技术研究。
光伏并网系统中的孤岛效应仿真研究
作者：
作者单位：
陈雷，赵艳军，王艳玲陈雷,赵艳军（华北电力大学,河北保定,071003），王艳玲（河北大学,河北保定,071000）
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