并网发电系统孤岛效应检测研究

并网发电系统孤岛效应检测研究

在简要介绍并网发电系统孤岛效应的概念和危害的基础上，介绍了孤岛效应的主要检测方法。通过分析各种孤岛效应检测方法的优缺点，提出了在预防孤岛运行中应考虑的问题。

标签：孤岛效应；逆变器；检测方法；优缺点

1 孤岛效应概述与危害

孤岛效应是光伏发电系统中的一种常见现象，影响着电能质量和供电稳定性。孤岛效应由于电网故障或其他发电系统对局部负荷的影响而中断，但并网发电系统无法检测到电力故障状态，发电系统仍正常工作，因此发电系统和周围负荷构成了孤岛现象。随着光伏发电系统和其他分布式电网的增加，孤岛的概率越来越高。在电力系统中，由于线路设备的维护或电源的突然状态，考虑了光伏并网发电系统中的孤岛效应的产生和检测，克服了技术难点。

当孤岛效应发生时，通常发生以下问题： （1）孤岛效应可能对维修人员的生命安全构成威胁；（2）当电源恢复时，由电网和并网发电系统引起的电压相位将产生高冲击电流，从而损坏并网发电机或再次跳闸；（3）孤岛效应可能发生电源电压和频率的不稳定，可能会对电网设备造成损坏，干扰电网的正常供电。因此，为了避免这些后果，我们必须检测孤岛效应并避免危险。

2 常用的孤岛效应检测方法

根据逆变器端的检测，将孤岛检测方法分为被动检测法和主动检测法。

（1）采用被动无源方法检测电网中逆变器输出电压、频率、相位或谐波的孤岛效应。并网逆变器的被动反孤岛方案不需要增加硬件电路，不需要单独的保护继电器。缺点是，当系统输出功率和局部负载功率平衡时，被动检测方法将失去孤岛效应检测能力，存在一个大的非检测区域；一些参数不能直接测量，需要复杂的计算，其计算误差和计算时间也会影响检测效果。主动方法与无源方法相结合，不改变负载频率和逆变器功率输出失配。下面主要介绍了过/欠压和高/低频检测方法、电压谐波检测方法的应用效果及优缺点。

过/欠压和高/低频检测方法的被动检测方法成本较低，但可广泛应用。它可以检测孤岛效应，保护用户设备，有利于并网光伏逆变器。作为一种被动检测方法，它对电网质量的影响很小。缺点是该检测方法的非检测区域相对较大。

电压谐波检测方法简单、操作方便，检测精度高，检测范围宽，对电能质量无影响；在多台逆变器的情况下，检测效果基本不变。即使在功率匹配的情况下也可以检测到孤岛效应。但有盲点。由于非线性负载等因素的存在，电网电压的谐波很大，谐波检测的动作值难以确定，实际应用非常困难。

（2）主动式孤岛检测是指逆变器的控制使逆变器的输出功率、频率或相位受到干扰。当电网运行时，由于电网的平衡，无法检测到这些扰动。一旦电网发生故障，逆变器输出扰动将迅速累积并超过允许的范围，从而触发孤岛检测电路。该方法具有较高的检测精度和较小的非检测面积，但控制更加复杂，降低了逆变器输出功率的质量。目前，并网逆变器的反孤岛策略采用被动检测方案结合主动检测方案。下面主要介绍了频率偏移检测方法、主动电流干扰检测方法的应用及优缺点。

频率偏移检测方法只需要对原逆变器的电流参考波形增加失真，很容易实现。效率较高，检测盲区小；对于纯阻性负载，没有盲区。然而，电流波形的畸变将导致电源的不稳定和输出功率因数的降低，降低电能质量。对于非电阻性负载，有一个检测盲区；当逆变器连接到电网时，如果频率偏移方向不一致，输出将相互抵消，降低检测效率。

主动电流干扰检测方法使逆变器的电流幅值在逆变器控制系统的作用下周期性变化，改变逆变器输出的有功功率。因此，当电网的电气故障或中断时，负载的有功功率和逆变器的有功功率不匹配，可以检测出孤岛效应。当负载功率完全匹配时，没有区域，当电网连接时，谐波不会注入电网。缺点是，当电网运行时，电流干扰必须同步，否则干扰会相互抵消，产生稀释效应，进入非区域，光伏电池输出功率随光强波动，人为电流干扰将影响并网光伏系统的输出效率。

3 孤岛效应检测方法的选择

根据所使用的标准，检测方法是不同的。根据国际标准IEEE标准，所有并网逆变器必须具有反孤岛的功能，两个标准给出了并网逆变器断电后逆变器和电网孤岛检测和断开的时间。此外，孤岛检测方法的选择，除了考虑可靠性、选择性和最小干扰外，还考虑了各种因素，在检测中考虑成本、实现难度和检测速度和精度。在技术上，由于上述方法的优缺点，根据孤岛后的发电，考虑检测时间、供电和负荷需求平衡，对供电质量的需求，合理使用一种或多种检测手段，达到防孤岛保护的目的。将基于不同原理的孤岛检测方法相结合，获得了更好的检测效果。

4 结束语

本文阐述了孤岛效应的危害，详细介绍了各种海岛检测方法，并分析了其优缺点。如何快速、准确、廉价地进行“孤岛”检测与控制将成为并网技术的研究热点。寻求简单有效和低成本的策略，将光伏并网系统的孤岛效应的危害降低到最低，考虑了检测性能、输出功率质量以及对整个系统的影响。我们应采用多种孤岛检测方法結合相应的并网逆变器控制方法，加强孤岛效应的利用策略，防止重大损失。

参考文献：

[1]邓广，杜之正.光伏并网发电系统孤岛效应的检测研究[J].国网技术学院学报，2013，17（01）：1-5.

[2]侯立健，朱长青，陈雅等.并网发电系统中孤岛检测方法的综述[J].国外电子测量技术，2015，34（08）：34-39.

[3]程启明，王映斐，程尹曼等.分布式发电并网系统中孤岛检测方法的综述研究[J].电力系统保护与控制，2011，36（06）：147-1.

[4]王可辉，公茂法，苏彦平等.光伏并网系统孤岛效应的研究[J] .科技视界，2013（26）：48-68.