孤岛效应含义及其检测方法.docx

所谓孤岛效应(Islanding)是指散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散布式能源持续并网工作，进而使电网局部负载仍处于供电状态[28]因为光伏发电系统与电网并联工作时，电网会因为故障、设施检修或许操作失误等原由停止工作，也就是说孤岛效应是光伏并网发电系统中广泛存在的一个问题所以正确、实时的检测出孤岛效应是光伏并网发电系统设计中的一个重点性问题[29]孤岛效应的剖析（1）孤岛效应概括S2并网S1grid逆变器光伏阵列当地负载电网局部负载图光伏发电系统与电网链接表示图图是光伏发电系统与电网并联工作的表示图，以下图：电网正常工作状况下，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；电网忽然停止工作时，相当于开关S1闭合，S2翻开，此光阴伏发电系统持续向逆变器负载和局部电网负载供电，那么将会致使以下状况发生[30] ：光伏发电系统功率较小，假如电网停止工作会失掉对光伏发电系统输出电能的均衡控制能力，系统输出电能质量降落；危害到电力保护人员或用户的人身安全；当市电忽然恢复时，光伏发电系统与电网相位不一样步造成的冲击电流会破坏发电装置和设施；影响电网保护开关的动作，造成不用要的损失；因单相光伏并网发电系统持续供电，造成系统三相负载欠相工作。

2）孤岛效应特征剖析逆变器与电网连结时功率流动状况以下图，此中变量名称及符号以下表所示，Lr,Cr和R是逆变器的等效负载P--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；Ug--电网电压；Ui--逆变器输出端电压P，QP,Q并S网LrR逆CrUgUi变器图逆变器输出功率流动表示图a）电网正常工作以下图，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的一部分供应给等效负载，此外一部分有功功率P、无功功率Q传达给电网依据逆变器输出功率与负载功率均衡的关系有公式（）、（）存在，此中g为电网电压的角频次[31]Ug2P（）PR1gCrUg2（）gLrb）电网停止工作以下图，电网忽然断电时，相当于开关S断开因为S关断前后逆变器输出的有功功率P、无功功率Q近似保持不变，依据功率均衡的关系可获得：Ui2（）PR1iCrUi2Q（）iLr此中i是逆变器输出电压的角频次依据逆变器输出有功功率的均衡关系，联合式（）、（）可得：P1Ug2（）PUi2依据逆变器输出无功功率均衡的原理，联合公式（）、（）能够推出：iUg2Qc（）gUi2iUi2cgUg2式中Qc是谐振电路中谐振电容Cr的无功功率，其大小为QcgCrUg2。

联合公式（）、（）能够获得：iPQgPQ2Qci1i1（）2Qgg公式（）、（）表示孤岛效应发生时，逆变器的输出电压频次及幅值与逆变器输出的有功功率、无功功率相关c）特征剖析以下图：当逆变器并网工作时，假如逆变器输出的有功功率所有落在局部负载R上，此时P等于零当孤岛效应发生时，从公式（）能够看出UgUi，逆变器输出电压保持不变假如P,Q均为零，那么公式（）可变换为式（）：i1Qci110（）Qgg由公式（）可得gi上述剖析表示：电网停止工作时，假如逆变器并网运转时所有能量均供应给了局部负载，逆变器输出电压、频次均没有变化；反之，逆变器输出电压或频次在电网断电前后会发生变化依据电压、频次的改变即可判断出能否发生孤岛效应这也是被动式孤岛效应检测法的工作原理孤岛效应常用的检测方法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经过检测逆变器的输出能否偏离并网标准规定的范围(如电压、频次或相位)，判断孤岛效应能否发生其工作原理简单，实现简单，但在逆变器输出功率与局部负载功率均衡时没法检测出孤岛效应的发生主动式孤岛检测方法是指经过控制逆变器，使其输出功率、频次或相位存在必定的扰动电网正常工作时，因为电网的均衡作用，这些扰动检测不到。

一旦电网出现故障，逆变器输出的扰动将迅速积累并高出并网标准同意的范围，进而触发孤岛效应的保护电路该方法检测精度高，检测盲区(Non-detectionZone,NDZ)小，可是控制较复杂且降低了逆变器输出电能的质量[32，33]1）被动式检测方法被动式孤岛效应检测方法的工作原理上节已经进行了剖析当电网发生故障时，除逆变器的输出电压、输出频次外，其输出电压的相位、谐波均会发生变化所以被动式孤岛效应检测法能够对逆变器上述输出的变化进行检测以判断电网能否发生故障a）电压、频次检测光伏并网发电系统并网运转过程中，除了要防备孤岛效应的发生，还要保证逆变器输出电压与电网同步，所以对电网电压幅值、频次要不停进行检测，以防止出现过压、欠压、过频或欠频等故障，所以对电压、频次进行检测的被动式孤岛检测方法只要利用已有的检测参数进行判断，无需增添检测电路该方法最大的弊端在于逆变器输出功率与负载功率均衡时，电网断电后逆变器输出端电压和频次均保持不变，进而出现孤岛检测的漏判b）相位检测逆变器输出电压相位检测方法原理与电压、频次检测方法相像：电网出现故障时，光伏发电系统逆变器所带的负载阻抗会发生变化，致使电网故障前后逆变器输出电压和输出电流相位发生变化，系统依据相位的变化状况即可判断电网是否出现故障。

因为电网中感性负载较广泛，所以该方法在孤岛效应检测中的成效优于电压、频次检测方法可是当负载为阻性负载或电网断电前后负载阻抗特征保持不变时，该方法就失掉了孤岛检测能力[34]c）谐波检测谐波检测方法是指当电网出现故障停止工作时，因为失掉了电网的均衡作用，光伏发电系统输出电流在经过变压器等非线性设施时将会产生大批的谐波，依据谐波的变化状况即可判断电网能否处于故障状态实验研究及实质应用表示:该方法拥有优秀的检测成效，可是因为当前电网中存在大批的非线性设施，谐波[35,36]变化复杂，所以很难确立一个一致的用于孤岛效应检测的谐波标准主动式检测方式是经过控制变流器输出或外加阻抗等方式主动扰动系统当发生孤岛状况时，主动扰动将造成系统的不稳固，即便是在发电输出功率与负载功率均衡的状态下，也会经过扰动破坏功率均衡状态，造成系统的电压、频次有显然改动，再经过控制单元检测出来而将太阳能发电系统与市电隔绝，防备孤岛现象的发生主动方法主要有以下几种方式：a）输出电能改动方式经过控制变流器的输出，施以系统周期性的有功电能或无功电能扰动，当市电中止时，因为系统失掉稳固的参照电源，扰动将造成系统电压或频次显然的变动，而检测出孤岛现象。

b）加入电感或电容器此方法是在电力系统输配线路上加装电感或电容器，当市电中止或故障时，马上电感或电容器并入，经过无功功率破坏系统均衡状态，达到对电压、频次的扰动，使太阳能发电系统能检测到并与市电排除并联此中插入的并联阻抗应容量小且短时间插入为宜，免得对系统造成过大影响而发生误动作c）自动频次偏移方式此方式经过偏移市电电压采样信号的频次来做为变流器的输出电流频次，造成对系统频次的扰动，即而由频次保护电路来检出孤岛现象，但此法会造成系统供电的不稳固以及输出功率因数降低的弊端。