光伏并网发电系统的孤岛检测

1引言

能源紧缺和环境恶化是日趋严重的全球性问题。跨入21世纪之后，绿色、和谐发展己经成为人类的目标。随着人类对能源需求的不断增加，传统化石能源面临着日趋枯竭的危险。经过近半个世纪的努力，太阳能利用技术及其产业异军突起，成为能源工业中的一支后起之秀。但孤岛效应是光伏并网发电系统中普遍存在的一个问题。孤岛效应是指当电网因故障事故或停电维修等原因而跳闸时，各个用户端的太阳能并网发电系统未能及时检测出停电状态而未将自身切离市电，形成由太阳能并网发电系统和周围负载形成的一个自给供电孤岛。孤岛效应是并网发电系统特有的现象，具有相当大的危害性，不仅会危害到整个配电系统及用户端的设备.更严重的是会造成输电线路维修人员的生命安全 。目前,分布式电源日趋增长，尤其是太阳能发电更是发展迅速，当有许多光伏并网系统同时向公共电网供电时，发生孤岛效应的机率也随之增加。因此解决孤岛问题显得尤为重要。

2孤岛效应的检测标准

国际通行的光伏系统入网标准IEEE Std.2000-929以及UL1741和分布式电站入网标准IEEE 1547，都对并网逆变器孤岛检测功能做出了要求。其中，IEEE Std.2000-929规定当公共点的频率在59.3-60.5Hz之外时，并网逆变器应在6个周期内停止供电；在公共点电压异常下逆变器停止供电时间标准如表1。

表1 电压异常下的响应（IEEE Std.2000-929）

我国的光伏系统并网技术（GB/T 19939-2005）要求规定光伏系统并网后的频率允许偏差值允许为±0.5Hz，当超过该范围时过/欠频保护应在0.2s内动作，使光伏系统与电网断开。相应的系统对检测到异常电压时所做出的反应时间如表2所示。

表2 电压异常下的响应（GB/T 19939-2005）

对于孤岛检测的测试电路，北美和欧洲普遍选用RLC谐振负载。用RL负载来模拟没有进行功率因数校正的电网时，当Qf从0变到2.5时，相应的功率因数由1变到0.37。IEEE Std.2000-929取Qf为2.5，以模拟功率因数补偿后实际负载中可能出现的最大值。本文仍采用Qf为2.5的谐振负载，按要求需在2s内检测出孤岛并作保护。

3光伏发电系统孤岛检测方法分析

3.1 孤岛检测方法原理

如图1所示，PV代表电池板，Grid代表电网，本地负载为RLC并联负载；PPV、QPV为光伏系统提供的有功、无功；Pload、Qload为本地负载消耗的有功和无功，ΔP、ΔQ为电网侧提供的有功、无功，a点定义为公共耦合点。

根据节点功率守恒的原理，若ΔP、ΔQ不为0，则电网脱开（S1断开）前后，Pload、Qload会发生改变。Pload的改变会引起公共点电压Va的改变，Qload的改变会引起公共电频率f的改变。若Va或f改变足够大，就可通过电压或频率检测到电网异常情况从而切断与电网的电气连接，否则仅依靠电压或频率检测无法得知电网异常情况，系统继续以并网方式运行，即进入检测盲区。盲区描述是评判孤岛检测有效性的常用工具之一。所谓盲区是指在某种孤岛检测方法下，使检测失败的所有负载总和。