何道清《太阳能光伏发电系统原理与应用技术》第9章孤岛检测技术课件.ppt

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1、第9章光伏并网发电系统的孤岛检测方法19.1.1孤岛效应的定义所谓的“孤岛”是指电力系统的一部分（含负载和正在运行的发电设备）与其余部分隔离，能独立供电运行的一种状态。光伏逆变器连接到公共电网上运行，由逆变器和电网共同向负载供电，当电网因故障事故或停电维修等原因停电时，各个用户端的逆变器未能及时检测出停电状态而将自身切离市电，并以其自身的输出频率和电压向周围负载供电，这样就形成由太阳能并网发电系统和周围负载形成的一个电力公司无法掌握的自给供电的“孤岛”，并称此时的逆变器运行在孤岛状态。2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

2、，更严重的是会造成输电线路维修人员的生命安全。目前，对孤岛效应的研究可以分为两种情况，即反孤岛效应和利用孤岛效应。反孤岛效应（可简称为反孤岛）是指禁止非计划孤岛效应的发生利用孤岛效应是指按预先配置的控制策略，有计划地发生孤岛效应，具体是指在因电网故障或维修而造成供电中断时，由分布式发电装置继续向周围负载供电，从而减少因停电而带来的损失，提高供电质量和可靠性。本章主要对光伏并网中的反孤岛效应进行研究。39.1.2孤岛效应发生的机理光伏并网系统与本地负载相连，通过投闸开关连接到配电网上，如图9-1所示，当电网停电或其他原因导致投闸开关断开时，光伏并网发电系统完全有可能与其周围本地负

3、载一起形成孤岛。1．孤岛效应产生的主要原因孤岛效应产生的主要原因有以下几个方面：1）公共电网检测到故障，导致网侧投闸开关跳开，但是并网发电装置或者保护装置没有检测到故障而继续运行。2）由于电网设备故障而导致正常供电的意外中断。3）电网维修造成的供电中断。4）工作人员的误操作或蓄意破坏。5）自然灾害（风、雨、雷电等）。4以上几种情况都是电网非正常运行时所引发的孤岛效应。此时由于负载需求功率与发电装置输出功率的不匹配以及缺乏适当的电压和频率控制，所导致的不确定状况将会给电网和用户设备等带来一系列不利影响。图9-1孤岛研究的电网拓扑5电流控制型并网逆变器发电系统的功率图如图9-2所示

4、，DG表示分布式光伏发电系统。逆变器工作于单位功率因数正弦波控制模式，也即所带的本地RLC负载的谐振频率为电网频率，局部负载用并联RLC电路表示。负载功率与逆变器输出完全匹配的负载参数为R、L、C，不匹配的负载由R+ΔR，L+ΔL，C+ΔC来表示。图9-2断网前后孤岛区域等效电路图a)并网运行等效电路图b)断网后等效电路图2．孤岛检测的基本原理6当电网正常运行时如图9-2a所示，逆变器向负载提供的有功功率为P、无功功率为Q，电网向负载提供的有功功率为P、无功功率为Q，负载需求的有功功率为Pload、无功功率为Qload，U、f为公共耦合点a的电压和频率，根据能量守恒定律，a

5、处的功率为7正常运行时孤岛发生时8孤岛形成前，电网提供的有功功率不为0，则公共点的电压值就会发生变化孤岛形成前，只有电网提供的无功功率不为0，则公共点的频率就会发生变化只要检测公共点处的电压和频率就可以检测孤岛，实际上，由于公共电网的电压和频率在正常情况下也有小的波动，所以正常的电压和频率只能设定为一个范围，在这种情况下，只有P和Q足够大时，才能检测出来。如设定过大，则检测盲区增大，过小则在电网正常波动时也会检测出孤岛，出现误判。9(1)若、,即并网逆变器输出的有功功率、无功功率与负载所需的有功功率、无功功率不匹配，则公共电网断网瞬间将会造成电压幅值和频率的突变，通过直接检

6、测PCC点的电压幅值和频率的变化是否超过阈值就能检测出孤岛（被动检测法，不加入扰动）。(2)若、，即并网逆变器输出的有功功率、无功功率与负载所需的有功功率、无功功率相匹配，公共电网断开瞬间并不会造成电压幅值或者频率的突变，所以这种情况下一般需要采用加入扰动的主动检测法才能检测出孤岛。综上所述，孤岛检测的基本原理是通过检测公共耦合点(PCC)的电压幅值或者频率是否超过设定阈值来判断是否存在孤岛现象，即电压幅值和频率的变化大小是检测的关键。109.1.3孤岛效应的危害1）当电网无法控制孤岛发生区域中的电压和频率，可能发生供电电压与频率不稳定的现象，电源的电压和频率可能会对孤岛系统中

7、的用电设备产生一定的损害。2）如果负载容量大于逆变电源容量，导致逆变电源过载运行，逆变电源容易被烧毁。3）孤岛的电压相量会相对于主网产生漂移，如果两者相位相差很大，当电网快速恢复时，可能引起孤岛系统并网重合闸时再次跳闸，甚至损坏发电设备和其他连接设备。4）当发电系统处于孤岛时，与逆变电源相连的线路仍然带电，可能会危及电力线路的维护人员的安全，降低电网的安全性。5）妨碍供电系统正常恢复供电。孤岛发生后，逆变电源的输出与电网失去了同步时序，当电网恢复供电时可能因出现大的冲击电流而导致该线路再次跳