孤岛运行下的光伏发电技术

《孤岛运行下的光伏发电技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、基于孤岛运行的光伏发电关键技术研究一、绪论太阳能作为一种绿色能源，是人类取用不竭的可靠能源。大力开发和利用太阳能是建立起清洁和可持续发展能源体系的必由之路。太阳能光伏发电是利用太阳能最灵活方便的一种方式，近年来在国际上受到广泛重视并取得了长足进展。因此，深入研究光伏并网发电系统，对于节约常规能源、保护环境、促进经济发展都有极为重要的现实意义和深远的历史意义。但光伏发电系统接入电网会给电网运行带来不利影响。其中光伏发电最大的技术挑战和潜在危险就是孤岛效应，因此孤岛效应的检测和防护是目前颇受关注的一个课题。1.1孤岛检测的研究意义在光伏并网发电系统中，光伏发电系统不能直接

2、与电网并联，而是通过逆变器作为接口元件与电网连接，这就涉及到一个新的安全问题“孤岛”。随着光伏并网发电系统越来越多的被应用，孤岛日益成为人们关注的焦点。①孤岛检测的含义及意义图1.1孤岛系统原理电路图孤岛效应是指当电网由于电气故障或自然因素等原因中断供电时，光伏并网发电系统仍然向周围的负载供电，从而形成一个电力公司无法控制的自给供电孤岛[1]。孤岛系统原理电路图如图1.1所示，断路器断开时逆变器与RLC负载就构成了一个“孤岛”。光伏电池输出能量将随着太阳照射强度的变化而变化，当光照强度大时，光伏发电系统输出的功率较大。当光伏逆变器输出的容量超出本地负载的需求时，多余的

3、能量将输送到电网上供其他负载使用；当光照强度较弱或者晚间光伏电池完全停止工作时，光伏发电系统输出的能量降低或者为0，此时负载所需的能量由电网提供。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，其危害性在于：（1）孤岛产生后，电力系统不再能控制光伏电源，电源的电压和频率可能会产生大波动，对孤岛中的电力设备产生一定损害。（2）孤岛并网重合闸时可能因为与电力系统电压相位相差过大，导致再次跳闸，严重时损坏发电设备。（3）孤岛运行可能会对电力线路的维修人员造成伤害，降低电网安全性。（4）电力孤岛区域如果过载运行可能会损坏逆变电源。因此，及时检测出孤岛运行状态并将光伏并网发

4、电系统的逆变器从公共点断开是很有必要的，这就是所谓的孤岛检测。②孤岛检测标准IEEEStd.2000-929和UL1741提出分布式供电系统必须具有检测孤岛效应的功能，并给出了并网逆变器在电网断电后检测到孤岛现象并将逆变器与电网断开的时间要求[2]，如表1.1所示。1.2孤岛检测基本原理光伏并网系统孤岛检测原理如图1.2所示。正常情况下，光伏系统和电网同时向负载供电。当电网出现故障断开后，光伏系统独立向负载供电。如果光伏逆变器输出功率和负载功率近似匹配，如ΔP=0，ΔQ=0，这时很难检测到电网断开故障，从而形成孤岛。图1.2并网发电系统孤岛效应原理图ΔP是电网的有功功

5、率输出，ΔQ是电网的无功功率输出，Pinv是光伏的有功功率输出，Qinv是电网的无功功率输出，Pload是负载的有功功率，Qload是电网的无功功率。因此，功率平衡是指Pinv=Pload-ΔP;Qinv=Qload-ΔQ(1.1)如果Pinv=Pload，那么在光伏系统输出的功率和电网输出的功率之间将不存在有功功率失配的问题。同样的，如果Qinv=Qload，那么在光伏系统输出的功率和电网输出的功率之间将不存在无功功率失配的问题。在发电系统和电网断开的时刻，系统的响应时间将取决于孤岛形成之前ΔP和ΔQ的瞬时值。如果RLC负载的谐振频率与电网频率一致，那么线性负载将不

6、吸收或者消耗无功功率，而有功功率将与电压成比例。在负载与电网断开之后，负载消耗的有功功率将与光伏系统产生的功率一致，电网电压将变为：V'=KV(1.2)式中（1.3）当Pinv>Pload时，电压幅值将会增大，如果Pinv

7、值。表1.2EN50160中电网电压和频率的最大变化量孤岛检测最难以实现的情况是系统有功和无功功率平衡，这时电网电压不存在频率和幅值的变化，即ΔP=0和ΔQ=0。很明显，如果ΔP太小，电压幅值将不会有太大的变化，同样，如果ΔQ太小，频率值也不会有太大的变化，这样将无法有效地使光伏系统与电网分离，阻止孤岛情况发生。通过计算光伏发电系统与电网之间的有功和无功功率的失配量可获得检测区，同时可以设置电压频率和幅值变化的阈值。ΔP和ΔQ有很大机会落入检测盲区，因为该区域没有电压和频率异常。因此，仅仅通过监测电压和频率来实现反孤岛效应保护是比较困难的，要想实现有