光伏并網發電系統的反孤島效應方案

云彩霞,宋曉華,蔡小慶

（燕京理工學院,河北廊坊,065201）

光伏并網發電系統的反孤島效應方案

云彩霞,宋曉華,蔡小慶

（燕京理工學院,河北廊坊,065201）

孤島效應是光伏并網系統應用過程中必須防止發生的故障現象。本文分析提了使用主動擾動方式進行防止孤島效應的方案，并給出了仿真模型和結果。

光伏并網；逆變器；孤島效應

由于光伏并網發電系統直接將太陽能逆變后饋送給電網，所以需要有各種完善的保護措施。對于通常系統工作時可能出現的功率器件過流、功率器件驅動信號欠壓等故障狀態，比較容易通過硬件電路檢測，配合軟件加以判斷、識別并進行處理。但對于光伏并網發電系統來說，還需要考慮在一種特殊的故障狀態下的應對方案，即孤島效應的防止與對策。

0 引言

所謂孤島效應，是根據美國Sandia國家實驗室提供的報告指出：當電力公司的供電，因故障事故或停電維修而逃脫時，各個用戶端的太陽能并網發電系統未能及時檢測出停電狀態而將自身切離市電網絡，而形成由太陽能并網發電系統和周圍的負載形成的一個電力公司無法掌握的自給供電孤島。孤島效應可能對整個配電系統設備及用戶端的設備造成不利影響

當越來越多的光伏并網發電系統并聯于交流電網時，發生孤島效應的幾率也就越高，所以，必須尋求適當的解決方法來應對日趨嚴重的孤島效應的問題。

1 孤島效應的分析

防止孤島效應的基本點和關鍵點是電網斷電的檢測。

當太陽能供電系統的供電量與網絡負載需求量平衡或差異很小時，則當配電開關跳脫后，并網系統附近市網電路上的電壓及頻率的變動量將不足以被保護電路所檢測到，還是會有孤島效應的產生。雖然出現這種情況的概率并不是很大，但在光伏并網系統大規模應用的情況下，孤島效應必須萬無一失的得到防止。根據專用標準IEEE Std.2000-929和UL1741，所有的并網逆變器必須具有反孤島效應的功能，同時這兩個標準給出了并網逆變器在電網斷電后檢測到孤島現象并將逆變器與電網斷開的時間限制。

2 孤島效應檢測的方案和仿真分析

結合常見的電流型光伏并網系統提出一種簡單易行的主動型檢測方法來防止孤島效應現象的發生。主要原理是每個一定的時間間隔，主動將輸出電流的指令幅值下降0.5，這種方案可以可靠地通過電網電壓的變化來分析是否電網停電。這種方法是以擾動并網輸出電流的方式來檢測市電斷電發生的，電流變動檢測的原理是通過微處理器的控制，對逆變器的輸出電流施以周期性的變動，以達到主動破壞供需平衡的目的。

采用此方法的優點是，不但避免了采用頻率偏移方法所造成的系統不穩定的現象，也避免了采用負載變動方式可能導致的成本增加和系統誤操作。具有很高的實用價值。使用Matlab的Power System Blaockset可以建立系統檢測市電斷電的控制模塊電路。運行時周期性的改變并網指令電流的幅值。此時系統常規保護的軟硬件照常工作，以檢測比較明顯的孤島效應的發生。

依據市電檢測的控制流程，可以根據實際需求來設定其檢測頻率，也可以設定檢測時的輸出電流振幅。具體的實施方法是：在電網頻率為50Hz的情況下，每隔0.5秒鐘，將并網指令電流的幅值設定為正常值的0.5倍，并持續兩個周期，以防止誤判。圖1所示第一個監測點為并網系統輸出220V,3.2KW時，電網電壓和并網輸出電流在2次/秒檢測下的正常供電波形。第二個檢測點為電網斷電時，檢測頻率為2次/秒下的檢測情況?？梢?，由于系統中有15.5歐姆的阻性負載R，消耗的功率接近1.6KW，所以當電網斷電后，由于輸出電流不變，所以并網系統檢測到的電網電壓變化很小。并網系統繼續工作，產生的交流電能由電阻R消耗。在第二個檢測點處，由于人為將并網指令電流降低了1/2，所以造成了交流電壓的也明顯下降，欠壓保護電路很容易就判斷出電網斷電并立即關閉逆變器的輸出，很好地實現反孤島效應。實驗結果表明，此方法孤島監測成功。

Anti Islanding Scheme of Photovoltaic Grid Power Generation System

Yun Caixia,Song Xiaohua,Cai Xiaqing
(Yanching Institude of Technology,Hebei Langfang,065201)

Islanding effect must be prevented in the application of the grid—connected PV system．An acmve disturbing method developed by author for anti·islanding is also given with some simulation resultants．

Grid.connected PV system;Inverter;Anti-islanding

河北省高等學?？茖W技術研究項目:太陽能光伏發電并網功率控制器及其控制技術的研究

項目編號: Z2014166