零盲區的配網分布式電源反孤島智能裝置研究與應用

付小平 陳明旭 陳敏志 袁楚楚 胡奕挺 黃鎮

摘 要：孤島可能會對系統、分布式發電機、用電設備以及維修人員造成一定的危害，因而孤島檢測與保護就十分重要。特殊情況下，傳統的主動式和被動式反孤島保護裝置不能做到100%反孤島，會向10kV線路反送電，嚴重威脅搶修或檢修人員的安全，本文引入逆功率保護（功率方向保護）理念，設計出零盲區的低壓分布式電源反孤島保護裝置。

關鍵詞：分布式電源；零盲區；反孤島保護

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.132

1 背景

近年來分布式發電蓬勃發展，其在電力系統的滲透率不斷增加。在分布式發電諸多研究問題中，孤島問題是人們關注的焦點之一。孤島可能會對系統、分布式發電機、用電設備以及維修人員造成一定的危害，因而孤島檢測與保護就十分重要，它是研究孤島問題的核心。 通過對幾種常用的孤島檢測方法進行比較、分析可以發現，各種檢測方法都有不完善的方面，存在著死區和誤動的可能。針對特殊情況下出現的逆變器輸出功率和負載功率平衡運行而無法檢測出孤島的死區現象，提出一種基于逆功率保護的新型低壓反孤島保護策略，采用低壓反孤島裝置，裝置的判別機制自動判別是否加入自適應可變負載，從而破壞分布式發電系統孤島平衡運行的條件，最終實現反孤島功能。

2 現狀分析

經查新，成熟的反孤島保護裝置具有過電壓、低電壓、頻率過高、頻率過低、逆功率、外部聯跳、頻率突變等保護等國網標準的保護功能，但是當分布式電源的發電功率大于等于當前臺區用電功率時，即分布式電源就可以獨立給臺區供電，反孤島保護裝置兩側的電壓、電流、頻率、初相角就一致。

10kV線路是否已停電，從而無法斷開并網點開關，形成“孤島”，同時向10kV線路反送電，嚴重威脅搶修或檢修人員的安全。

10kV出線開關跳閘，分布式電源的發電容量可以帶起整條線，電壓和頻率的參數都正常，此時常規保護判斷不出是否形成孤島，所以不會命令并網開關跳開。

3 設計方案

本反孤島保護裝置分為2個模塊：常規保護模塊和逆功率保護模，其中常規保護模塊需要需要采集三相電壓和二相電流信號，實現的功能如下：

（1）低頻保護頻率在35Hz-65Hz之間時且曾經在低頻值以上時低頻保護才能啟動，低頻保護動作200ms 后立即返回。（2）過頻保護當頻率高于定值時保護啟動。（3）低壓保護當電壓低于定值時動作。（4）過壓保護當電壓高于定值時動作。（5）聯跳支持變電站側聯跳，即當收到變電站側聯跳命令時延時開出跳閘出口，切本站的并網開關。

（6）頻率突變當頻率波動值超過所設定值時，保護動作。

逆功率保護模塊的功能如下：

（1）在電網電壓變化為額定電壓的±10%范圍內，頻率變化為額定頻率的±5%范圍內裝置能正常工作。（2）逆功率繼電器電源：400V 50Hz/60Hz AC兩相 ，功耗2VA 額定輸入電流5A AC兩相功耗1A。（3）當并聯運行機組的逆功率值達額定的3-15%（連續可調）延時3-10秒（連續可調），逆功率繼電器動作。（4）逆功率繼電器負載能力：10A，240V AC200MA，250V DC （電阻負載）。

4 應用效果

（1）當光伏本側或者電網側任何一側失電的時候，防孤島保護裝置都會迅速向并網開關發出命令，讓其跳閘，從而很好的保證了光伏兩側維修人員的生命安全。（2）當光伏本側或者電網側任何一側出現頻率、電壓或者過載運行時給兩側主設備造成沖擊時，防孤島保護裝置也會迅速向并網開關發出命令，讓其跳閘，從而很好的保證了兩側主設備不受傷害，避免事故進一步擴大。（3）裝置帶有失壓跳閘、檢有壓自動合閘功能，當故障解除后，光伏兩側都處于正常狀態。這時防孤島保護裝置就會檢測到相關信號，自動合上并網開關，讓其正常工作，省去了人工并網的繁瑣。

5 結束語

本文研究的零盲區的低壓分布式電源反孤島保護裝置研究與應用，解決了大量分布式電源發生孤島運行后的快速離網問題，為促成分布式電源的大面積并網打下堅實基礎。

參考文獻：

[1]楊晨悅.分布式發電孤島檢測與保護方法研究[D].安徽工程大學，2016.

[2]楊晨悅，葛愿，吳順風，陳曉宇.用于分布式發電的低壓反孤島保護策略[J].電力電子技術，2015，49（12）：35-38.