防孤島保護在光伏電站中的應用

（江蘇林洋新能源科技有限公司,江蘇南京市，210029）徐艷華

當光伏電站出現孤島效應時，即當電網由于某種故障原因造成失壓時，應具備快速監測孤島并立即斷開與電網連接的能力，局部電網出現孤島會影響到供電質量和維修人員的生命安全，所以在光伏電站中必需要配備防孤島保護裝置。而光伏防孤島保護裝置就是為了解決“孤島效應”的。防孤島保護裝置能夠精確檢定并網點的電壓、頻率，然后當電壓、頻率出現波動且大于定值時跳閘出口動作，斷開并網開關。

1 防孤島保護在光伏發電站中存在的意義

“十四五”規劃奠定國內光伏市場需求的整體基調。據了解，在能源轉型的目標下，各省可再生能源占比目標都在相應提高，加上最近光伏成本下降潛力可期，各省的初步規劃對于光伏的發展有著非常積極的推動，尤其是光照資源優渥的西部以及東北地區，各省份年均新增規模高達1GW至5GW。回望剛過去的五年，是中國光伏電站建設快速發展的一段歷程，現在光伏行業正昂首闊步邁向新的征程。根據光伏電站電壓等級不同，配置防孤島保護的要求也不一樣。0.4kV～10kV電壓等級分布式光伏電站，只需逆變器具備快速監測孤島并立即斷開與電網連接的能力。而對于35kV及以上電壓等級的光伏電站，主電網繼電保護裝置必須保證主電網故障時切除光伏電站，此時應配備孤島保護裝置。防孤島保護：根據《光伏發電站接入電力系統技術規定》GB/T19964-2012第12.3.3條的規定：“光伏發電站應配置獨立的防孤島保護裝置，動作時間應不大于2s。”以及《光伏發電站接入電力系統設計規范》GB/T50866-2013第6.3.2條的規定：“光伏發電站需要配置獨立的防孤島保護裝置，保證電網故障及檢修時的安全”。總結規范所述，分布式電源檢測到孤島現場時，應迅速斷開與主電網連接的斷路器，斷開連接時間需在2s內。以防止光伏電站所發電量與用戶站負荷量匹配，形成自發自用的小系統，與主電網脫軌。

2 防孤島保護在光伏發電站的作用

防孤島：包含負荷和電源的部分電網，從主網脫離后繼續孤立運行的狀態。

非計劃性孤島現象發生時，由于系統供電狀態未知，將造成以下不利影響：①可能危及電網設施維護人員和用戶的人事安全；②干擾電網的正常合閘；③電網不能控制孤島中的電壓和頻率，從而損壞配電設備和用戶設備。當發生非計劃性孤島時，由光伏電站側防孤島保護裝置動作實現故障切除。同時由于發生孤島概率較小，建議光伏電站側運行方式能配合電網檢修計劃進行安排。

防孤島保護是對分布式光伏電站有著重要保護作用的。即當電網出現電壓高、電壓低、頻率高、頻率低故障時，光伏并網斷路器及時跳閘。當電網恢復供電并且電壓和頻率達到允許值時，并網斷路器要自動合閘。這樣的目的是在為了國家電網不受太大影響的情況下，盡可能保證光伏的發電效率。部分地區會根據當地供電部門的要求對防孤島保護裝置功能進一步完善，比如添加過電流保護、不平衡電壓保護等，這些都是無可厚非的。然而目前市場上有的用戶認為逆變器本身就具備防孤島功能，怎么還需要單獨加裝防孤島保護。其實防孤島保護裝置剛開始在高壓電壓等級上使用的，不過后來也慢慢使用于低壓中。對于目前的逆變器來講，當電網電壓被拉高的時候，逆變器還是會正常工作的。

3 防孤島保護在光伏電站中的案例分析

陜西省白水縣扶貧電站，容量為400KWP，變壓器為50KWP，在夏季中午發電量比較高的情況下，并網電壓可達到500V左右，此時如果并網開關不跳閘，逆變器還是會正常運行，但是這樣長期運行勢必會對電網有所沖擊。

江蘇南通一生產光伏組價的廠房自己安裝屋頂光伏來實現自發自用余電上網。然而自從安裝光伏發電后，廠房內的一些測試儀器電源模塊會有燒毀的情況發生，造成這個原因是電源端不穩定，后采取UPS供電，問題就解決了。

山東德州某一光伏電站突然與電網解列，后由運維人員發現是系統站內主變低壓側備自投聯合防孤島保護動作將對側站內帶有光伏電站的支路聯切，目的就是防止電源端電壓頻率不穩定對用戶站和光伏電站造成影響。當對側站供電電源完成切換后，在將光伏電站支路投運，本側光伏電站繼續為電網送電。

以上三個案例說明，分布式光伏發電輸出電壓一直不太穩定，當并網電壓或頻率出現異常現象，及時準確跳閘也是非常有必要的。

（1）防孤島保護裝置檢測到系統側或本側光伏電站母線電壓出現幅值、頻率異常時，保護裝置會迅速向并網斷路器發出跳閘命令，從而很好的保證了電網電壓異常時不會對兩側主要設備造成沖擊，避免事故進一步擴大。

（2）當光伏電站本側出現停電故障時，需要運維人員查找問題點的時候，而與對側站相連的線路上還帶電，這時會出現對側站會向光伏電站反送電的情況，給本側站內的運維人員帶來安全隱患。另當對側站失電的時候，需要對側站內運維人員去查找事故點，若此時光伏電站還在正常送電，容易形成非計劃性孤島效應，給對側站內的運維人員造成安全威脅。配置的防孤島保護裝置在此時發揮作用，當電網側或者光伏本側任一側失電的時候，防孤島保護裝置都會迅速向并網斷路器發出跳閘信號，讓斷路器分閘，從而很好的保證了光伏兩側檢修人員的生命安全。

（3）防孤島保護帶有檢測線路側PT失壓自動跳閘、檢測線路PT有壓自動可以合閘的功能，當線路故障解除后，光伏和系統側都處于正常狀態。這時防孤島保護裝置會自動檢測線路PT和母線PT電壓是否一致，并發出合閘命令，將并網斷路器合上，讓線路正常工作，節省人工開操作票等一系列繁雜的手續。

4 防孤島保護在光伏電站中的實際應用

防孤島保護裝置保護功能如圖1所示：①電壓頻率過低解列；②電壓頻率過高解列；③零序電壓過高解列；④零序電壓過低解列；⑤母線電壓過高解列；告警功能如下：①常規電壓回路PT斷線報警；②快速電壓回路PT斷線報警；③母線電壓頻率異常報警。

圖1 防孤島保護裝置圖

主要適用于10kV電壓等級的分布式發電項目，其功能設定依據國家發布的分布式電源并網相關標準規范，集成分布式電源并網所需的開關設備、保護裝置、測控、通信等功能，滿足分布式電源接入的孤島檢測、自動安全并網、保護及安全隔離等要求。

5 結束語

綜上所述，防孤島保護對光伏電站接入電網是否穩定起著很大的作用。電力配電網設計人員想要設計出完整的、可行的方案，在設計光伏電站接入方案時，必須要考慮到防孤島保護的配置型式。為了保證電網系統正常運行，需要謹慎設置防孤島保護的功能參數，以便于提升光伏電站的供電可靠性，繼續為當地居民提供源源不斷的、高質量的電能。