光伏并網(wǎng)逆功率保護(hù)裝置的應(yīng)用介紹

安科瑞劉鴻鵬

摘要

隨著光伏發(fā)電的快速發(fā)展，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。然而，在電網(wǎng)停電的情況下，光伏系統(tǒng)可能會(huì)繼續(xù)向局部負(fù)載供電，形成“孤島效應(yīng)”，這不僅影響電網(wǎng)安全，還可能危及設(shè)備和人員。防孤島保護(hù)裝置作為光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的重要安全保護(hù)設(shè)備，可以有效檢測(cè)孤島現(xiàn)象，并迅速切斷光伏系統(tǒng)的輸出，確保電網(wǎng)和設(shè)備的安全。本文以防孤島保護(hù)裝置為主題，介紹其工作原理、技術(shù)特點(diǎn)及其在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1. 引言

在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器通過(guò)電網(wǎng)向負(fù)載提供電能。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障或停電時(shí)，光伏系統(tǒng)可能會(huì)繼續(xù)向局部負(fù)載供電，形成孤島效應(yīng)。

2. 孤島效應(yīng)是什么？

孤島效應(yīng)是指光伏發(fā)電系統(tǒng)或其他分布式能源系統(tǒng)在與電網(wǎng)斷開(kāi)后，仍然繼續(xù)向本地負(fù)載供電的現(xiàn)象。這種情況下，局部電網(wǎng)形成一個(gè)“孤立運(yùn)行”的電力區(qū)域，與主電網(wǎng)分離，但系統(tǒng)內(nèi)部仍然保持供電狀態(tài)。

2.1 孤島效應(yīng)的成因

孤島效應(yīng)通常發(fā)生在電網(wǎng)故障或人為斷開(kāi)電網(wǎng)的情況下，主要原因包括：

電網(wǎng)停電：例如，電力公司進(jìn)行檢修或線路故障導(dǎo)致主電網(wǎng)斷電，但光伏系統(tǒng)仍然在運(yùn)行。

配電線路斷開(kāi)：在局部負(fù)載仍然匹配光伏發(fā)電輸出的情況下，即使電網(wǎng)斷開(kāi)，系統(tǒng)仍可能繼續(xù)供電。

逆變器未檢測(cè)到電網(wǎng)斷開(kāi)：部分老舊或低端逆變器的電網(wǎng)檢測(cè)功能不夠靈敏，可能在電網(wǎng)斷開(kāi)后仍保持運(yùn)行。 

2.2 孤島效應(yīng)的危害

孤島效應(yīng)對(duì)電網(wǎng)安全、設(shè)備運(yùn)行和人身安全都可能造成嚴(yán)重影響，主要包括：

危害電網(wǎng)穩(wěn)定

當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)供電時(shí)，孤島中的電壓、頻率和主電網(wǎng)可能不同步，導(dǎo)致電壓沖擊，影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。

孤島可能引起諧波干擾，影響其他用戶(hù)的電能質(zhì)量。

對(duì)維修人員的安全威脅

在電網(wǎng)停電時(shí)，運(yùn)維人員可能誤以為線路無(wú)電，進(jìn)行檢修，但孤島仍在供電，可能導(dǎo)致觸電事故。

損壞電氣設(shè)備

孤島供電的電壓、頻率可能不穩(wěn)定，容易導(dǎo)致敏感設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、醫(yī)療設(shè)備）損壞。

影響逆變器的正常工作

逆變器設(shè)計(jì)通常依賴(lài)電網(wǎng)提供基準(zhǔn)頻率和電壓，孤島模式下，逆變器可能工作異常，甚至燒毀。

2.3 如何防止孤島效應(yīng)？

為了防止孤島效應(yīng)，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)通常采用防孤島保護(hù)技術(shù)，包括：

被動(dòng)檢測(cè)（監(jiān)測(cè)電壓、頻率、相角變化）

主動(dòng)檢測(cè)（通過(guò)擾動(dòng)信號(hào)確認(rèn)電網(wǎng)狀態(tài)）

通信檢測(cè)（通過(guò)遠(yuǎn)程信號(hào)檢測(cè)電網(wǎng)狀態(tài)）

防孤島保護(hù)裝置（能在孤島形成時(shí)快速切斷光伏輸出）

孤島效應(yīng)是光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的一大安全隱患，可能導(dǎo)致電網(wǎng)不穩(wěn)定、設(shè)備損壞，甚至危及人員安全。通過(guò)安裝防孤島保護(hù)裝置，可以有效防止孤島現(xiàn)象，保障光伏系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

172.，有任何問(wèn)題，6972，。，

都可以隨時(shí)問(wèn)的5322

3. 防孤島保護(hù)器

AM5SE 系列微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置（以下簡(jiǎn)稱(chēng)裝置）集保護(hù)、控制、測(cè)量、通訊和監(jiān)視功 能于一體，資源豐富、配置完善、維護(hù)方便、性能穩(wěn)定，AM5SE-IS防孤島保護(hù)裝置主要適用于35kV、 10kV及低壓 380V光伏發(fā)電、 燃?xì)獍l(fā)電等新能源并網(wǎng)供電系統(tǒng)。

當(dāng)發(fā)生孤島現(xiàn)象時(shí) ， 可以快速切除并網(wǎng)點(diǎn) ， 使本站與電網(wǎng) 側(cè)快速脫離 ，確保整個(gè)電站和相關(guān)維護(hù)人員的生命安全。

3.2 工作原理

防孤島保護(hù)裝置主要通過(guò)被動(dòng)檢測(cè)、主動(dòng)檢測(cè)和通信檢測(cè)三種方式來(lái)識(shí)別孤島現(xiàn)象，并采取相應(yīng)措施。

被動(dòng)檢測(cè)

被動(dòng)檢測(cè)方法主要通過(guò)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)參數(shù)（如電壓、頻率、相位等）的異常來(lái)判斷是否發(fā)生孤島現(xiàn)象，常見(jiàn)方法包括：

電壓變化（UVP/OVP）：當(dāng)電網(wǎng)電壓超出設(shè)定范圍，裝置認(rèn)為孤島可能發(fā)生，并發(fā)出斷開(kāi)指令。

頻率變化（UFP/OFP）：若系統(tǒng)頻率偏離正常范圍，也可能是孤島效應(yīng)導(dǎo)致的。

相角偏移檢測(cè)：如果相角變化異常，則說(shuō)明電網(wǎng)可能已經(jīng)斷開(kāi)。

主動(dòng)檢測(cè)

主動(dòng)檢測(cè)方法通過(guò)向系統(tǒng)施加擾動(dòng)信號(hào)來(lái)判斷電網(wǎng)是否正常連接，如：

輸出功率擾動(dòng)法：裝置周期性調(diào)整逆變器輸出功率，觀察電網(wǎng)響應(yīng)，判斷是否存在孤島。

頻率擾動(dòng)法：在電網(wǎng)斷開(kāi)后，系統(tǒng)頻率會(huì)發(fā)生顯著變化，裝置可通過(guò)檢測(cè)頻率變化趨勢(shì)判斷孤島狀態(tài)。 

3.3 通信檢測(cè)

防孤島保護(hù)裝置可以通過(guò)RS485、ModbusTCP等通訊協(xié)議與光伏逆變器或電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)通信，當(dāng)接收到停電信號(hào)后，立刻切斷光伏系統(tǒng)輸出，避免孤島效應(yīng)。

3.4 設(shè)備面板

3.5 技術(shù)特點(diǎn)

AM5SEIS防孤島保護(hù)裝置具備以下特點(diǎn)：

高精度檢測(cè)：采用16位同步采樣，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)狀態(tài)，準(zhǔn)確判斷孤島現(xiàn)象。

快速響應(yīng)：孤島檢測(cè)時(shí)間小于2秒，確保及時(shí)斷開(kāi)光伏系統(tǒng)，保障安全。

多重保護(hù)功能：具備過(guò)壓、欠壓、過(guò)頻、欠頻、相角漂移檢測(cè)等功能，提高系統(tǒng)可靠性。

通信能力強(qiáng)：

支持RS485、ModbusRTU、IEC608705103協(xié)議，可接入遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)；

具備GPS對(duì)時(shí)功能，支持IRIGB對(duì)時(shí)方式，提高數(shù)據(jù)同步性。

智能事件記錄：

可記錄20條故障事件，包括孤島檢測(cè)、過(guò)載、過(guò)壓等故障，便于運(yùn)維分析。

人性化設(shè)計(jì)：

LCD液晶屏顯示實(shí)時(shí)電壓、電流、頻率等數(shù)據(jù)；

聲光報(bào)警，提醒運(yùn)維人員及時(shí)處理。

3.6 設(shè)備規(guī)格

3.7 組網(wǎng)規(guī)格

4. 防孤島保護(hù)裝置在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

防孤島保護(hù)裝置廣泛應(yīng)用于大型光伏電站、工商業(yè)分布式光伏、微電網(wǎng)系統(tǒng)等場(chǎng)景，確保并網(wǎng)安全。

 4.1 大型光伏電站

大型光伏電站并網(wǎng)容量大，一旦發(fā)生孤島效應(yīng)，可能影響整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。

AM5SEIS裝置可以與光伏逆變器、站控層系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化孤島檢測(cè)與切斷，提高電網(wǎng)安全性。

 4.2 工商業(yè)分布式光伏

分布式光伏系統(tǒng)規(guī)模較小，但廣泛分布在城市電網(wǎng)中，孤島效應(yīng)可能影響周邊負(fù)載安全。

AM5SEIS裝置可結(jié)合智能斷路器，在檢測(cè)到孤島時(shí)快速切斷光伏系統(tǒng)，防止電力回送。

 4.3 微電網(wǎng)系統(tǒng)

 微電網(wǎng)在島嶼、偏遠(yuǎn)山區(qū)等獨(dú)立供電場(chǎng)景廣泛應(yīng)用，要求具備孤島運(yùn)行能力，但必須避免誤孤島模式。

 AM5SEIS裝置支持雙向模式：

   在正常并網(wǎng)模式下，檢測(cè)孤島并切斷電源；

   在孤島模式下，可配合微電網(wǎng)控制器維持穩(wěn)定供電。

結(jié)論

防孤島保護(hù)裝置是光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵安全設(shè)備，能夠有效檢測(cè)和預(yù)防孤島效應(yīng)，保障電網(wǎng)和設(shè)備的安全。AM5SE-IS防孤島保護(hù)裝置憑借其高精度檢測(cè)、快速響應(yīng)、多重保護(hù)、智能通訊等特點(diǎn)，在大型光伏電站、工商業(yè)分布式光伏、微電網(wǎng)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。隨著光伏并網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，防孤島保護(hù)裝置也將朝著更智能、更快速、更安全的方向發(fā)展，為新能源電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供更堅(jiān)實(shí)的保障。