摘要：太阳能由于具备资源分布广、无污染、存储量大及可再生等一系列优点，引起了全世界的广泛关注、研究和应用。在太阳能光伏并网发电系统中，特有的故障状态就是孤岛效应。孤岛效应会对设备和相关人员带来危害。因此，反孤岛策略也成了研究的重点和热点。文章研究了孤岛效应及反孤岛策略，重点分析比较了常用的反孤岛策略，提出了一种基于电网阻抗检测的主动式反孤岛策略，并进行了检测盲区的分析，研究结果表明这种策略可以有效解决孤岛问题。
关键词：光伏发电；孤岛效应；反孤岛策略发电并网
中图分类号：TP615 文献标识码：A
1 引言
近年来，光伏发电凭借其经济性和有效性一直保持着持续增长的态势，但其接入配电网也给电网带来了一系列的难题，其中“孤岛”是目前研究最广泛的课题之一。一旦孤岛发生，可能会造成诸如人身安全、经济效益、电能质量等方面的问题。因此，光伏并网发电系统孤岛效应的研究对供电的可靠性和安全性具有重要的意义。
2 孤岛效应及其危害
孤岛效应是指在光伏发电系统中，电网因故障或停电而跳闸时，各分布式发电系统没有及时检测出跳闸状态，从而未能将自身和电网断开，形成由分布式发电系统和其附件的负载组成一个孤岛发电系统。孤岛效应的危害有：(1)孤岛效应使系统中电压及其频率有较大的波动，会对电网或发电装置及其它设备造成损坏。(2)当电网恢复合闸时，光伏发电系统重新接入电网。可能会产生接入电网前后电压不同步，从而产生电压电流的突变，进而损坏发电装置和其它器件。(3)孤岛效应会使接地故障无法清除，从而损坏电网设备。(4)孤岛效应会给维修人员带来潜在的危险，因为维修人员可能会误以为电网断电。因此，光伏发电系统必须具有孤岛保护能力，以保护用电设备和人身安全。
3 反孤岛技术研究
3.1 光伏并网逆变器控制
光伏并网逆变器主要实现将光伏阵列发出的直流电转化成幅值、频率、相位均与电网相同的交流电，从而能够直接与电网相连。非隔离型并网逆变器拥有体积更小、质量更轻、成本更低且效率更高等诸多优点，因此，若无需进行强制电气隔离，非隔离型逆变器具有更好的实用性。单级光伏并网逆变器要求光伏阵列具有足够的输出电压以保证并网的要求，这一点在实际中很难实现并且会降低光伏系统的能量转换效率。因此，采用的是两级非隔离型逆变器，前级的DC／DC模块实现直流母线电压以及GMPPT控制。光伏系统实现并网运行的关键即在于逆变器控制策略，一般是通过对逆变器输出电流的控制来实现对输出功率的控制。对输出电流的控制方法一般可分为两种：间接电流控制控制方式和直接电流控制方式。前者不用检测电流且简单易行，但也存在明显的缺点：①对系统参数的变化比较敏感；②动态响应慢；③输出电能质量难以得到保证。所以直接电流控制方式因为有效的克服了前者的不足而在实际中得到了更多的应用。
3.2 电力线载波通信方式
电力线载波通信方式采用电力线作为信号的传送工具，该反孤岛策略的原理是发送器连续不断地向所有光伏并网发电系统发送信号，每个光伏并网发电系统都装配有信号监测器，如果监测器没有接收到由变电站与发电装置间断路器的跳开形成的跳闸信号，这种情况就判定发生了孤岛，此时光伏并网发电系统立即停止运行。信号发生器有几个辅助输入，任何一个停止发送信号，都可以控制系统中所有的发电装置跳闸，这对并网发电系统的孤岛检测十分重要。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆电力线载波通信方式的优势在于当电网中光伏并网发电系统连接的数量很多时，该方法特别有效，只需要一个信号发生器，连续的信号发送也提高了可靠性，由于与电网拓扑无关，所以执行起来简单，信号的传递也不会对电网的电能质量和系统的暂态性能产生影响。电力线载波通信方式的不足之处在于信号发生器是一个中压装置，需要用到降压变压器，这就增加了成本，另外传递的载波信号可能对其他电力通信系统造成干扰。
3.3 过/欠电压、过/欠频率反孤岛策略
过/欠电压、过/欠频率反孤岛策略的检测原理是对光伏并网发电系统与电网的公共连接点的电压Upcc的幅值或频率与设定的阈值相比较，产生控制信号来控制逆变器工作。当光伏逆变器输出功率同本地负载功率的消纳不平衡时，孤岛的发生会引起公共点电压幅值和频率发生变化，一旦超越阈值范围，即判定为孤岛，逆变器将被切离。由于电网电压的幅值和频率也会在正常的范围内有所浮动，故在设定检测阈值范围时要考虑这因素，不能将其设置的太小，以免造成误孤岛现象。过/欠电压、过/欠频率反孤岛策略是一种最基本的反孤岛策略，并网逆变器中往往都会融入过/欠电压、过/欠频率保护。过/欠电压、过/欠频率反孤岛策略由于检测盲区大的原因，常与主动式反孤岛策略结合起来使用，本文将在后续的章节中对其原理进行公式推倒，并对其盲区进行分析，并将一种主动式方法与之结合起来使用，提出一种混合式算法。过/欠电压、过/欠频率反孤岛策略的优点是基本原理简单，只需要检测公共点的参数就能实现对孤岛的判断，不需要添加其他硬件，成本较低，同时也不会对电网电能质量造成影响。但其最大的缺点就该方法在功率匹配的情况下由于电网电压的幅值和频率变化不大，不足以超过阈值，从而造成会检测失败。
3.4 联锁跳闸方式
联锁跳闸方式的原理是监控电路中所有可能导致孤岛形成的断路器或自动开关的状态，在某个开关动作导致分布式发电系统中变电站分离，中央控制单元将确定孤岛地带，并立即发送信号中断孤岛区域内光伏并网发电系统的运行。联锁跳闸方式的优点在于对单个光伏并网发电系统通过有限数量的自动开关连接到拓扑结构固定的变电站，该方法能得到很大程度的简化，信号可以从每个监控点直接送给光伏并网发电系统，而不必采用中央控制单元。其缺点是若系统中有多个自动开关且系统拓扑结构发生变化时，该方法将变得非常复杂。此外联锁跳闸方式需要大量的通信来支撑，无线电通信是最常用的方式，无线电信号没有覆盖的地区将无法采用此方式。
4 结束语
近些年来，光伏发电产业的发展日新月异，光伏发电并网装机容量更是增长迅速，因此光伏并网发电技术也就成为了研宄热点之一。光伏并网发电系统有经济、环保、效率高等诸多优点，但是日益增多的光伏发电系统并网也会带来许多的问题，孤岛效应就是其中的重点问题。国内外相关标准都明确规定，光伏并网发电系统都必须配备至少一种有效的反孤岛策略。传统的反孤岛策略主要分为被动式反孤岛策略和主动式反孤岛策略，它们都有着各自的优缺点。因此，本文针各类反孤岛策略的优缺点，提出了一种混合型反孤岛策略。实现了快速且无盲区的孤岛检测的同时，具有对电网无谐波污染、不影响电能质量、对并网功率因数影响小的优点。
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论文作者:唐宝田
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/9/26
标签：孤岛论文; 光伏论文; 并网发电论文; 电网论文; 系统论文; 策略论文; 逆变器论文; 《城镇建设》2019年第16期论文;