光伏电站防孤岛能力检测的研究论文_徐丁吉

(国网江苏省电力公司镇江供电公司 江苏镇江 212001)

摘要：本文选取某光伏电站开展现场防孤岛能力检测试验。试验结果证明该检测平台能快速、准确地检测到并网逆变器是否具有防孤岛能力。

关键词：光伏电站；防孤岛能力；孤岛检测

1防孤岛能力检测平台开发思路和整体框架设计

针对目前光伏电源接入系统的技术现状，移动式光伏并网逆变器防孤岛检测系统的研制需要考虑以下因素：

(1)光伏电站并网点电压等级与其容量有关。为了适应多电压等级测试的要求，降低测试成本，提高装置利用率，防孤岛检测系统必须同时满足400V/10kV/35kV光伏电站防孤岛检测的需求。

(2)防孤岛检测系统必须具有可移动性，能够方便运输和组装，以便于对不同地理位置的光伏电站开展防孤岛检测试验。

(3)防孤岛检测系统所含模拟负载的容量能适应光伏逆变器向兆瓦级容量发展的趋势。

2防孤岛检测系统的研制

2.1变压器/集控室集装箱研制

变压器箱体为一台额定容量为1600kVA，高中低电压等级为35kV/10kV/400V的三绕组变压器。根据GB6450及国际电工IEC726标准中对变压器的空载损耗、噪声、局部放电量、机械强度、电气强度、耐热强度等技术指标的规定，选择符合各项指标的变压器型号。为了能够分别采集高低压侧电压电流信号，在变压器箱体支撑梁上分别安装了PT和CT。高低压侧另外配备带MC计量标注的电量参数分析表，用于测试高低压侧两端电压、电流、有功、无功、功率因素、三相电压不平衡等参数。

为了满足测试人员的操作需求，集控室里必须具备：(1)紧急停机按钮，用以面对突发事件；(2)逆变器高低压侧电压电流信号、断路器分断信号的采集接口；(3)直接控制RLC负载自动精确加载的控制软件。

2.2RLC负载集装箱的设计

根据《防孤岛效应试验装置技术规范》(NB/T42053-2015)对防孤岛检测装置的规定，RLC负载必须具有以下功能：(a)具有高精度，在RLC加载过程中不会发生漂移；(b)具有分相独立控制功能，保证在三相负载不平衡的情况下，孤岛谐振试验时每一相的负载都能精确调整到位；(c)具有寄生量补偿功能，保证负载谐振频率能够稳定到基频，而不至于触发过/欠频保护。据此，从以下几个方面对RLC负载的设计作具体介绍：

(1)RLC元器件选型

电阻模块选用新型合金电阻功耗组件，具有功率密度高、无红热现象的特点，在防孤岛检测过程不会由于长时间加载引起阻抗值的热漂移，配合温度监控装置及智能风冷装置，可以保证温度保持在75℃以下。

(2)三相RLC负载分相独立控制

在实际工程中，可能出现三相负载不平衡的情况，为了保证在孤岛谐振试验时每一相的负载都能精确调整到位，因此，用于防孤岛试验的RLC三相负载必须分相独立控制。分相独立控制的技术路线是：负载低压侧回路按AN、BN、CN三个单相回路独立控制设计，各相通过一个接触器控制RLC负载的加载过程。

(3)寄生量补偿算法

电阻、电感、电容等元器件由于其工艺的原因，不可避免地存在寄生量。寄生量会影响RLC的谐振频率，因此在加载过程中必须考虑补偿电阻、电感、电容的寄生量。通常情况下，电阻元件存在寄生电感和寄生电容，但在低频情况下，寄生电容可以忽略，所以低频时只考虑电阻的寄生电感；电感元件存在寄生电阻和寄生电容，但其本身的部分电感与寄生电容抵消，对外表现为阻感特性，所以认为电感只存在寄生电阻；同理，电容只存在寄生电阻。基于上述原理，寄生量补偿功能按照如下算法实现：

2.3控制系统的设计

(1)通信连接

负载内部采用标准CAN总线接口通信方式，最高传输速率可达1Mbps。负载与工控机、参数采集模块通过RS-485通信方式实现，上位机软件通过RJ45实现控制。

(2)控制软件

设备远程计算机采用以太网通信，系统响应时间100ms。系统配套的数据管理软件安装于控制电脑，装置通信接口与控制电脑通信接口兼容，在增加控制距离的同时，满足实时显示和智能控制的要求，配合功率分析仪和示波器完成光伏电站性能测试。软件可实现系统全部功能，包括加载、数据采集、储存、管理。

3测试方案

光伏电站逆变器防孤岛能力试验具体步骤如下：

(1)防孤岛能力测试应选择辐照度达到标准辐照度70％及以上的良好时段进行。

(4)断开K2，即断开变压器/集控室集装箱断路器，通过数字示波器查看分断信号，记录被测光伏电站运行情况。读取数字示波器电流信号和功率测试装置数据进行分析。

测试过程中记录逆变器输出电流和逆变器并网电流，断开并网开关时间和逆变器停止输出电流的时间差为测逆变器孤岛保护时间，查看逆变器是否在2s或电网企业规定的时间内停止运行。

4现场测试及分析

光伏电站移动式防孤岛能力检测平台所有测量设备经第三方计量认证。试验分两次进行，均在高压侧35kV侧测试。为了验证防孤岛检测平台能够精确设置本地负载，孤岛发生后孤岛保护在规定时间内动作，而不是因为负载精度不够导致孤岛发生后并网点谐振频率超出过欠频保护的整定范围，引起过欠频保护动作，测试试验1中增加逆变器未投主动孤岛保护情况下的试验结果作对照。

测试试验1：单台逆变器单独运行，逆变器正常并网运行时，其三相输出数据如表1所示，加入模拟本地RLC负载装置，负载处于谐振点时逆变器三相输出数据如表2所示。由表1、表2中测量得到的K2点输出电流值可知，加载RLC负载后，流过K2点电流值略大于测试方案的要求，由于大电网参数的影响，K2点输出的无功功率无法进一步减小，此处可以认为已经满足测试方案中(3)的要求。其中，RLC负载加载实时数据如表3所示。

测试试验2：2台逆变器并列运行，逆变器正常并网运行时，其三相输出数据如表4所示，加入模拟本地RLC负载装置，负载处于谐振点时逆变器三相输出数据如表5所示。由表4、表5中测量得到的K2点输出电流值可知，加载RLC负载后，流过K2点的电流值满足测试方案的要求。

5结论

通过现场试验，发现光伏电站的防孤岛能力受稀释效应的影响较大，随着光伏电站容量增大，并网运行逆变器台数增多，可能出现孤岛检测失败的风险，因此有必要开发出更大容量的防孤岛检测装置，确保受稀释效应影响的逆变器集群系统仍具有足够的防孤岛能力。

论文作者:徐丁吉

论文发表刊物:《江苏科技报》2017年2期

论文发表时间:2017/9/22

标签：孤岛论文;  负载论文;  逆变器论文;  电站论文;  测试论文;  光伏论文;  谐振论文;  《江苏科技报》2017年2期论文;