并网系统的孤岛效应
分布式并网发电系统孤岛效应分析及检测方法的研究

(L C P C )meh d sp ri r o t l n aaaq it n( C A)meh da ds n T eiv r rs edtcinme o sn ld dlcl to , u e s ycnr dd t cus i S AD v o oa io to n oo . h et —i eet t d cu e a n e d o h i o
电 电压 与频 率不 稳定 ; 电网恢 复时分 布式 供 电系统
统 (G D )应运 而 生 。分布 式 发 电系统 是指 在 用户 现
场 或 靠近 用 电现 场配 置容 量 在数千 瓦 至数十 兆 瓦之
间 的发 电机 组 ( 一般低 于 3 W , 以满 足特 定用 户 0 ) M
的需要 ,支 持现 有配 电网的经 济运 行 ,或 同时满足
p s i e a d l c l c i e meho s Thi p p re p ta e n il n i g d t c i n m eh ds prn i e p nt g o tt e p e e t r b e n e a sv n o a tv t d . a s a e x a it d o sa d n e e to t o ’ i c pl, oi i u h r s n o l msa d r — n p
Abs r c :An l s s wa d o t e i lnd n n o — e e t n z n iti utd g i — o n c e e e a i n h e e t n me h d ta t a y i s ma e t h sa i g a d n n d t c i o e ofd sr b e rd c n e t d g n r t ,t e d t c i t o s o o o we edi i e n o g i — i e d t c i n a d i v re — i e d t c i n Th rd sd ee to t o s i l d d p we i a re o r v d d i t rd sd e e t n e t r sd ee t . e g i — i e d t c i n me h d o n o nc u e o rl c r i r mm u c t n ne c nia i o
光伏并网孤岛效应的检测与分析

光伏并网孤岛效应的检测与分析摘要:目前,分布式发电系统发展的规模口益扩大,更多的分布式光伏并网发电系统接入到公共电网的同时,出现孤岛效应的几率也随之增加。
孤岛效应的产生不仅给分布式发电设备带来危害,而且影响了电能的质量,所以要求能够准确且快速的检出孤岛效应现象。
关键词:孤岛效应;主动频率;负载功率1.引言孤岛效应的检测一般是通过监控并网系统输出端电压的幅值和频率来实现的。
当电网断开时,由于并网系统的输出功率和负载功率之间的差异会引起并网系统输出电压的幅值或频率发生较大的改变,这样通过监控系统输出的电压就可以很方便地检测出孤岛效应。
然而,当负载消耗的功率与光伏系统相匹配的时候,通过这种被动的检测方法就会变得困难。
该项目提出来周期性双向扰动主动频率偏移法无论是感性负荷还是容性负荷或者负载消耗的功率与光伏系统相匹匹配时的孤岛效应检测技术难题。
有效的控制了光伏系统发生孤岛效应时,给相关的设备和维护人员带来的危险。
2.孤岛效应检测方法的分析与选择孤岛是一种电气现象,发生在一部分的电网和主电网断开,而这部分电网完全由光伏系统来供电。
因为孤岛会损害公众和电力公司维修人员的安全和供电的质量,在自动或手动重新闭合供电开关向孤岛电网重新供电时有可能损坏设备。
逆变器通常会带有被动式防止孤岛效应装置。
对于平衡负载很好条件下通电和重新通电两种情况下的孤岛防止还不够充分,所以必须结合主动技术,主动技术是基于样本频率的移位、流过电流的阻抗监测、相位跳跃和谐波的监控、正反馈方法、或对不稳定电流和相位的控制器基础上的。
该研究项目解决了无论是感性负荷还是容性负荷或者负载消耗的功率与光伏系统相匹匹配时的孤岛效应检测技术难题。
安全可靠的保证电力光伏发电设备和财产损失,提高电力系统的服务信誉,可有效维护社会稳定和电网安全。
3.周期性双向扰动主动频率偏移法基本原理正反馈的主动频率偏移法是对对公共耦合点的频率运用了正反馈,提高了孤岛检测的速度。
光伏小电源并网孤岛效应对电网的影响
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光伏小电源并网孤岛效应对电网的影响摘要:在简述了光伏并网系统中孤岛效应的定义与危害及其发生机理条件的基础上,本文介绍针对光伏并网造成系统防孤岛保护装置误检测进而导致保护拒动问题,以吐鲁番电网光伏小电源接入单侧电源的110 kV终端变电站—伊兰布拉克变电站为例,通过分析防孤岛保护与自动保护装置动作配合逻辑,在现有系统基础上对保护动作配合进行优化等解决方案,确保变电站安全自动装置可靠动作,防止孤岛运行现象发生,提升系统供电可靠性。
关键词:孤岛效应;危害;防孤岛保护;安全自动装置前言在追求低碳社会的今天,太阳能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界各国的重视。
近年来,由于国家对分布式清洁能源的大力支持,大量分布式小电源(特别是风力发电厂和光伏电厂)并入电网。
分布式新能源电厂具有出力小、谐波大等特点,大部分分布式小电源点并入就近变电站向系统输送电能量,形成含分布式新能源在内的以火力、水力发电为主的多种能源发电的多侧电源点供电模式,如果光伏发电系统非计划性与电网系统断开,逆变器仍通过逆变向所带负载进行电能传输,就会形成独立于大电网的小规模孤岛电网现象。
在孤岛运行情况下,光伏系统无法维持稳定电压、频率,当系统负荷改变时,电网系统电压随负荷情况波动,重合闸产生巨大冲击电流,给电网、设备及人身安全带来威胁,在光伏并网过程中,孤岛效应问题已成为影响电能质量、稳定、安全的关键。
1.并网光伏发电系统的孤岛效应1.1孤岛效应当电网正常工作时,电网与光伏发电系统一同给变电站供电,但是当电网线路因检修或者故障而停电时,系统处于光伏发电系统单独给变电站供电的情况,此时系统失去了电网的控制,处于失控状态,这种光伏发电系统单独给变电站供电的情况叫做孤岛效应。
图1在光伏并网发电系统中,光伏发电系统可等效为电流源,电网可以等效为电压源,电网正常工作时,系统受到电网的钳制作用,光伏发电系统总与电网保持一致。
一旦发生孤岛效应,系统不再受电网的控制,处于失控状态的光伏发电系统将会带来很多危害。
并网光伏发电系统孤岛效应的危险性分析
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并网光伏发电系统孤岛效应的危险性分析一、孤岛效应概念相对于离网光伏发电系统而言,并网光伏发电系统在运行时具有较高的光伏电能利用率,然而由于并网光伏发电系统直接将光伏阵列发出的电能逆变后馈送到电网,因此在工作时必须满足并网的技术要求,以确保系统安装者的安全以及电网的可靠运行。
对于通常系统工作时可能出现的功率器件过电流、功率器件过热、电网过/欠电压等故障状态,比较容易通过硬件电路与软件配合进行检测、识别并处理。
但对于并网光伏发电系统来说,还应考虑一种特殊故障状态下的应对方案,这种特殊故障状态就是所谓的孤岛效应。
实际上,孤岛效应问题是包括光伏发电在内的分布式发电系统存在的一个基本问题,所谓孤岛效应是指:在下图所示的分布式发电系统中,当电网供电因故障事故或停电维修而跳闸时,各个用户端的分布式并网发电系统(如光伏发电、风力发电、燃料电池发电等)未能及时检测出停电状态从而将自身切离市电网络,最终形成由分布电站并网发电系统和其相连负载组成的一个自给供电的孤岛发电系统。
▲分布式发电系统的孤岛效应示意图二、孤岛效应的危害孤岛效应的发生会给系统设备和相关人员带来如下危害:1、孤岛效应使电压及其频率失去控制,如果分布式发电系统中的发电装置没有电压和频率的调节能力,且没有电压和频率保护继电器来限制电压和频率的偏移,孤岛系统中的电压和频率将会发生较大的波动,从而对电网和用户设备造成损坏。
2、孤岛系统被重新接入电网时,由于重合闸时系统中的分布式发电装置可能与电网不同步而使电路断路器装置受到损坏,并且可能产生很高的冲击电流,从而损害孤岛系统中的分布式发电装置,甚至导致电网重新跳闸。
3、孤岛效应可能导致故障不能清除(如接地故障或相间短路故障),从而可能导致电网设备的损害,并且干扰电网正常供电系统的自动或手动恢复。
4、孤岛效应使得一些被认为已经与所有电源断开的线路带电,这会给相关人员(如电网维修人员和用户)带来电击的危险。
由上可知,当主电网跳闸时,分布式发电装置的孤岛运行将对用户以及配电设备造成严重损害,因此在包括并网光伏发电等系统在内的分布式发电系统中,并网发电装置必须具备反孤岛保护的功能,即具有检测孤岛效应并及时与电网切离的功能。
孤岛现象
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孤岛现象一、概述孤岛现象也称孤岛效应,有时简称孤岛。
比如:防孤岛就是指防止孤岛现象产生的意思。
美国桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)提供的报告对孤岛现象描述如下:当电力公司的供电系统因故障事故或停电维修等原因停止工作时,安装在各个用户端的光伏并网发电系统未能及时检测出停电状态而不能迅速将自身切离市电网络,而形成的一个由光伏并网发电系统向周围负载供电的一种电力公司无法掌控的自给供电孤岛现象。
国家电网公司企业标准“Q/GDW480-2010分布式电源接入电网技术规定”对孤岛现象定义如下:孤岛现象islanding电网失压时,电源仍保持对失压电网中的某一部分线路继续供电的状态。
孤岛现象可分为非计划性孤岛现象和计划性孤岛现象。
非计划性孤岛现象unintentional islanding非计划、不受控地发生孤岛现象。
计划性孤岛现象intentional islanding按预先设置的控制策略,有计划地发生孤岛现象。
孤岛效应总是与分布式能源并网联系在一起,因为分布式能源并网的需要,一个电网存在包括分布式电源在内的多个电源。
这样,当电力部门需要维护或检修或其它任何原因需要断电时,其余电源可能还在供电,这样,线路上就会存在电压,给维护带来不便甚至危及维护人员的生命安全。
二、非计划性孤岛现象的危害非计划性孤岛现象发生时,由于系统供电状态未知,将造成以下不利影响:①可能危及电网线路维护人员和用户的生命安全;②干扰电网的正常合闸;③电网不能控制孤岛中的电压和频率,从而损坏配电设备和用户设备。
三、防孤岛技术非计划性孤岛现象是需要防止的。
防止非计划性孤岛现象的发生就称为防孤岛(anti-islanding)。
防孤岛在许多技术文献中也称反孤岛效应。
防孤岛的核心技术是检测电网是否存在。
一般分为被动式检测方法和主动式检测方法。
被动式防孤岛检测方法通过检测并网变流器的输出电压、电流、频率、谐波等的变化来判断电网是否存在,一般无需增加逆变器硬件电路。
光伏并网系统的孤岛效应检测技术
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V0 . 3 NO 1 11 . 1 NO 0l V2 0
来衡 量 孤 岛检 测 方 法 的好 坏 ,NDZ 定义 合 适 的 区 域 ,在 此 区域 内某 孤 岛检 测 方法 不能 检 测 出孤 岛 效 应 ,通 常希 望 NDZ 可 能小 ,但 是公 共 电网情 尽
况较 复 杂 ,设 定 太 小 的NDZ 引起 反 孤 岛保 护 的 会
OI Yu u n Z A0 x a , HANG Dar n i u
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光伏发电并网系统的孤岛效应及反孤岛策略

光伏发电并网系统的孤岛效应及反孤岛策略近年来,随着能源的过度消耗,传统能源对环境带来的影响日益加重,人们逐渐意识到清洁能源的使用可以改善现有能源紧缺的状况,也可以改善能源使用对环境所带来的影响。
太阳能作为一种清洁、环保型的能源不仅无污染、可持续性强而且使用便捷,因此越来越多的人开始使用这种新型能源。
随着使用范围的扩大,它已经从补充型能源向替代型能源逐渐过渡。
孤岛效应是光伏发电中独有的故障,为了能够让清洁能源得到更好的利用,我们必须要制定对应的策略来改善孤岛效应带来的损害。
一、关于孤岛效应(一)概念它是指在光伏发电系统中,整个电力网络由于故障原因或是停电而出现跳闸断电的情况。
而此时各个分布式发电系统并没有检测出对应的故障问题,进而没有及时将光伏发电系统与电力网络断开,从而形成了一个以分布式发电系统以及其他负载组件共同形成的发电孤岛。
(二)危害1.一旦这种发电孤岛形成就会给系统内的电压和频率造成非常直接的影响,甚至会对相应的装置设备造成损害[1]。
2.而当故障解除之后,光伏发电系统在重新接入电力网络时又可能会出现电压不同步的情况,继而出现电流突变的情况,导致电力设备和其他器件受到损害。
3.断电之后的孤岛效应会造成接地故障无法彻底清除,给电力系统造成影响。
4.孤岛效应很容易给工作人员带来认知偏差,认为是电力网络断电,进而做出错误的判断,给工作人员的人身安全带来威胁。
为了避免孤岛效应给设备和工作人员造成危害,就必须要在出现此类情况时具备一定的防御保护能力,进而确保设备完好、人员安全。
二、关于孤岛效应危害的解决策略触发孤岛效应出现的必要条件就是光伏系统内的输出功率与其负载功率相互匹配。
依据孤岛效应的检测规定,当发电系统中所输出的有功功率和负载有功功率之间出现5%的误差且持续时间长达2s以上,便可以确定光伏发电的孤岛效应已经产生。
因此我们可以得出结论,孤岛效应的出现与功率数值是否匹配以及其所能够持续的时间有紧密的联系。
孤岛效应
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光伏“孤岛效应”可解释为当逆变器并网工作时,因为各种原因导致市电不能给本地负载供电,此时如果没有任何孤岛判断技术,逆变器会持续给本地负载和局部电网负载供电。
一般来说,光伏孤岛效应可能对整个配电系统设备及用户端的设备造成不利的影响,主要包括:
1.危害电力公司输电线路维修人员的人身安全;
2.影响配电系统上的保护开关动作程序;
3.电力孤岛区域所发生的供电电压与频率的不稳定现象;
4.当电力公司供电恢复时所造成的相位不同步问题;
5.太阳能供电系统因单相供电而造成系统三相负载的欠相供电问题;
6.防止光伏孤岛效应的基本点和关键点是电网断电的检测,为了能快速检测到电网断电,通常需要采用被动式和主动式两种“孤岛效应”检测方法,一旦确认电网失电,均需在几个周期内将逆变器与电网断开并停止逆变器的运行。
随着光伏并网发电系统进一步的广泛应用,当多个光伏逆变器同时并网时,不同逆变器输出的变化非常大,从而导致上述方法可能失效。
因此,研究多光伏逆变器的并网通信、协同控制已成为光伏孤岛效应检测与控制的研究趋势。
孤岛效应的危害

孤岛效应是指在电力系统中,当电网供电因故障、误操作或停电维修等原因而断开时,各个电源系统之间的联系会被切断,形成一些孤立的电力系统。
这些孤立的电力系统被称为“孤岛”。
在孤岛效应发生时,由于电压和频率的不稳定,可能会导致设备的损坏或者人员的安全受到威胁。
因此,了解孤岛效应的危害是非常重要的。
首先,孤岛效应会对电力系统的稳定运行造成严重影响。
当电网供电中断时,各个电源系统之间的联系被切断,导致电压和频率的不稳定。
这种不稳定可能会引发连锁反应,进一步破坏电力系统的稳定运行。
例如,当某个电源系统的电压过高时,可能会导致设备过载甚至烧毁;而当电压过低时,则可能导致设备无法正常工作。
此外,频率的不稳定也会影响设备的正常运行。
例如,当频率过高时,电动机的转速会加快,从而导致设备的损坏;而当频率过低时,则可能导致设备无法启动或者停止工作。
其次,孤岛效应还会对电力系统的安全运行造成威胁。
在孤岛效应发生时,由于电压和频率的不稳定,可能会导致设备的损坏或者人员的安全受到威胁。
例如,当电压过高时,可能会导致设备过载甚至烧毁;而当电压过低时,则可能导致设备无法正常工作。
此外,频率的不稳定也会影响设备的正常运行。
例如,当频率过高时,电动机的转速会加快,从而导致设备的损坏;而当频率过低时,则可能导致设备无法启动或者停止工作。
第三,孤岛效应还会对电力系统的经济性造成影响。
在孤岛效应发生时,由于电压和频率的不稳定,可能会导致设备的损坏或者人员的安全受到威胁。
例如,当电压过高时,可能会导致设备过载甚至烧毁;而当电压过低时,则可能导致设备无法正常工作。
此外,频率的不稳定也会影响设备的正常运行。
例如,当频率过高时,电动机的转速会加快,从而导致设备的损坏;而当频率过低时,则可能导致设备无法启动或者停止工作。
最后,孤岛效应还会对环境造成影响。
在孤岛效应发生时,由于电压和频率的不稳定,可能会导致设备的损坏或者人员的安全受到威胁。
例如,当电压过高时,可能会导致设备过载甚至烧毁;而当电压过低时,则可能导致设备无法正常工作。
孤岛效应的含义及其检测方法
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所谓孤岛效应(Islanding )是指分布式能源并网发电系统中,市电因人为切断 或出现故障而停止向负载供电时分布式能源继续并网工作,从而使电网局部负载 仍处于供电状态[28]。
由于光伏发电系统与电网并联工作时,电网会因为故障、 设备检修或者操作失误等原因停止工作,也就是说孤岛效应是光伏并网发电系统 中普遍存在的一个问题。
因此准确、及时的检测出孤岛效应是光伏并网发电系统 设计中的一个关键性问题[29]。
4.1孤岛效应的分析(1)孤岛效应概述图4.1光伏发电系统与电网链接示意图图4.1是光伏发电系统与电网并联工作的示意图,如图所示:电网正常工作 情况下,相当于开关S1, S2均闭合,电网和光伏发电系统同时向图中逆变器负 载和电网负载供电;电网突然停止工作时,相当于开关S1闭合,S2打开,此时 光伏发电系统继续向逆变器负载和局部电网负载供电, 那么将会导致下列情况发 生[30]:光伏发电系统功率较小,如果电网停止工作会失去对光伏发电系统输出电 能的平衡控制能力,系统输出电能质量下降;危害到电力维护人员或用户的人身 安全;当市电突然恢复时,光伏发电系统与电网相位不同步造成的冲击电流会损 坏发电装置和设备;影响电网保护开关的动作,造成不必要的损失;因单相光伏 并网发电系统继续供电,造成系统三相负载欠相工作。
(2)孤岛效应特性分析逆变器与电网连接时功率流动情况如图 4.2所示,其中变量名称及符号如下 表所示,L r ,C r 和R 是逆变器的等效负载。
P--逆变器输出有功功率;P--电网正常时逆变器输送到电网的有功功率Q-- 逆变器输出无功功率;S1本地负载电网局部负载光伏阵列■3- S2gridQ --电网正常时逆变器输送到电网的无功功率;U g --电网电压;U i --逆变器输出端电压a )电网正常工作如图4.2所示,电网正常工作状态下,相当于开关 S 闭合。
光伏并网发电系 统输出的有功功率P 、无功功率Q 的一部分提供给等效负载,另外一部分有功功b )电网停止工作器输出的有功功率P 、无功功率Q 近似保持不变,根据功率平衡的关系可得到:(4.3)i C r U i 2 Q 其中i 是逆变器输出电压的角频率。
什么叫太阳能孤岛效应
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孤岛效应是指光伏并网正弦波逆变器构成的局部电网从主电网脱离出来,并且在此局部电网中光伏并网正弦波逆变器持续给负载供电的一种电气现象。
孤岛效应现象会产生比较严重的后果:1)孤岛中的电压和频率无法控制,可能会用电设备造成损坏;2)孤岛中的线路仍然带电,会对维修人员造成人身危险;3)当电网恢复正常时有可能造成非同相合闸,导致线路再次跳闸,对光伏并网正弦波逆变器和其他用电设备造成损坏;4)孤岛效应时,若负载容量与光伏并网器容量不匹配,会造成对正弦波逆变器的损坏。
2 孤岛效应检测方法的分类孤岛检测方法根据技术特点可以分为3大类:内部无源法、内部有源法和外部法。
内部无源法是通过检测并网处公共耦合点电压的参数,包括频率、幅值、谐波。
当该处电压参数波动超过设定值时正弦波逆变器自动与电网断开。
由于这类方法只是采取监控手段,并不改变正弦波逆变器的输出值的参数,所以输出电能较高。
内部无源法适用场合:应用于负载功率变动不大,且与正弦波逆变器的输出不匹配的场合。
内部有源法是通过给正弦波逆变器输出量引入变化或扰动,促使系统处于孤岛状态时公共藕合点电压的参数(幅值、频率、谐波)偏离正常值,并在超出设定范围时,将正弦波逆变器与电网断开的一种方法。
内部有源法适用场合:输出电能的变动对于电网潮流有比较大的影响,因此只适用于小型正弦波逆变器并网系统。
外部检测法是通过电网对正弦波逆变器进行控制,或者电网与正弦波逆变器之间的通信来控制正弦波逆变器在一定条件下停止并网运行的一类方法。
外部方法都有很高的检测效率,但是由于需要在电网上安装附件,成本会相应提高。
外部检测法适用场合:比较适合于大功率分布式电站的并网。
简单的说:光伏电站供电中低压侧并网的话,你用的市电可当做主电,而太阳能电站相当于备用电源,当你检修时,你仅仅是关闭了主电源,而光伏电站仍在输电,“zao cheng ren yuan he caichan sunshi”这就是孤岛效应。
孤岛现象
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孤岛现象一、概述孤岛现象也称孤岛效应,有时简称孤岛。
比如:防孤岛就是指防止孤岛现象产生的意思。
美国桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)提供的报告对孤岛现象描述如下:当电力公司的供电系统因故障事故或停电维修等原因停止工作时,安装在各个用户端的光伏并网发电系统未能及时检测出停电状态而不能迅速将自身切离市电网络,而形成的一个由光伏并网发电系统向周围负载供电的一种电力公司无法掌控的自给供电孤岛现象。
国家电网公司企业标准“Q/GDW480-2010分布式电源接入电网技术规定”对孤岛现象定义如下:孤岛现象islanding电网失压时,电源仍保持对失压电网中的某一部分线路继续供电的状态。
孤岛现象可分为非计划性孤岛现象和计划性孤岛现象。
非计划性孤岛现象unintentional islanding非计划、不受控地发生孤岛现象。
计划性孤岛现象intentional islanding按预先设置的控制策略,有计划地发生孤岛现象。
孤岛效应总是与分布式能源并网联系在一起,因为分布式能源并网的需要,一个电网存在包括分布式电源在内的多个电源。
这样,当电力部门需要维护或检修或其它任何原因需要断电时,其余电源可能还在供电,这样,线路上就会存在电压,给维护带来不便甚至危及维护人员的生命安全。
二、非计划性孤岛现象的危害非计划性孤岛现象发生时,由于系统供电状态未知,将造成以下不利影响:①可能危及电网线路维护人员和用户的生命安全;②干扰电网的正常合闸;③电网不能控制孤岛中的电压和频率,从而损坏配电设备和用户设备。
三、防孤岛技术非计划性孤岛现象是需要防止的。
防止非计划性孤岛现象的发生就称为防孤岛(anti-islanding)。
防孤岛在许多技术文献中也称反孤岛效应。
防孤岛的核心技术是检测电网是否存在。
一般分为被动式检测方法和主动式检测方法。
被动式防孤岛检测方法通过检测并网变流器的输出电压、电流、频率、谐波等的变化来判断电网是否存在,一般无需增加逆变器硬件电路。
光伏电站中的孤岛效应
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光伏电站中的孤岛效应防孤岛效应是光伏系统中的一个重要环节1. 孤岛效应概述孤岛现象是指:当电网由于电气故障或自然因素等缘由中断供电时,光伏并网发电系统仍旧向四周的负载供电,从而形成一个电力公司无法掌握的自给供电孤岛。
由于光伏发电系统与电网并联工作时,电网会由于故障设备检修或操作失误等缘由停止工作,也就是说孤岛效应是光伏并网发电系统中普遍存在的一个问题,因此精确准时地检测出孤岛效应,是光伏并网发电系统设计中的一个关键性问题。
当孤岛效应发生时,将造成以下危害:①电网无法掌握孤岛中的电压和频率,假如电压和频率超出允许的范围,可能会对用户的设备造成损坏;②假如负载容量大于逆变电源容量逆变,电源过载运行,简单被烧毁;③与逆变电源相连的线路仍旧带电,对检修人员造成危害,降低电网的平安性;④对孤岛进行重合闸会导致该线路再次跳闸,还有可能损坏逆变电源和其他设备。
光伏并网系统防孤岛爱护装置实物图2. 孤岛效应的检测方法孤岛现象的消失,严峻影响电力系统的平安和正常运行,从用电平安与电能质量考虑,孤岛效应是不允许消失的,当孤岛发生时必需快速、精确地切出并网逆变器,因此对于孤岛效应应进行检测及掌握。
孤岛效应检测方法主要分为被动式和主动式两种:被动式孤岛检测方法,通过检测逆变器的输出是否偏离并网标准规定的范围,如电压、频率或相位,推断孤岛效应是否发生。
该方法工作原理简洁,简单实现,但在逆变器输出功率与局部负载功率平衡时,无法检测出孤岛效应的发生。
主动式孤岛检测方法是指通过掌握逆变器使其输出功率频率和相位存在肯定的扰动。
电网正常工作时,由于电网的平衡作用,这些扰动检测不到。
一旦电网消失故障逆变器输出的扰动将快速累积并超出并网标准允许的范围,从而触发孤岛效应的爱护电路。
该方法检测精度高,检测盲区小,但是掌握较简单,且降低了逆变器输出电能的质量。
防孤岛检测模拟示意图(1)被动方法被动式孤岛效应检测方法的工作原理是指依据电网断电时逆变器输出电压、频率的转变,推断出是否发生孤岛效应。
光伏并网系统孤岛效应的研究
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3 孤 岛 应 检 测 方 法
孤岛效应检测方 法主要有两种 。 基于通信 的反孤岛检 测方案 与 局部反孤岛检测方案[ 3 1 。本文主要研究局部反孤岛策略。 3 . 1 被动式孤岛检测 3 . 1 . 1 过、 欠电压反孤岛方案 ( O V P / U V P) 过、 欠 电压 反孤岛方 案是指 . 当并 网逆变器控制 系统检测 出 P C C 处的 电压幅值超过正常范 围 u . ( 光伏并 网系统输 出的电压最 大值 ) 、
2 孤 岛效 应 的发 生机 理 与 条 件
( 电压最小值) , 通过控制命 令断开与逆变 器与市 网的连接 , 从 而实 现反 孤岛 的一种被动式检测方法 。当电网运行正常运行状态 时. 市网的输 并 网光 伏发电系统 的功率流图如图 1 所示 。当电网运行正 常 . 假 出功率是 A p + j A Q , 逆变器输 出功率是 Aj Q , 负载的功率是 户 + j Q ; 设逆 变器 工作于单位功率 因数 正弦波模式下 .负载 采用并联 R L C电 当断路 器断开时 . A P # 0 .因负载吸收有功功率 与逆 变器输 出的有 功 路来 模拟 ,并假设 P 、 Q为光伏系统 向负载提供 的有功 功率 、无功 功 功率不 匹配 , P C C 处 电压 幅值将会改变 , 如果偏移量很大 , 证 明发 生孤 率; △ P 、 a Q分别代 表电 网向负载提供 的有 功功率 和无功 功率 ; P 为 岛效应 . 从而系统从 电网中断开有效 的防治孤 岛发生 负载吸收的有功功率 , Q 为 负载吸收的无 功功率 。 3 . 1 . 2 过、 欠频率反孤 岛效应方案t  ̄ ( O F P / U F P ) ( - - 市i 5 l 当光伏并 网逆变器控制 系统检 测出 P C C处的 电压频率不在 正常 的频 率范围 内时 . 立 即停 止逆变器并 网工作 . 这种 反孤岛效应方 案称 之为过 、 欠频率反孤岛效应方案。 假设正常工作 的频率范围为 、 , 、
关于并网逆变器孤岛效应保护和低电压穿越的判断依据及功能介绍
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关于并网逆变器孤岛效应保护和低电压穿越的判断依据及功能介绍阳光电源股份有限公司2011.4一、概述低电压穿越功能是指当电网电压跌落时并网逆变器能够正常并网一段时间,“穿越”这个低电压时间(区域)直到电网恢复正常;孤岛效应保护是指当电网断电时并网逆变器应立即停止并网发电,保护时间不超过0.2秒。
可以看出,孤岛效应保护与低电压穿越是相互矛盾的,两种功能不能同时并存,需要根据电站规模和要求进行选择,一般原则如下:✧对于小型光伏电站,并网逆变器在电网中所占的容量较小,对电网的影响较小,在电网故障时不会对电网的稳定性产生实质性的影响,所以应具备快速监测孤岛且立即断开与电网连接的能力,即此时并网逆变器应选择孤岛效应保护功能。
✧对于大中型光伏电站,并网逆变器在电网中所占的容量较大,对电网的影响较大,在电网故障时不会对电网的稳定性产生实质性的影响,所以应具备一定的低电压穿越能力,即此时并网逆变器应选择低电压穿越功能。
我司大功率并网逆变器同时具有孤岛效应保护与低电压穿越功能,在实际应用时可通过触摸屏菜单设置,也可通过RS485通讯方式由上位机进行远程设置。
二、低电压穿越功能介绍如图1所示,当并网点电压在图中电压轮廓线及以上的区域内时,并网逆变器必须保证不间断并网运行;并网点电压在图中电压轮廓线以下时,并网逆变器立即停止向电网线路送电。
其中T1=1秒,T3=3秒,也就是说,并网逆变器必须具有在电网电压跌至20%额定电压时能够维持并网运行1秒的低电压穿越能力,如电网电压在轮廓线内能够恢复到额定电压的90%时,并网逆变器必须保持并网运行。
图1:大型和中型光伏电站的低电压耐受能力要求为了实现并网逆变器的低电压穿越功能,并网逆变器需要采用新的软件控制算法,软件控制算法需实时监测电网,并判断电网是否发生电压跌落(平衡或者不平衡跌落)。
当CPU发现电网发生电压跌落故障时,立即启动低电压穿越功能,控制输出电流以及输出的功率,当电网电压在图1所示的曲线以内时,逆变器进入低电压穿越阶段;当电网进入电压恢复阶段,此时并网逆变器输出无功功率起到迅速支撑起电网电压的功能。
第7章 并网光伏发电系统的孤岛效应及反孤岛策略.解析
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2.1.5并网光伏系统的反孤岛测试 为了验证实际中反孤岛方案的有效性,必须对并网光伏发电装置进
针对并网光伏发电系统的孤岛效应,荷兰相应的研究机构曾做过深人 的研 究,并提供了配电网中孤岛效应发生的频率以及持续时间的实际数 据[3]。该项 研究是通过测量安装有并网光伏发电系统的典型居民区的负 荷情况来进行的,并 在两年中连续测量了每一秒钟负载需求的有功功率 和无功功率,同时将相关数据 存储在计算机内用于离线分析,由于电网 负载和并网光伏系统提供的功率之间存 在直接相关性,因而离线分析是 可行的。通过对安装有并网光伏发电系统的典型 居民区的孤岛效应研究 得出了以下结论:
2.负载品质因数Qf的确定 将并联RLC谐振电路的品质因数Qf与负载电路的位移功率因数(
Displacement Power Factor, DPF)联系起来将更有利于反孤岛测试中 对负载品质因数(>f 的确定,那么负载品质因数Qf与位移功率因数( DPF)究竟有何关系呢?
为了便于定量分析,首先做下列假设[5]: 1.假设负载电路中不含补偿功率因数的电容,并a已知负载电路消耗 的有 功功率和负载电路的功率因数,由这两个数据和电网电压及频率, 可以计算出负 载电路中的电阻和电感L; 2.假设并上的无功补偿电容刚好使负载电路的功率因数为1。这种假 设是 合理的,因为负载电路的功率因数等于1意味着负载电路的谐振频 率等于电网频 率,而这是反孤岛保护所面临的最严重情况(任何其他的 谐振频率都将有助于 而不是有碍于反孤岛保护),此时A和C将有一个固 定的关系。
并网逆变器单独运行的检测与防止孤岛效应
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并网逆变器单独运行的检测与防止孤岛效应在太阳能光伏并网发电过程中,由于太阳能光伏发电系统与电力系统并网运行,当电力系统由于某种原因发生异常而停电时,如果太阳能光伏发电系统不能随之停止工作或与电力系统脱开,则会向电力输电线路继续供电,这种运行状态被形象的称为“孤岛效应”。
特别是当太阳能光伏发电系统的发电功率与负载用电功率平衡时,即使电力系统断电,光伏发电系统输出端的电压和频率等参数不会快速随之变化,使光伏发电系统无法正确判断电力系统是否发生故障或中断供电,因而极易导致“孤岛效应”现象的发生。
“孤岛效应”的发生会产生严重的后果。
当电力系统电网发生故障或中断供电后,由于光伏发电系统仍然继续给电网供电,会威胁到电力供电线路的修复及维修作业人员及设备的安全,造成触电事故。
不仅妨碍了停电故障的检修和正常运行的尽快恢复,而且有可能给配电系统及一些负载设备造成损害。
因此为了确保维修作业人员的安全和电力供电的及时恢复,当电力系统停电时,必须使太阳能光伏系统停止运行或与电力系统自动分离(此时太阳能光伏系统自动切换成独立供电系统,还将继续运行为一些应急负载和必要负载供电)。
在逆变器电路中,检测出光伏系统单独运行状态的功能称为单独运行检测。
检测出单独运行状态,并使太阳能光伏系统停止运行或与电力系统自动分离的功能就叫单独运行停止或孤岛效应防止。
单独运行检测方式分为被动式检测和主动式检测两种方式。
(1)被动式检测方式。
被动式检测方式是通过实时监视电网系统的电压、频率、相位的变化,检测因电网电力系统停电向单独运行过渡时的电压波动、相位跳动、频率变化等参数变化,检测出单独运行状态的方法。
被动式检测方式有电压相位跳跃检测法、频率变化率检测法、电压谐波检测法、输出功率变化率检测法等,其中电压相位跳跃检测法较为常用。
电压相位跳跃检测法的检测原理如图5-16所示,其检测过程是:周期性的测出逆变器的交流电压的周期,如果周期的偏移超过某设定值以上时,则可判定为单独运行状态。
什么是孤岛效应
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什么是孤岛效应?所谓孤岛现象是指当电网供电因故障事故或停电维修而跳脱时,各个用户端的分布式并网发电系统(如:光伏发电、风力发电、燃料电池发电等)未能即时检测出停电状态而将自身切离市电网络,而形成由分布电站并网发电系统和周围的负载组成的一个自给供电的孤岛。
孤岛危害孤岛一旦产生将会危及电网输电线路上维修人员的安全;影响配电系统上的保护开关的动作程序,冲击电网保护装臵;影响传输电能质量,电力孤岛区域的供电电压与频率将不稳定;当电网供电恢复后会造成的相位不同步;单相分布式发电系统会造成系统三相负载欠相供电。
因此对于一个并网系统必须能够进行反孤岛效应检测。
防孤岛检测逆变器直接并网时, 除了应具有基本的保护功能外, 还应具备防孤岛效应的特殊功能。
从用电安全与电能质量考虑, 孤岛效应是不允许出现的;孤岛发生时必须快速、准确地切除并网逆变器,由此引出了对于孤岛效应进行检测的控制。
基于逆变器的防孤岛效应保护方案分为主动式防孤岛保护方案和被动式防孤岛保护方案。
被动式方案通过检测逆变器交流输出端电压或频率的异常来检测孤岛效应。
由于被动式方案的检测范围有限,因此为了满足并网逆变器防孤岛保护安全标准的要求,应至少设臵各一种主动和被动防孤岛效应保护。
主动式方案通过有意地引入扰动信号来监控系统中电压、频率以及阻抗的相应变化,以确定电网的存在与否。
防孤岛效应保护方案的选取应考虑以下规则:a) 要兼顾考虑检测性能、输出电能质量以及对整个系统暂态响应的影响;b) 如果一个简单且成本低的防孤岛效应保护方案将孤岛效应带来的危害降低到其它的电力危害以下,那么该方案即为适当的。
若逆变器并入的电网供电中断,逆变器应在规定的时间内停止向电网供电,同时发出警示信号。
光伏并网发电系统中孤岛现象的研究
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光伏并 网发 电系统 中孤 岛现象 的研究
蔡志达
辽 河 油 田 电 力集 团公 司检 修 试验网发 电 系统 中的孤 岛效应 进 行 了 究,并 对反孤 岛效应 的方法进 行 分 研 析 ,提 出主 动频 率偏 移法和 双 向频率 的主 动
a d h me h d o iv r e i a d e f c . t e n t e t o f n e s s n f e t l h a tce a a y e t e a tv f e u n y ii r n l z s h c i e r q e c o f e fst
中 图分类 号 :T 6 5 M1 文献 标识 码 :A
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2反孤岛效应方法的分析
太 阳能 并 网发 电系统通 常 经 由检 测输 出 电压 的幅值 改变 、频 率以 及相 位的偏 移等 方 式 来 判断孤 岛效 应 。 通 常孤 岛效 应 的检测分 成 被动 式检测 及 主动 式检 测 。被 动式 孤 岛效应 检测 方式就 是 通过 公共 电 网停 止 工作时 ,并 网逆 变器 的输 出 电压 、频率 、相位 或者 谐波 的改 变来 判断 孤 岛。其优 势 :原理 比较 简单 且易 于实现 。 不足 :当太 阳能 并 网发 电系统 的输 出功 率和 局部 的负载 功率 相等 时 ,此方 式就 会失效 。 主动 式孤 岛效应 检 测方式 就是 控制 并 网逆变 器 ,让它 的输 出功率 、频 率或 者相 位产 生扰 动 。在 公共 电网正 常运行 的时 候 ,因为 公共 电网具有 平衡能 力将无 法检测 到以 上扰 动 。 但是 当 公共 电网停止 工 作的时 候 ,并 网逆变 器所 输 出的扰 动会 迅速 的累 积然后 超过 并 网 标准 规定 的范 畴 ,进而 触发保 护 电路 。此法 优势 :检 测精 度非 常高 并且 盲区 比较小 。不 足 :此法 的控 制 比较复 杂同时 也 降低 了并 网 逆 变器 的输 出电能 品质 。 21 .被动式 被 动式孤 岛检 测方 式的 原理是 ,在 公共 电网停 止工作 的时 候 ,并 网逆 变 器输 出电压 的 相位 以及谐 波都 会产 生变 化 ,所 以通 过对 这些 变化 的检 测就 能够 判断 出公共 电网是否 断 电 。一般按 照参 数的 不一 样分 : 2 11 电压频 率孤 岛效 应检测 法 .. 这 种方式 是检 测并 网逆 变器 的输 出 电压 和 公共 电网 电压 以及频 率正 常与 否来 判断孤 岛状 况 。 当公共 电网正 常工 作时 ,并 网逆变 器和公 共 电网连接 处 的 电压 以及 频率 不会发 生 变 化 ; 公共 电 网停 止 运行 时 ,倘若 并 网 当 逆 变 器在和 公共 电网断 电之 前输 出的 功率 以 及负载 不 匹配 ,那么并 网逆 变器 的输 出 电压 以及频 率都 会改 变 ,进 而 系统判 断发 生孤 岛 状 况 ,触发 保护 电路 。然而 如果 并 网逆变 器 的输 出功率 和负 载功率 一致 ,就 会 由于光伏 发电 系统的 电压和 频率 的改 变太 小而 检测 不
光伏发电之孤岛效应

光伏发电之孤岛效应独立光伏发电也叫离网光伏发电。
主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成,若要为交流负载供电,还需要配置交流逆变器。
独立光伏电站包括边远地区的村庄供电系统,太阳能户用电源系统,通信信号电源、阴极保护、太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电系统。
并网光伏发电并网光伏发电就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。
可以分为带蓄电池的和不带蓄电池的并网发电系统。
带有蓄电池的并网发电系统具有可调度性,可以根据需要并入或退出电网,还具有备用电源的功能,当电网因故停电时可紧急供电。
带有蓄电池的光伏并网发电系统常常安装在居民建筑;不带蓄电池的并网发电系统不具备可调度性和备用电源的功能,一般安装在较大型的系统上。
并网光伏发电有集中式大型并网光伏电站一般都是国家级电站,主要特点是将所发电能直接输送到电网,由电网统一调配向用户供电。
但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大,还没有太大发展。
而分散式小型并网光伏,特别是光伏建筑一体化光伏发电,由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点,是并网光伏发电的主流。
分布式光伏发电系统,又称分散式发电或分布式供能,是指在用户现场或靠近用电现场配置较小的光伏发电供电系统,以满足特定用户的需求,支持现存配电网的经济运行,或者同时满足这两个方面的要求。
分布式光伏发电系统的基本设备包括光伏电池组件、光伏方阵支架、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备,另外还有供电系统监控装置和环境监测装置。
其运行模式是在有太阳辐射的条件下,光伏发电系统的太阳能电池组件阵列将太阳能转换输出的电能,经过直流汇流箱集中送入直流配电柜,由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负载,多余或不足的电力通过联接电网来调节。
国家将为5MW(兆瓦)以下的小型分布式光伏电站提供每度电0.47元的额外补贴加上目前4毛钱的并网电价,每度电也能卖到将近1块钱。
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S
∆P, ∆Q
public grid
LR
{
QL = QC = 100 VAr
Fig. 1. Test circuit for islanding protection, as proposed by Häberlin [2].
In principle, every self-commutated inverter is able to
capacitor of the resonant circuit. ∆P and ∆Q are the active and reactive power, supplied to the grid before grid
tripping. When inductive power is supplied to the grid, ∆Q
islanding mode [3]. In Figure 2 the NDZs of a 200 W inverter are indicated for different combinations of P, Q
and QC.
60
P Q Qc
40
200 W, 50 VAr, 100 VAr 200 W, 50 VAr, 50 VAr
20
30
∆ Qind to Grid in VAr
Fig. 2. Calculated NDZ of a 200 W inverter at different power levels and for different load capacitances with fixed voltage and frequency limits.
particular protection algorithm in a slightly different manner.
Inverters with AFD generate a slightly distorted current waveform (Fig. 3). In this example, the first current half cycle is shorter than half of the period of the grid voltage. The current is controlled to be zero during a
ISLANDING OF GRID-CONNECTED AC MODULE INVERTERS
Achim Woyte, Ronnie Belmans, K.U.Leuven, ESAT-ELEN Kard. Mercierlaan 94, B-3001 Leuven, Belgium
Johan Nijs, IMEC v.z.w. and K.U.Leuven, ESAT-INSYS Kapeldreef 75, B-3001 Leuven, Belgium
As every decentralized production unit being connected to the public grid, the PV AC module has to comply with common safety standards. A major issue is to avoid non-intentional operation in islanding mode with the grid being tripped at fault conditions or for maintenance purposes.
is positive. ∆P and ∆Q can be adjusted by tuning the domestic load. For a given capacitance and inverter power, a so-called non-detective zone (NDZ) can be
ABSTRACT
A major safety issue about grid-connected photovoltaics is to avoid non-intentional operation in islanding mode, the grid being tripped.
This paper presents detailed measurements on the islanding behavior of four module inverters with a maximum rated power of 200 W. Although applying active anti-islanding measures each inverter could be forced into islanding. It could be observed experimentally what recently has been shown analytically, that some methods against islanding fail if inverters are loaded with considerable parallel capacitance. As most distribution grids contain a considerable capacitance, those methods are to be improved. One of the inverters failed totally what illustrates the need for standardized type approvals.
ISLANDING PHENOMENON AND TESTS
Investigations carried out at K.U.Leuven in 1997 [1] have shown that small so-called "module inverters" are in general more sensitive to islanding than larger units. Recently four module inverters that are currently available on the European market, ranging from 90 to 200 W rated power, have been examined with regard to their islanding
Assuming constant active and reactive power output before and after grid tripping, voltage and frequency in islanding operation can be determined from the power balance, yielding equation (1) and (2).
behavior under different load conditions. The applied test circuit is shown in Figure 1.
PV array simulator
inverter
==
= ~
resonant circuit
P, Q
domestic
load
∆P P
=
1
−
Vg2rid Vis2land
(1)
ω island ω grid
⋅
∆P P
−∆Q Q=来自çæ ç èω
2 island
ω
2 grid
−
1÷÷ö ø
⋅
QC Q
+ ω island ω grid
−1
(2)
In these equations P and Q indicate the inverter operating point. QC is the reactive power supplied by the
determined in the ∆P-∆Q-domain where an inverter with predefined voltage and frequency limits will operate in
P to Grid in W Amplitude normalized on RMS value
becomes inverted and the control bias for ω⋅tz is measured. For the current fundamental this means a
phase shift by 0.5⋅ωgrid⋅tz with regard to the grid voltage. Hence, in order to maintain a high power factor, tz must not be chosen too high. The ratio of tz to half of the period of the grid voltage is referred to as the chopping fraction (cf):
operate in islanding mode. If no particular control algorithm for islanding prevention is implemented, the load conditions under which islanding occurs, depend only on the inverter's frequency and voltage limits.
The outcomes show where to put accents in the development and implementation of efficient protection algorithms.