分布式发电的孤岛问题

孤岛的检测
➢无论采取哪种孤岛应对策略，首先都需要进行孤岛检测。 ➢孤岛检测应对任何可能的孤岛都有效。 ➢孤岛检测应在规定的时间内完成。 ➢由于分布式电源的类型及并网方式的多样性，孤岛检测
方法也呈现出多样性。
分布式发电的孤岛问题
孤岛检测要考虑诸多因素,不同的电源类型应采取不同的 检测方案。
➢感应式发电机（如大多数的风力发电设备）需要电网的无 功支持，与电网脱离后无法独立运行，因而其控制系统中 包含失去电网保护，其实质就是孤岛检测，因而孤岛的检 测主要针对DG为直接并网的同步发电机和基于逆变器的发 电设备。 ➢基于逆变器接口的分布式发电设备（如太阳能光伏电池） 一般在逆变器中设置集成的保护功能，孤岛检测可以由其 逆变器内部的控制系统来完成。 ➢同步发电机的孤岛检测需要专门的检测装置来实现。
分布式发电的孤岛问题
分布式发电的概念
➢一般指发电容量较小(几十千瓦至一百兆瓦之间) 、 与配电网连接、分散在负载附近的发电形式。
➢在许多国家分布式发电一般不经规划或中央调度。 与远距离输电和大电网互联的电力系统相区别，
人们称之为分布式发电。
分布式发电技术及并网方式
分布式发电的电源类型
➢风力发电技术 ➢太阳能发电 ➢燃料电池发电 ➢生物质能发电 ➢地热发电 ➢小型水利发电 ➢热电联产与冷热电联产 ➢其他
分布式发电技术及并网方式
分布式电源的并网方式
分布式电源采用的发电技术不同，其并网方式也不同， 如表1所示。
技术类型 风力发电
输出 工频AC/非工频AC
并网方式 直接并网/整流、逆变器并网
太阳能光伏发电 太阳能热发电
生物能发电 水力发电 燃气轮机 潮汐发电 地热发电 燃料电池 微型涡轮机
DC 工频AC 工频AC 工频AC 工频AC 工频AC 工频AC 工频DC 高频AC
孤岛的应对策略
孤岛状态下DG的并网运行
上述孤岛应对措施操作简单、便于维护和管理，但存 在许多问题: 用户 供电的中断却给用户带来不便 发电商 利益受到损害 对电网
如果分布式电源在孤岛状态下退出，当电网重合成功 或故障消除后恢复供电，原来由DG提供电能的用户全部由 电网供电，加重了电网的负担，在某些情况下可能造成电 网的不稳定，对电网是不利的。
分布式发电的孤岛问题
孤岛的危害
非计划的孤岛运行具有偶然性和不确定性，会对系统、 用户和DG本身带来不利影响：
➢电能质量下降、损坏DG和损坏用电设备 ➢造成DG机组与电网的非同步并列 ➢故障水平降低，影响继电保护装置的正常工作 ➢威胁公众及运行人员的安全。 ➢可能失去接地点，威胁绝缘安全。
分布式发电设备需要安装孤岛检测装置，快速、准确地 检测出孤岛状态。在检测出孤岛发生后立即采取相应措施，消 除孤岛运行可能产生的危害。
Hale Waihona Puke Baidu
逆变器并网 直接并网 直接并网 直接并网 直接并网 直接并网 直接并网 逆变器并网 整流、逆变器并网
分布式发电的孤岛问题
孤岛的概念
变电站
35kV
QF5 QF4 10kV
QF3 A
QF2 L
QF1 DG
孤岛
包含分布式发电机的系统示意图
由于线路故障等原因，断路器QF2或QF3跳开，此时 DG和负载L就构成了一个孤岛系统。在孤岛系统中，DG 脱离电网后继续运行，独立地给负载L供电，称为孤岛 运行。由于故障跳闸等偶然原因形成的孤岛运行，称为 非计划孤岛运行。
同步发电机的孤岛检测方法
相位偏移法（VS, Vector Shift）
相位偏移法通过检测DG端电压的相位变化来判断DG 是否处于孤岛状态。
公用电网
QF2
QF1
负载 L
VS
继电器
•
U
Xd
•
E
孤岛时由于DG所带负载功率的突然增加（或减少）， 其电动势与端电压的相差随之增大（或减少），相应地， 端电压将跳变到一个新的值，其相位也随之改变。
合理的孤岛运行可以提高系统的供电可靠性，减少电压 跌落，提高电能质量。
孤岛的应对策略
孤岛状态下DG的并网运行
➢分布式发电机的形式多种多样，容量差别很大。许多DG容 量较大，且自身带有良好的电压和频率控制装置，孤岛状 态下完全可以继续运行，并有能力给用户提供电能。（微 电网） ➢根据DG容量的大小和本地负荷的大小，确定合理的孤岛区 域，孤岛状态下继续给区域内的负载供电。 ➢随着分布式发电的发展，相关的法规也在不断的调整，例 如，英国电力联合会协议UKG75[5]，认可了孤岛状态下DG 的继续运行。
同步发电机的孤岛检测方法
相位偏移法（VS, Vector Shift）
•
•
E
U
δ
•
•
EU
•
U'
Δδ
（a）
（b）
u
u u'
t Δθ
相位偏移的计算通常采用一个周波内的相对偏移 量，即相位偏移继电器将当前的测量波形与参照波形 相比较，计算出相位偏移值 。当 大于VS继电器 设定的门槛值，则发出孤岛运行信号。
孤岛的应对策略
现行的孤岛应对策略
➢为避免无意形成的孤岛运行对电网、分布式电源以及用户 等造成危害，现行的运行规程一般要求分布式电源配置反 孤岛保护，快速、准确地检测出孤岛状态，一旦孤岛发生 立即跳开DG与系统连接点的断路器。 ➢英国电力联合会颁布的G59/1[3]对于容量小于5MW、接入 电压等级低于20kV的分布式电源接入电网做了技术规定： 对于长期并网运行的分布式电源，大于150kVA的都需要配 置反孤岛保护。 ➢2003年，IEEE颁布了P1547[4]，规定了分布式电源接入主 电网的基本技术要求，规定在孤岛形成2s内反孤岛保护要 动作，将分布式电源从系统中切除。
同步发电机的孤岛检测方法
孤岛检测方法的分类
孤岛检测方法
基于通信的检测方法
被动检测方法
主动检测方法
远程跳闸法 输电线载波法
频率检测法
阻抗检测法
电压幅值检测法
无功输出检测法
频率变化率法
其它方法
相位偏移法
其它方法
同步发电机的孤岛检测方法
同步发电机孤岛检测方法的评价
1.基于通信技术的检测方法不存在检测死区、是最直接的 孤岛检测方法，但经济性较差，一般用于具备通信条件 或者采用其它方法无法满足孤岛检测要求的情况。
2.主动法检测死区小、灵敏度高,但用于直接并网的同步 发电机孤岛检测时，由于会对系统和发电机产生不利影 响，以及注入的检测信号有一定要求，使其应用受到限 制。
3.被动检测法原理简单、易于实现，是直接并网的同步发 电机孤岛检测最常用的方法。但各种被动检测法存在灵 敏度和可靠性问题，需要在后面的研究工作中加以解决。