孤岛保护技术

孤岛保护技术

一·孤岛现象和保护标准

当公用电网断电或者分布式发电系统从公用电网系统断开后，有其他分布式电源的存在并仍然在向输电线路输送电能，则其与周围所连接的负载形成了一个自给供电的孤岛系统。

如图所示，典型光伏并网发电系统包括投切开关1，投切开关2，一个或者多个PV电源以及电网负载和本地的负载。公用电网上所挂的电网负载，分布式光伏发电系统所挂的本地负载和电网在公共耦合点PCC处连接。如果投切开关1断开，则分布式光伏发电系统与电网负载，本地负载共同形成一个孤岛供电系统。如果投切开关2断开，则光伏发电系统与本地负载形成了一个孤岛供电系统。在孤岛中，如果分布式电源仍然工作，提供电能给负载，则孤岛效应发生。

孤岛效应的发生会对人员和电气设备带来潜在的危害：

1）对公网线路进行维修的人员带来一定的安全危害，维修的人员可能意识不到分布式电源的存在，从而发生触电事故。

2）由于光伏发电系统通常是单位功率因数并网，当与大电网脱离后，本地负载总是对无功功率有需求，这样会使得孤岛运行时不能满足无功功率需求，孤岛区域的供电电压和频率可能不稳定而发生波动甚至奔溃，从而造成对负载用电设备的损坏。

3）电力公司恢复供电时，孤岛系统重新并网会遇到问题，该系统的电压相位和电网电压相位不同步引起大的电流冲击，造成PV电源和本地负载损坏等问题。

4）因单相供电造成系统三相负载的缺相问题。

5）孤岛供电状态脱离了电力管理部门的监控，系统不可控，导致高安全隐患问题。

因此，针对越来越多的光伏并网发电系统的应用，发生孤岛效应的概率也就越来越高了，必须对这种现象进行保护，以避免发生孤岛问题。由此可见解决孤岛问题显得尤为重要。

二·孤岛监测方法

目前，人们提出了许多不同的孤岛监测方法。总体上，孤岛监测方法可分为两大类：远程技术和本地技术。

1.远程技术

远程技术是通过电网与各分布式电源之间通信完成监测。它是指电网和分布式电源之间通过通信来联系，实现的孤岛监测具有很高的可靠性。但是，因为需要通信设备，所以其成本通常要高于本地技术。远程技术包括电力线载波（PLC ）法，传输断路器跳闸方法和SCADA 技术等。该类方法适用于大功率分布式电源并网电站。

电力线路载波法是采用连接在变电站母线二次侧的信号发生器不断地给所有的配电线路发送信号，各分布式电源都有自己的信号接收器，通过判断接收到信号的连续性来判别孤岛的发生，通信线路是电网线路。该方法的优点是可靠性高，同时不用考虑配电网拓扑结构变化。缺点是需要额外的信号发生器和分布式电源中的接收器装置，而信号发生器通常为中压设备，因而需要降压变压器设备。如果只有少量的分布式电源，则大大增加了系统的成本，同时也会干扰其他电力线路载波通信信号。

传输断路器跳闸方法是通过检测各分布式电源与电网之间所有的断路器以及自动重合闸的状态来进行。该方法需要无线电通信方式来传递状态信号。其缺点是在断路器上安装检测和无线电发送装置需要得到电力部门的许可，同时也存在断路器上的高电压和拉弧对上诉装置的安全和干扰问题。

监控和数据采集SCADA 技术是从系统的角度出发进行孤岛监测，它由一个主控单元和多个分布式电源自带的远端单元RTU 进行通信完成。孤岛监测和保护动作的速度受通信方式的影响较大。

2.本地技术

本地技术是各分布式电源本身通过检测公共耦合点PCC 处的电压信息来判断孤岛是否发生。本地技术分为两类：被动式检测法和主动式检测法。

被动式检测法只是通过实时检测公共耦合点PCC 处的电压参数是否超过阈值来识别孤岛现象，而无需向电网注入任何扰动信号，因此被动式检测法对供电质量无影响。由于被动式孤岛检测法存在较大的检测盲区，为了满足系统检测标准的要求，必须在逆变器控制策略中加入主动式检测法。因此，孤岛监测经常将被动式和主动式结合起来使用。主动式监测方法一般通过定时改变输出信号来达到对电网的扰动效果。根据逆变器输出电流公式)2sin(θπ+=ft I I m inv 可知，对幅值I m ，频率f 或初始相位θ进行扰动，从而达到监测孤岛效应的目的。

被动检测法包括过/欠压保护以及过/欠频保护，电压相位突变监测，电压谐波检测以及频率变化率监测等。

主动检测法一般是通过定时改变逆变器输出电流信号来达到对电网的扰动效果。通常，主动检测法包括电流幅值扰动法，主动频率偏移法（AFD ），正反馈频率偏移法（AFDPF ），滑动频率偏移法（SMS ），自动移相偏移法（APS ），2N 周期扰动法，阻抗检测法等。由于主动检测法是向电网注入畸变的电流扰动信号，因此对供电质量有一点影响。

3.孤岛监测方法比较

从远程技术和本地技术角度出发，分布式电源并网孤岛监测常用的方法及其特点，优缺点，适用范围等如下表所示。

由于每种方法都有各自的优缺点以及绝大部分方法都存在一定的监测忙区问题，因此目前的孤岛监测技术主要在于将被动式和主动式检测技术更加合理地结合起来，算法相对简单，实现相对容易，以达到准确可靠地识别孤岛现象的目

的。