基于光伏并網(wǎng)逆變器的被動式反孤島策略

戴東亞

【摘 要】相對于離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)具有較高的電能利用效率，這就要求工作時(shí)候滿足并網(wǎng)條件。對于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)來說，必須要考慮一種故障——孤島效應(yīng)。孤島效應(yīng)可以使電壓以及頻率失去控制、產(chǎn)生很大的沖擊電流、損害電網(wǎng)設(shè)備以及對人員造成電擊的危險(xiǎn)。因此下文主要介紹基于光伏并網(wǎng)逆變器的被動式反孤島策略，從而最大程度上減小孤島效應(yīng)。

【關(guān)鍵詞】光伏并網(wǎng)；逆變器；孤島效應(yīng)

中圖分類號： TM464 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）01-0095-002

【Abstract】Compared with off-grid photovoltaic power generation system， grid-connected photovoltaic power generation system has high energy utilization efficiency in operation， which requires working conditions to meet the grid. For photovoltaic grid-connected power generation system， we must consider a fault - islanding effect. Islanding can cause voltage and frequency losses， create large inrush currents， damage grid equipment， and the risk of electric shock to personnel. Therefore， the following mainly introduces the passive anti-islanding strategy based on PV grid-connected inverters to minimize the islanding effect.

【Key words】Photovoltaic grid； Inverter； Island effect

0 引言

光并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，光伏并網(wǎng)逆變器的反孤島策略主要有兩大類：第一類被稱之為主動式反孤島策略，主要來應(yīng)對是功率的擾動以及頻率的偏移等情況。另外第二類是被動式反孤島策略，主要是解決頻率和電壓的不正常以及對相位和諧波監(jiān)視。被動式反孤島策略這種方法只能在電源和負(fù)載不匹配的時(shí)候才能有效的檢測，如在光伏并網(wǎng)逆變器輸出負(fù)載并聯(lián)電容情況下就會使得孤島檢測失效。

1 過/欠頻率反孤島策略（OFP/UFP）

過/欠頻率反孤島策略其實(shí)就是光伏并網(wǎng)逆變器在檢測出PCC點(diǎn)電壓頻率時(shí)，如果這個(gè)頻率值超出國家給出的正常范圍（f1，f2）時(shí)，然后通過控制指令就會停止光伏并網(wǎng)逆變器運(yùn)行，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)反孤島效應(yīng)的一種被動式方法。f1，f2是國際規(guī)定電網(wǎng)頻率的正常上下限的值，即國際標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)頻率f0=60HZ時(shí)，f1，f2的值分別為59.3HZ和60.5HZ。但是由于我國采用的電網(wǎng)頻率為f0=50HZ，因此f1，f2的值分別為49.4HZ和50.4HZ。

電網(wǎng)在斷開的一瞬間，無功功率不等于零，說明其與負(fù)載的無功功率不匹配，那么PCC點(diǎn)處的電壓就會出現(xiàn)變化，超出正常范圍值時(shí)，孤島效應(yīng)就會被檢測出來，否則檢測不出來。在沒有形成孤島穩(wěn)定狀態(tài)下，光伏并網(wǎng)逆變器輸出的電流值與在PCC的電壓相位差值幾乎為零。

在正常情況下，根據(jù)光伏電路系統(tǒng)分析可得：

2 過/欠電壓反孤島策略（OVP/UVP）

過/欠電壓反孤島策略就是指光伏并網(wǎng)逆變器輸出在PCC點(diǎn)處的電壓超出電壓規(guī)定的電壓值，然后通過控制指令將光伏并網(wǎng)逆變器停止運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)反孤島的一種被動式方法。當(dāng)斷路器在斷開的一瞬間，有功功率不等于零，就可以說明光伏并網(wǎng)逆變器輸出的有功功率與所帶負(fù)載的有功功率不匹配。PCC點(diǎn)的電壓之變化比較大時(shí)，孤島效應(yīng)的狀態(tài)就會被檢測出來達(dá)到反孤島保護(hù)。

由于光伏并網(wǎng)逆變器一般都是采用電流控制的，所以在穩(wěn)定狀態(tài)下，光伏并網(wǎng)逆變器輸出的電流與在PCC點(diǎn)處的電壓之間的相位差接近為零。在電網(wǎng)正常運(yùn)行條件下，由光伏發(fā)電系統(tǒng)電路分析可得：

過/欠電壓與頻率的反孤島策略不但可以用來檢測孤島效應(yīng)還可以保護(hù)設(shè)備，在其他情況下造成的電壓以及頻率的異常的反孤島方法都要通過過/欠電壓與頻率的反孤島策略來控制光伏并網(wǎng)逆變器的運(yùn)行。還有就是其成本低廉，這對于光伏發(fā)電系統(tǒng)來說是一個(gè)及其重要的因素。

3 電壓諧波檢測的反孤島策略

電壓諧波檢測的反孤島策略就是監(jiān)測光伏并網(wǎng)逆變器輸出的電壓諧波是否失真來檢測孤島效應(yīng)的一種策略。

當(dāng)電網(wǎng)跳閘后，存在兩種因素使得電網(wǎng)中的諧波增大：第一個(gè)因素是在電網(wǎng)自動跳閘后，由光伏并網(wǎng)逆變器產(chǎn)生的帶有諧波的電流流入到阻抗值遠(yuǎn)大于電網(wǎng)阻抗的負(fù)載中，這樣使得光伏并網(wǎng)逆變器輸出的電壓產(chǎn)生較大的失真，然后利用電壓諧波的變化來進(jìn)一步檢測孤島效應(yīng)是否產(chǎn)生。另外一個(gè)因素就是當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，斷開電網(wǎng)開關(guān)的位置是否位于變壓器源繞組側(cè)，這樣光伏并網(wǎng)逆變器輸出的電流會流過變壓器的二次繞組，變壓器中存在磁滯現(xiàn)象以及變壓器的非線性，這樣會導(dǎo)致輸出的電壓有比較大的失真。變壓器中的磁滯現(xiàn)象以及變壓器的非線性會導(dǎo)致電壓產(chǎn)生三次諧波，所以只要檢測是否存在三次諧波就可知孤島效應(yīng)是否發(fā)生。

由于電壓諧波檢測的反孤島策略不僅可靠性高，而且還能快速有效的控制孤島效應(yīng)的發(fā)生，所以經(jīng)常被用在小規(guī)模的光伏發(fā)電系統(tǒng)中。

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