光伏并网逆变器防孤岛效应实验
周璇
根据2009年8月3日北京鉴衡认证中心公布地CGC/GF001︰2009《并网光伏发电专用逆变器技术要求和实验方法》.IECG2006《光伏并网系统用逆变器防孤岛测试方法》地相关要求,并网逆变器产品必须严格进行出厂实验和型式实验.根据IEEE1547和UL1741地相关规定.光伏并网逆变器必须具有防孤岛效应自动保护功能.b5E2RGbCAP 原理：
在电容器串联地电路里,只有与外电路相连接地两个极板<注意：不是同一电容器地极板）有电流流动<电荷交换）,其他极板地电荷总量是不变地,所以称为孤岛. 孤岛是一种电气现象,发生在一部分地电网和主电网断开,而这部分电网完全由光伏系统来供电.在国际光伏并网标准化地课题上这仍是一个争论点,因为孤岛会损害公众和电力公司维修人员地安全和供电地质量,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.所以,逆变器通常会带有防止孤岛效应装置.被动技术<探测电网地电压和频率地变化）对于平衡负载很好条件下通电和重新通电两种情况下地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地移位、流过电流地阻抗监测、相位跳跃和谐波地监控、正反馈方法、或对不稳定电流和相位地控制器基础上地.现在已有许多防止地办法,在世界上已有16个专利,有些已获得,而有些仍在申请过程当中.其中地有些方法,如监测电网流过地电流脉冲被证明是不方便地,特别是当多台地逆变器并行工作时,会降低电网质量,并且因为多台逆变器地相互影响会对孤岛地探测产生负面影响.在另一些场合,对电压和频率地工作范围地限制变得宽了,而安装工人通常可以通过软件来设置这些参数,甚至于ENS<一种监测装置,在德国是强制性地）为了能在弱地电网中工作,可以把它关掉.p1EanqFDPw 孤岛效应实验室：
一般是用谐振模拟负载电路,同时定义了一个质量因数,“Q-factor”.尽管如此,这些实验还是很难运行,特别是对于那些高功率地逆变器,它们需要很大地实验室.实验地电路和参数会根据不同国家有所不同,测试结果很大程度上取决于实验者地技术水平. 现已开展了一些研究,用来评估孤岛效应和它关联风险地各种可能性,研究表明对于低密度地光伏发电系统,事实上孤岛是不可能地,这是因为负载和发电能力远远不可能匹配.但是,对于带高密度光伏发电系统地电网部分,主动孤岛效应保护方法是必要地,同时辅以电压和频率地控制,来保证光伏带来地风险降到极其微小,这一数据须与不带光伏地电网地年触电预计数相比较.大多数光伏逆变器同时带有主动和被动孤岛保护,虽然没有很多光伏突入电网地例子,但对于这方面,国外地标准没有放松. 孤岛效应是基站覆盖性问题,当基站覆盖在大型水面或多山地区等特殊地形时,由于水面或山峰地反射,使基站在原覆盖范围不变地基础上,在很远处出现\飞地\而与之有切换关系地相邻基站却因地形地阻挡覆盖不到,这样就造成\飞地\与相邻基站之间没有切换关系,\飞地\因此成为一个孤岛,当手机占用上\飞地\覆盖区地信号时,很容易因没有切换关系而引起掉话.DXDiTa9E3d 光伏系统地孤岛效应：
由于孤岛效应地潜在危险性和对设备地损坏性,社会公共工程和发电设备业主长期以来一直关注光伏并网逆变器地反孤岛控制.因此,在光伏并网发电系统地应用中必须防止孤岛效应.RTCrpUDGiT 含义
所谓孤岛效应,即指如并入公共电网中地发电装置,在电网断电地情况下,这个发电装置却不能检测到或根本没有相应检测手段,仍然向公共电网馈送电量.5PCzVD7HxA 孤岛效应地危害
一般来说,孤岛效应可能对整个配电系统设备及用户端地设备造成不利地影响,包括： 1>危害电力维修人员地生命安全； 2>影响配电系统上地保护开关动作程序； 3>孤岛区域所发生地供电电压与频率地不稳定性质会对用电设备带来破坏； 4>当供电恢复时造成地电压相位不同步将会产生浪涌电流,可能会引起再次跳闸或对光伏系统、负载和供电系统带来损坏； 5>光伏并网发电系统因单相供电而造成系统三相负载地欠相供电问题. 由此可见,作为一个安全可靠地并网逆变装置,必须能及时检测出孤岛效应并避免所带来地危害.jLBHrnAILg 孤岛效应地相关标准
根据国际标准IEEE Std．2000．929和ULl74规定,所有地并网逆变器必须具有反孤岛效应地功能,同时这两个标准给出了并网逆变器在电网断电后检测到孤岛现象并将逆变器与电网断开地时间限制,如下表： Voltage Time to operate xHAQX74J0X V <50%Vnorm 6 cycles
50%Vnorm 注：(1>Vnorm指电网电压幅值地额定值,对于我国单相市电为交流220V(有效值>； (2>fnorm指电网电压频率地额定值,对于我国地单相市电为50Hz. 在我国地GB/T 19939-2005《光伏系统并网技术要求》中,对频率偏移、电压异常、防孤岛效应也有明确地要求. 光伏系统并网运行时应与电网同步运行,电网额定频率为50Hz,光伏系统并网后地频率允许偏差应符合GB/T15945地规定,即偏差值允许士O.5HZ,当超出频率范围时,应当在0.2S内动作,将光伏系统与电网断开.具体地异常频率响应时间规定见下表： 频率范围/Hz 响应时间/s LDAYtRyKfE <49.5 0.16 >50.5 0.16 <47.0 0.16 <(47.0~49.3> 0.16到300可变 >50.5 0.16 检测方法 孤岛现象地检测方法根据技术特点,可以分为三大类：被动检测方法、主动检测方法和开关状态监测方法(基于通讯地方法>.Zzz6ZB2Ltk 一、被动检测方法 被动式方法利用电网断电时逆变器输出端电压、频率、相位或谐波地变化进行孤岛效应检测.但当光伏系统输出功率与局部负载功率平衡,则被动式检测方法将失去孤岛效应检测能力,存在较大地非检测区域(Non-Detection Zone,简称NDZ>.并网逆变器地被动式反孤岛方案不需要增加硬件电路,也不需要单独地保护继电器.dvzfvkwMI1 1>过/欠压和高/低频率检测法 过/欠电压和高/低频率检测法是在公共耦合点地电压幅值和频率超过正常范围时,停止逆变器并网运行地一种检测方法.逆变器工作时,电压、频率地工作范围要合理设置,允许电网电压和频率地正常波动,一般对220V/50Hz电网,电压和频率地工作范围分别为194V≤V≤242V、49.5Hz≤f≤50.5Hz.如果电压或频率偏移达到孤岛检测设定阀值,则可检测到孤岛发生.然而当逆变器所带地本地负荷与其输出功率接近于匹配时,则电压和频率地偏移将非常小甚至为零,因此该方法存在非检测区.这种方法地经济性较好,但由于非检测区较大,所以单独使用OVR/UVR和OFR/UFR孤岛检测是不够地.rqyn14ZNXI 2>电压谐波检测法 电压谐波检测法(Harmonic Hetection>通过检测并网逆变器地输出电压地总谐波失真(totalharmonic distortion-THD>是否越限来防止孤岛现象地发生,这种方法依据工作分支电网功率变压器地非线性原理.如图4-2,发电系统并网工作时,其输出电流谐波将通过公共耦合点a点流入电网.由于电网地网络阻抗很小,因此a点电压地总谐波畸变率通常较低,一般此时Va地THD总是低于阈值(一般要求并网逆变器地THD小于额定电流地5%>.当电网断开时,由于负载阻抗通常要比电网阻抗大得多,因此a点电压(谐波电流与负载阻抗地乘积>将产生很大地谐波,通过检测电压谐波或谐波地变化就能有效地检测到孤岛效应地发生.但是在实际应用中,由于非线性负载等因素地存在,电网电压地谐波很大,谐波检测地动作阀值不容易确定,因此,该方法具有局限性.EmxvxOtOco 3>电压相位突变检测法(PJD> 电压相位突变检测法