防孤岛保护测控装置-光伏发电运行

什么是“孤岛效应”？

孤岛效应：当电网供电因故障、误操作或停电维修等原因造成中断供电，各个新能源并网发电系统仍在运行，并向周围负载供电，构成一个电力公司无法控制的自给供电孤岛。

“孤岛效应”有哪些危害？

当孤岛效应发生时，造成的危害：

1、电网无法控制孤岛中的电压和频率，如果电压和频率超出允许范围，可能会对用户的设备造成损坏；

2、如果负载容量大于逆变电源容量，电源过载运行，容易被烧毁；

3、孤岛进行重合闸会导致该线路再次跳闸，可能损坏逆变电源或其他设备；

4、与逆变电源相连的线路仍带电，对检修人员造成危害，降低电网的**性。

“防孤岛保护装置”的作用

防孤岛保护装置主要适用于35KV、10KV及低压380V380V光伏发电、燃气发电等新能源并网供电系统，在发生孤岛现象时,防孤岛保护装置可以快速切除并网点，使本站与电网侧快速脱离，从而保证整个电站和相关维护人员的生命**。

产品特点

防孤岛保护装置的功能设定依据国家发布的分布式电源并网相关标准规范，集成分布式电源并网所需的保护功能、测控功能、通信功能、事件记录、保护功能压板的投/退、定值修改及定值区的切换等功能，同时具备485通讯接口、以太网通讯接口等多种通讯接口，并支持Modbus-RTU规约、103规约。支持IRIG-B对时。

保护功能

光伏防孤岛保护装置的功能设定依据国家发布的分布式电源并网相关标准规范，集成分布式电源并网所需的保护功能、测控功能、通信功能、事件记录、保护功能压板的投/退、定值修改及定值区的切换等功能，同时具备485通讯接口、以太网通讯接口等多种通讯接口，并支持Modbus-RTU规约、103规约。支持IRIG-B对时。 频率过高、频率过低、过电压、低电压、频率突变、逆功率、外部联跳、系统失电、电流三段保护且带方向闭锁（速断、限时速断、过电流）、零序过流、有压自动合闸。

注：保护装置功能可根据用户需求定制。

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如今光伏发电站在电力系统中所占的份额越来越大，不仅有集中式大面积光伏，还有分布式小型光伏发电站。随着科学技术的进步，发展成为分布式光伏电源给负荷供电，组成局部孤网运行。为避免孤网产生，本文从孤岛的检测方法入手进行阐述。以被动式检测方法与主动式检测方法的特点为主线，结合配置防孤岛保护，减少孤岛现象给电网运行带来的危害。

1、孤岛状态检测方法

目前孤岛检测方法主要分为被动检测和主动检测。

1.1 被动式孤岛检测

被动检测就是通过检测孤岛形成前后的频率、电压、功率输出等电气量变化，来判断是否与主电网断开。主要包括低频低压、高频高压、频率变化率法、矢量相移法和功率波动法等。低频低压与高频高压检测：因光伏电源并网运行，频率和电压不会有很大的波动，总能够在允许的范围之内。

1.2 主动式孤岛检测

主动检测通过对系统施加一个外部干扰，然后监视系统的响应来判断是否形成孤岛，一般是通过改变光伏逆变器有功或无功输出，检测电压和频率的响应变化。主动检测将向系统施加外部干扰，即使是功率完全平衡的孤岛，也可以通过主动干扰来破坏功率平衡，从而被可靠地检测出来。当系统中包含多个分布式电源时，各电源主动检测装置发出的干扰信号可能互相影响，降低检测效果。

2、分布式光伏电站防孤岛保护

2.1分布式光伏电站防孤岛保护配置

为了保证分布式光伏电站的**稳定运行，根据《光伏发电站设计规范》GB 50797和《光伏发电站接入电力系统设计规范》GB/T50866要求，光伏电站应配置独立的防孤岛保护，其中防孤岛保护应与线路保护、重合闸、低电压穿越能力相配合[1]。基于上述規定，大批分布式光伏电站使用了孤岛保护装置，分布式光伏电站配置的防孤岛保护装置一般都是故障解列装置。

2.2光伏发电防孤岛装置的保护配置功能有以下几点

（1）低频保护：频率在35HZ-65HZ之间时且曾经在低频值以上时低频保护才能启动，低频保护动作200ms后立即返回。

（2）过频保护：当频率高于定值时保护启动。

（3）低压保护：当电压低于定值时动作。

（4）过压保护：当电压高于定值时动作。

（5）联跳：支持变电站侧联跳，即当收到变电站侧联跳命令时延时开出跳闸出口，切本站的并网开关。

（6）频率突变：当频率波动值超过所设定值时，保护动作。

2.3分布式光伏发电保护配置分为三个方面

2.3.1逆变装置至电网间交流保护配置

接收光伏电站并网线路的电网侧主要配置主保护及后备保护，主保护具有零秒速动性，能快速切除故障，后备保护是相邻或下级出现故障时带时限切除的一种保护，光伏电站侧只配置主保护，一般后备保护不进行配置。逆变器是光伏电站并网关键部分，其保护和检测功能应完善齐备，根据负荷端至电网系统侧模型，对电网系统至逆变器之间的保护进行合理配置至关重要的部分。

2.3.2逆变装置保护配置

当电网系统中发生短路故障时，光伏电站保护进行自动检测，其向电网系统输出短路电流，不应超过额定电流的2.5倍。

2.3.3光伏板至逆变装置间直流保护配置

逆变器装置至太阳能光伏板之间配置直流保护，通常采用空气开关来实现，因逆变器靠近电网系统侧已装设逆变器保护，在另外一侧不需装设，只需在光伏板侧配置直流保护。因光伏板需要特殊材料才能制作，负荷电流较大时，以设定*大额定电流为限值时，光伏板会出现板面破裂、鼓肚的情况现象发生，则此空气开关必须采用高精度材料制成，方能有效满足逆变装置至光伏板之间直流保护的工作要求。

2.4防孤岛保护装置的主要作用

（1）当电网侧失电的时候，需要维修人员去检修，这时光伏本侧还处于正常发电状态，还会向电网侧送电，这时就会形成孤岛效应，给电网侧检修人员带来很大的**威协。同样，当光伏本侧出现故障，需要人员检修的时候，而电网侧还有电，这样电网侧有可能会出现向本站反送电的情况，同样会给光伏本侧维修人员带来生命**方面的隐患。如果装上防孤岛保护装置，当光伏本侧或者电网侧任何一侧失电的时候，防孤岛保护装置都会迅速向并网开关发出命令，让其跳闸，从而很好的保证了光伏两侧维修人员的生命**。

（2）当光伏本侧或者电网侧任何一侧出现频率、电压或者过载运行时给两侧主设备造成冲击时，防孤岛保护装置也会迅速向并网开关发出命令，让其跳闸，从而很好的保证了两侧主设备不受伤害，避免事故进一步扩大。

（3）智能并网： 装置带有失压跳闸、检有压自动合闸功能，当故障解除后，光伏两侧都处于正常状态。这时防孤岛保护装置就会检测到相关信号，自动合上并网开关，让其正常工作，省去了人工并网的繁琐。

2.5被动式防孤岛保护

该方法仅仅是一种监控手段，并不改变逆变器输出的参数，因此对电网和输出电能质量没有影响。此方法一般只能在发电出力与负载不匹配程度较大时才能有效，否则，此类方法就会失效。所以被动检测法只能应用于负载功率变动不大，且与逆变器的输出不匹配的场合，被动式孤岛检测方法主要有过欠压和过欠频保护、电压相位突变检测、电压谐波检测等方法[2]。

2.6主动式昉孤岛保护

主动式的孤岛效应检测法主要是考虑对逆变器某些输出，如频率、相位、电压等施加偏移的时候提出。该方法hui影响输出功率因数，给电网注入谐波，影响供电的质量。主动式防孤岛效应保护方案主要有电流干扰法、输出电能变动法、主动频率偏移、自动相位偏移法等，均是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，来检测孤岛效应通过对分布式光伏发电的孤岛运行机理与防孤岛保护策略进行分析。