过/欠压和过/欠频孤岛检测方法研究

武威职业学院 颜鲁薪

过/欠压和过/欠频孤岛检测方法研究

武威职业学院 颜鲁薪

从被动式孤岛检测的角度，探讨了过/欠压和过/欠频孤岛检测法的原理和其相对困难的负载形式下的孤岛检测，得到了这种检测方法的优缺点，为合理使用该方法进行孤岛防护提供了依据。

光伏并网；孤岛；被动；检测

引言

所谓孤岛效应是指当电网供电因故障事故或停电维修而跳脱时，各个用户端的分布式并网光伏发电系统未能即时检测出停电状态而将自身切离市电网络，而形成由分布电站并网发电系统和周围的负载组成的一个自给供电的孤岛。

孤岛一旦产生将会危及电网输电线路上维修人员的安全；影响配电系统上的保护开关的动作程序，冲击电网保护装臵；影响传输电能质量，电力孤岛区域的供电电压与频率将不稳定；当电网供电恢复后会造成的相位不同步；单相分布式发电系统会造成系统三相负载欠相供电。因此对于一个并网系统必须能够进行反孤岛效应检测。

被动式孤岛检测方法是其中重要的防孤岛方法。被动式检测法无需向电网注入任何扰动信号，只是通过实时检测公共耦合点PCC处的电压参数是否超过阀值来识别孤岛现象，因此对供电质量无影响。被动检测法包括过/欠压保护及过/欠频保护，电压相位突变检测等。

1.过/欠压和过/欠频检测法

在电网断电光伏发电系统孤岛运行时，大部分情况下负载功率与逆变器输出功率不匹配，此时PCC处的电压复制或频率会超出正常运行范围，因此通过检测过压或欠压、过频或欠频可以判断是否发生孤岛效应。

图1　典型光伏并网发电系统结构示意图

在图1中，当断路器1和2都闭合时，光伏逆变器并网运行，公共耦合点PCC处电压是由电网决定的，其频率和相位都与电网电压信号相同。逆变器输出有功功率、无功功率分别为Ppv、Qpv，从光伏发电系统流向公共耦合点PCC。负载需求的有功功率、无功功率分别为Pload、Qload。电网输出的有功功率、无功功率分别为△P、△Q。在PCC处有功功率和无功功率分别满足功率平衡条件：

当光伏逆变器并网运行，△P为正时，需要从电网吸收能量。而当△P为负时，系统处于逆潮流状态，即光伏发电系统将多余的能量馈送到电网中。通常光伏发电系统运行在单位功率因数下，因此可以认为Qpv为零，负载所需无功功率则完全由电网提供。

2.RLC并联负载孤岛检测方法

下面针对检测相对困难的负载形式—RLC并联负载来进行孤岛检测方法的研究。当本地负载为RLC并联形式时，负载所需的有功功率和无功功率可用式3，式4表示，这里ω指瞬时电压的角频率。

在图1中，当投切开关2断开时，光伏逆变器与本地负载形成一个孤岛，下面针对△P和△Q分五种情况分析。

△P＞0;这种情况说明负载所需有功功率大于光伏系统所发功率，从式3可知，Pload减小，意味着VPCC也会随着减小，当VPCC减小到电压下限阀值时，可通过UVR检测出来，从而进行孤岛保护。

△P＜0;这种情况说明负载所需要有功功率小于光伏发电系统所发功率，从式3可知，Pload增大，意味着VPCC也会随着增大，当V增大到电压上限阀值时，可通过OVR检测出来，从而进行孤岛保护。

△Q＞0；意味着负载是感性的，需要滞后的无功功率。然后电网断电后△Q=0，从式4可知，单位功率因数控制条件下迫使VPCC的ω一直增加，当ω超过频率上限时，可通过OFR检测出来，从而进行孤岛保护。

△Q＜0；意味着负载是容性的，需要超前的无功功率，同理，当电网断电后，VPCC的ω一直减小，当降低到频率下限时，可以通过UFR检测出来，从而进行孤岛保护。

△P、△Q都非常接近或等于零；意味者负载所需要的功率全部由光伏发电系统提供，此时VPCC基本不变，处于非检测区域，因此保护失效。

下面分析该检测方法的非检测区范围。发生孤岛效应后，由式5可知，如果光伏发电系统提供的有功功率Ppv小于负载有功需求Pload，则负载电压V就会减小，反之V就会增大。

如果PCC处的电压上、下限值分别为V2,V1，则当电压落入V1＜V＜V2时，过/欠电压检测法无法识别孤岛效应。即若满足，则进入了过/欠压检测法无法识别孤岛效应。若满足式6，则进入了过/欠电压保护的非检测范围。

并联RLC负载固有的谐振频率由式7表示，品质因数Qf用式8表示。若f1、f2为频率的上、下限值，则过/欠频的非检测区范围可用式9表示。

3.结论

由此可见，过/欠压、过/欠频检测法具有实现方便、成本低，以及不向电网注入任何谐波的优点。该方法的缺点：有很大的非检测区域，并且针对不同的负载，其孤岛保护响应时间不可预测。

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