[科普中国]-光伏发电系统防孤岛技术

简介近年来，太阳能光伏发电顺应了当今时代的需求，发展前景广阔，发展的非常迅速。就2001年到2010年间，全球装机容量一直处于持续增长状态， 2010年全球装机容量累计增长率可达72.63 070，作为可在生能源中的第三大发电技术，光伏发电的增长率超过了其他可再生能源，国际能源署(IEA)预测到2015年可再生能源发电量将增至总发电量的1/3，继煤炭发电后的第二大电力来源，约占煤炭发电的1/2，到203年将赶上煤炭发电量。近年来，随着能源结构的逐步转变，我国的光伏事业在政府的大力支持下的很快。我国的光伏产业正处于新兴阶段， 2010年中国光伏发电装机容量比国内光伏发电装机容量增长迅速，也发展2009年翻两番还多。但是科技水平离发达国家还有些距离，还在发展阶段。太阳能光伏发电是太阳能的主要利用形式，它与电网并联一同给负载供电，在阴天或夜晚电能不足时由电网供电，产能过剩时，不仅可以满足用户需求，还可以向电网供电，省去了蓄电池，不仅降低电力损耗，还可以节约占地空间1。

并网光伏发电系统的孤岛效应孤岛防护作为光伏逆变系统安全工作的一个必要环节，是限制光伏产业发展的一个重要因素之一。孤岛是光伏并网发电系统中不可避免的现象，它的危害很大，严重时还可能会危及人身安全，所以我们必须重视孤岛效应带来的危害，并采取相应的防孤岛措施。

1孤岛效应

当电网正常工作时，电网与光伏发电系统一同给负载供电，但是当电网因检修或者故障而停电时，系统处于光伏发电系统单独给负载供电的情况，此时系统失去了电网的控制，处于失控状态，这种光伏发电系统单独给负载供电的情况叫做孤岛效应。

在光伏并网发电系统中，光伏发电系统可等效为电流源，电网可以等效为电压源，电网正常工作时，系统受到电网的钳制作用，光伏发电系统总与电网保持一致。孤岛后，系统不再受电网的控制。一旦发生孤岛效应，处十失控状态的光伏发电系统将会带来很多危害。

2孤岛效应的危害

反孤岛功能是光伏发电系统必须具备的重要功能之一，孤岛效应的发生带来很多危害，使得孤岛效应不得不引起人们的重视，在光伏发电系统的运行过程中，一旦发生孤岛，可能导致的危害有:

(1)孤岛发生后，电网停止工作，系统不再受电网控制，系统的参数会随着逆变器与负载的功率匹配程度不同而产生不同程度的波动，波动大时，很可能损坏电力设备。

(2)电网停电后，电力维修人员进行检修时，很有可能发生触电事故，同样，用户的人身安全也无法保障。

(3)孤岛后，负载的运行依靠逆变器单独供应，若逆变器的容量小而负载容量大时，逆变器很有可能因过载而烧毁，造成财产损失。

(4)电网恢复供电后，光伏发电系统重新并网，很有可能会发生光伏发电系统与电网相位不同步的现象。

鉴于此，我们必须采取必要的措施来避免孤岛的发生，防止孤岛带来的危害。

孤岛的研究现状随着光伏产业的飞速发展，反孤岛技术也得到了飞速的发展。国内外的研究者们提出了各种各样的反孤岛技术，这些技术主要可以分为三大类:外部孤岛检测技术(Remotetechniques，主动孤岛检测技术(Active techniques，和被动孤岛检测技术(Passivetechniques，其中主动孤岛检测技术和被动孤岛检测技术又统称为内部孤岛检测技术 (Local techniques)。

外部孤岛检测技术是检测电网端的电网运行状态，这种技术可靠性高，盲区很小，但是成本高，对于小型光伏发电系统并不适应。另外，外部孤岛检测技术需要依赖电网与逆变器的通信，这就需要装置信号发生器和信号接收器，然而在电网端安装设备的审批和手续很繁琐。主动孤岛检测技术对电网施加扰动，成本低，可以有效减小盲区，但是扰动会导致电能质量降低，扰动力度太小，检测速度慢，盲区大，扰动力度大，则电能质量差，也可能导致系统不能正常工作，所以主动孤岛检测技术要控制好扰动力度。被动孤岛检测技术，不影响电能质量，成本也低，但是盲区太大。我国要求并网逆变器采用主动孤岛检测技术和被动孤岛检测技术至少各一种，两者结合，互相弥补2。

低谐波孤岛检测技术我国对于防孤岛措施要求采用主动孤岛检测技术和被动孤岛检测技术至少各一种。在常用的主动孤岛检测技术中，主动频率偏移法(即AFD法)是应用较多的技术之一。

传统AFD法检测原理：在并网光伏发电系统中，公用电网和光伏发电系统同时给负载供电，公用电网相当于电压源，光伏发电系统相当于电流源，当系统正常工作时，公用电网对光伏发电系统起钳制作用;孤岛时，光伏发电系统将处于单独给负载供电的状态，不再受公用电网钳制，所以系统的参数随着负载和光伏发电系统有功、无功匹配程度不同而产生不同程度的波动。

未来孤岛检测技术发展趋势和需求国内外的学者们提出了各种各样的孤岛检测方法，这些方法有可取之处，但是也存在缺点。外部检测法可靠性高、盲区很小，但是审批和安装比较麻烦，其高成本给光伏发电的发展增加了负担，一般中小型发电系统不予考虑。主动检测法检测盲区小，但是它对电网进行干扰，强迫其发生变化，降低了电能质量。被动法成本低，不影响电能质量，但是盲区大。当负载和Pv的有功、无功接近或者匹配的时候，系统参数变化很小，处于正常闽值范围内，此时被动法失效。所以我们需要突破的难点主要是无盲区、低成本、简单易实现、对电能质量无影响的新型孤岛检测方法。

光伏发电系统近几年来的发展成果有目共睹，但是发展的还不够完全成熟，成本仍然高于市电价格，所以对于孤岛检测技术，成本不能太高检测技术的优点，对孤岛检测技术未来的需求趋势是:

(1)降低孤岛检测技术的成本，降低光伏发电成本。原理简单，容易实现，这样不会加重DSP的负担，影响运行速度。

(2)克服被动孤岛检测技术的可靠性低的缺点，尽量减小自区，提高孤岛监测技术的可靠性。主动孤岛检测技术主问题是对电网的谐波污染较严重，我们需要降低谐波污染，此外主动检测技术可能还会导致功率因数降低，影响输出效率等缺点，未来孤岛检测技术需要克服这些缺点。

(3)不仅适用十单个分布式发电系统，对十多个分布式发电系统也适用。

随着科学技术的发展和社会各界尤其是政府的大力支持，光伏产业势必越来越好，孤岛检测技术也会发展的越来越好3。