安科瑞劉鴻鵬
摘要
隨著光伏發(fā)電的快速發(fā)展，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)得到了廣泛應用。然而，在電網(wǎng)停電的情況下，光伏系統(tǒng)可能會繼續(xù)向局部負載供電，形成“孤島效應”，這不僅影響電網(wǎng)安全，還可能危及設備和人員。防孤島保護裝置作為光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的重要安全保護設備，可以有效檢測孤島現(xiàn)象，并迅速切斷光伏系統(tǒng)的輸出，確保電網(wǎng)和設備的安全。本文以防孤島保護裝置為主題，介紹其工作原理、技術特點及其在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的應用。
1. 引言
在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器通過電網(wǎng)向負載提供電能。當電網(wǎng)發(fā)生故障或停電時，光伏系統(tǒng)可能會繼續(xù)向局部負載供電，形成孤島效應。
2. 孤島效應是什么？
孤島效應是指光伏發(fā)電系統(tǒng)或其他分布式能源系統(tǒng)在與電網(wǎng)斷開后，仍然繼續(xù)向本地負載供電的現(xiàn)象。這種情況下，局部電網(wǎng)形成一個“孤立運行”的電力區(qū)域，與主電網(wǎng)分離，但系統(tǒng)內(nèi)部仍然保持供電狀態(tài)。
2.1 孤島效應的成因
孤島效應通常發(fā)生在電網(wǎng)故障或人為斷開電網(wǎng)的情況下，主要原因包括：
電網(wǎng)停電：例如，電力公司進行檢修或線路故障導致主電網(wǎng)斷電，但光伏系統(tǒng)仍然在運行。
配電線路斷開：在局部負載仍然匹配光伏發(fā)電輸出的情況下，即使電網(wǎng)斷開，系統(tǒng)仍可能繼續(xù)供電。
逆變器未檢測到電網(wǎng)斷開：部分老舊或低端逆變器的電網(wǎng)檢測功能不夠靈敏，可能在電網(wǎng)斷開后仍保持運行。
2.2 孤島效應的危害
孤島效應對電網(wǎng)安全、設備運行和人身安全都可能造成嚴重影響，主要包括：
危害電網(wǎng)穩(wěn)定
當電網(wǎng)恢復供電時，孤島中的電壓、頻率和主電網(wǎng)可能不同步，導致電壓沖擊，影響電網(wǎng)安全運行。
孤島可能引起諧波干擾，影響其他用戶的電能質量。
對維修人員的安全威脅
在電網(wǎng)停電時，運維人員可能誤以為線路無電，進行檢修，但孤島仍在供電，可能導致觸電事故。
損壞電氣設備
孤島供電的電壓、頻率可能不穩(wěn)定，容易導致敏感設備（如計算機、醫(yī)療設備）損壞。
影響逆變器的正常工作
逆變器設計通常依賴電網(wǎng)提供基準頻率和電壓，孤島模式下，逆變器可能工作異常，甚至燒毀。
2.3 如何防止孤島效應？
為了防止孤島效應，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)通常采用防孤島保護技術，包括：
被動檢測（監(jiān)測電壓、頻率、相角變化）
主動檢測（通過擾動信號確認電網(wǎng)狀態(tài)）
通信檢測（通過遠程信號檢測電網(wǎng)狀態(tài)）
防孤島保護裝置（能在孤島形成時快速切斷光伏輸出）
孤島效應是光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的一大安全隱患，可能導致電網(wǎng)不穩(wěn)定、設備損壞，甚至危及人員安全。通過安裝防孤島保護裝置，可以有效防止孤島現(xiàn)象，保障光伏系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
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3. 防孤島保護器
AM5SE 系列微機保護測控裝置（以下簡稱裝置）集保護、控制、測量、通訊和監(jiān)視功 能于一體，資源豐富、配置完善、維護方便、性能穩(wěn)定，AM5SE-IS防孤島保護裝置主要適用于35kV、 10kV及低壓 380V光伏發(fā)電、 燃氣發(fā)電等新能源并網(wǎng)供電系統(tǒng)。
當發(fā)生孤島現(xiàn)象時 ， 可以快速切除并網(wǎng)點 ， 使本站與電網(wǎng) 側快速脫離 ，確保整個電站和相關維護人員的生命安全。
3.2 工作原理
防孤島保護裝置主要通過被動檢測、主動檢測和通信檢測三種方式來識別孤島現(xiàn)象，并采取相應措施。
被動檢測
被動檢測方法主要通過監(jiān)測電網(wǎng)參數(shù)（如電壓、頻率、相位等）的異常來判斷是否發(fā)生孤島現(xiàn)象，常見方法包括：
電壓變化（UVP/OVP）：當電網(wǎng)電壓超出設定范圍，裝置認為孤島可能發(fā)生，并發(fā)出斷開指令。
頻率變化（UFP/OFP）：若系統(tǒng)頻率偏離正常范圍，也可能是孤島效應導致的。
相角偏移檢測：如果相角變化異常，則說明電網(wǎng)可能已經(jīng)斷開。
主動檢測
主動檢測方法通過向系統(tǒng)施加擾動信號來判斷電網(wǎng)是否正常連接，如：
輸出功率擾動法：裝置周期性調(diào)整逆變器輸出功率，觀察電網(wǎng)響應，判斷是否存在孤島。
頻率擾動法：在電網(wǎng)斷開后，系統(tǒng)頻率會發(fā)生顯著變化，裝置可通過檢測頻率變化趨勢判斷孤島狀態(tài)。
3.3 通信檢測
防孤島保護裝置可以通過RS485、ModbusTCP等通訊協(xié)議與光伏逆變器或電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)通信，當接收到停電信號后，立刻切斷光伏系統(tǒng)輸出，避免孤島效應。
3.4 設備面板
3.5 技術特點
AM5SEIS防孤島保護裝置具備以下特點：
高精度檢測：采用16位同步采樣，實時監(jiān)測電網(wǎng)狀態(tài)，準確判斷孤島現(xiàn)象。
快速響應：孤島檢測時間小于2秒，確保及時斷開光伏系統(tǒng)，保障安全。
多重保護功能：具備過壓、欠壓、過頻、欠頻、相角漂移檢測等功能，提高系統(tǒng)可靠性。
通信能力強：
支持RS485、ModbusRTU、IEC608705103協(xié)議，可接入遠程監(jiān)控系統(tǒng)；
具備GPS對時功能，支持IRIGB對時方式，提高數(shù)據(jù)同步性。
智能事件記錄：
可記錄20條故障事件，包括孤島檢測、過載、過壓等故障，便于運維分析。
人性化設計：
LCD液晶屏顯示實時電壓、電流、頻率等數(shù)據(jù)；
聲光報警，提醒運維人員及時處理。
3.6 設備規(guī)格
3.7 組網(wǎng)規(guī)格
4. 防孤島保護裝置在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的應用
防孤島保護裝置廣泛應用于大型光伏電站、工商業(yè)分布式光伏、微電網(wǎng)系統(tǒng)等場景，確保并網(wǎng)安全。
4.1 大型光伏電站
大型光伏電站并網(wǎng)容量大，一旦發(fā)生孤島效應，可能影響整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。
AM5SEIS裝置可以與光伏逆變器、站控層系統(tǒng)聯(lián)動，實現(xiàn)自動化孤島檢測與切斷，提高電網(wǎng)安全性。
4.2 工商業(yè)分布式光伏
分布式光伏系統(tǒng)規(guī)模較小，但廣泛分布在城市電網(wǎng)中，孤島效應可能影響周邊負載安全。
AM5SEIS裝置可結合智能斷路器，在檢測到孤島時快速切斷光伏系統(tǒng)，防止電力回送。
4.3 微電網(wǎng)系統(tǒng)
微電網(wǎng)在島嶼、偏遠山區(qū)等獨立供電場景廣泛應用，要求具備孤島運行能力，但必須避免誤孤島模式。
AM5SEIS裝置支持雙向模式：
在正常并網(wǎng)模式下，檢測孤島并切斷電源；
在孤島模式下，可配合微電網(wǎng)控制器維持穩(wěn)定供電。
結論
防孤島保護裝置是光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的關鍵安全設備，能夠有效檢測和預防孤島效應，保障電網(wǎng)和設備的安全。AM5SE-IS防孤島保護裝置憑借其高精度檢測、快速響應、多重保護、智能通訊等特點，在大型光伏電站、工商業(yè)分布式光伏、微電網(wǎng)等領域發(fā)揮著重要作用。隨著光伏并網(wǎng)技術的不斷發(fā)展，防孤島保護裝置也將朝著更智能、更快速、更安全的方向發(fā)展，為新能源電力系統(tǒng)的安全運行提供更堅實的保障。
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