基于光伏并网逆变器的被动式反孤岛策略

戴东亚

【摘 要】相对于离网光伏发电系统，并网光伏发电系统在运行时具有较高的电能利用效率，这就要求工作时候满足并网条件。对于光伏并网发电系统来说，必须要考虑一种故障——孤岛效应。孤岛效应可以使电压以及频率失去控制、产生很大的冲击电流、损害电网设备以及对人员造成电击的危险。因此下文主要介绍基于光伏并网逆变器的被动式反孤岛策略，从而最大程度上减小孤岛效应。

【关键词】光伏并网；逆变器；孤岛效应

中图分类号： TM464 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）01-0095-002

【Abstract】Compared with off-grid photovoltaic power generation system， grid-connected photovoltaic power generation system has high energy utilization efficiency in operation， which requires working conditions to meet the grid. For photovoltaic grid-connected power generation system， we must consider a fault - islanding effect. Islanding can cause voltage and frequency losses， create large inrush currents， damage grid equipment， and the risk of electric shock to personnel. Therefore， the following mainly introduces the passive anti-islanding strategy based on PV grid-connected inverters to minimize the islanding effect.

【Key words】Photovoltaic grid； Inverter； Island effect

0 引言

光并网发电系统中，光伏并网逆变器的反孤岛策略主要有两大类：第一类被称之为主动式反孤岛策略，主要来应对是功率的扰动以及频率的偏移等情况。另外第二类是被动式反孤岛策略，主要是解决频率和电压的不正常以及对相位和谐波监视。被动式反孤岛策略这种方法只能在电源和负载不匹配的时候才能有效的检测，如在光伏并网逆变器输出负载并联电容情况下就会使得孤岛检测失效。

1 过/欠频率反孤岛策略（OFP/UFP）

过/欠频率反孤岛策略其实就是光伏并网逆变器在检测出PCC点电压频率时，如果这个频率值超出国家给出的正常范围（f1，f2）时，然后通过控制指令就会停止光伏并网逆变器运行，从而达到实现反孤岛效应的一种被动式方法。f1，f2是国际规定电网频率的正常上下限的值，即国际标准电网频率f0=60HZ时，f1，f2的值分别为59.3HZ和60.5HZ。但是由于我国采用的电网频率为f0=50HZ，因此f1，f2的值分别为49.4HZ和50.4HZ。

电网在断开的一瞬间，无功功率不等于零，说明其与负载的无功功率不匹配，那么PCC点处的电压就会出现变化，超出正常范围值时，孤岛效应就会被检测出来，否则检测不出来。在没有形成孤岛稳定状态下，光伏并网逆变器输出的电流值与在PCC的电压相位差值几乎为零。

在正常情况下，根据光伏电路系统分析可得：

2 过/欠电压反孤岛策略（OVP/UVP）

过/欠电压反孤岛策略就是指光伏并网逆变器输出在PCC点处的电压超出电压规定的电压值，然后通过控制指令将光伏并网逆变器停止运行以实现反孤岛的一种被动式方法。当断路器在断开的一瞬间，有功功率不等于零，就可以说明光伏并网逆变器输出的有功功率与所带负载的有功功率不匹配。PCC点的电压之变化比较大时，孤岛效应的状态就会被检测出来达到反孤岛保护。

由于光伏并网逆变器一般都是采用电流控制的，所以在稳定状态下，光伏并网逆变器输出的电流与在PCC点处的电压之间的相位差接近為零。在电网正常运行条件下，由光伏发电系统电路分析可得：

过/欠电压与频率的反孤岛策略不但可以用来检测孤岛效应还可以保护设备，在其他情况下造成的电压以及频率的异常的反孤岛方法都要通过过/欠电压与频率的反孤岛策略来控制光伏并网逆变器的运行。还有就是其成本低廉，这对于光伏发电系统来说是一个及其重要的因素。

3 电压谐波检测的反孤岛策略

电压谐波检测的反孤岛策略就是监测光伏并网逆变器输出的电压谐波是否失真来检测孤岛效应的一种策略。

当电网跳闸后，存在两种因素使得电网中的谐波增大：第一个因素是在电网自动跳闸后，由光伏并网逆变器产生的带有谐波的电流流入到阻抗值远大于电网阻抗的负载中，这样使得光伏并网逆变器输出的电压产生较大的失真，然后利用电压谐波的变化来进一步检测孤岛效应是否产生。另外一个因素就是当发生故障时，断开电网开关的位置是否位于变压器源绕组侧，这样光伏并网逆变器输出的电流会流过变压器的二次绕组，变压器中存在磁滞现象以及变压器的非线性，这样会导致输出的电压有比较大的失真。变压器中的磁滞现象以及变压器的非线性会导致电压产生三次谐波，所以只要检测是否存在三次谐波就可知孤岛效应是否发生。

由于电压谐波检测的反孤岛策略不仅可靠性高，而且还能快速有效的控制孤岛效应的发生，所以经常被用在小规模的光伏发电系统中。

【参考文献】

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