光伏并网柜的防孤岛保护装置

简婷

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定  201801

      防孤岛保护是对分布式光伏电站有着重要保护作用的。即当电网出现电压高、电压低、频率高、频率低故障时，光伏并网开关及时跳闸。当电网恢复供电并且电压和频率达到允许值时，并网开关要自动合闸。这样的目的是在为了国家电网不受太大影响的情况下，尽可能保证光伏的发电效率。

什么是“孤岛效应"

      当光伏电站出现孤岛效应时，即当电网由于某种故障原因造成失压时，应具备快速监测孤岛并立即断开与电网连接的能力，局部电网出现孤岛会影响到供电质量和维修人员的生命安全，所以在光伏电站中必需要配备防孤岛保护装置。而光伏防孤岛保护装置就是为了解决“孤岛效应"的。防孤岛保护装置能够精确检定并网点的电压、频率，然后当电压、频率出现波动且大于定值时跳闸出口动作，断开并网开关。

1 防孤岛保护存在的意义

      “十四五"规划奠定国内光伏市场需求的整体基调。据了解，在能源转型的目标下，各省可再生能源占比目标都在相应提高，加上近光伏成本下降潜力可期，各省的初步规划对于光伏的发展有着非常积极的推动，尤其是光照资源优渥的西部以及东北地区，各省份年均新增规模高达1GW至5GW。回望刚过去的五年，是中国光伏电站建设快速发展的一段历程，现在光伏行业正昂首阔步迈向新的征程。根据光伏电站电压等级不同，配置防孤岛保护的要求也不一样。0.4kV~10kV电压等级分布式光伏电站，只需逆变器具备快速监测孤岛并立即断开与电网连接的能力。而对于35kV及以上电压等级的光伏电站，主电网继电保护装置必须保证主电网故障时切除光伏电站，此时应配备孤岛保护装置。防孤岛保护：根据《光伏发电站接入电力系统技术规定》GB/T19964-2012第12.3.3条的规定：“光伏发电站应配置独立的防孤岛保护装置，动作时间应不大于2s。"以及《光伏发电站接入电力系统设计规范》GB/T50866-2013第6.3.2条的规定：“光伏发电站需要配置独立的防孤岛保护装置，保证电网故障及检修时的安全"。总结规范所述，分布式电源检测到孤岛现场时，应迅速断开与主电网连接的断路器，断开连接时间需在2s内。以防止光伏电站所发电量与用户站负荷量匹配，形成自发自用的小系统，与主电网脱轨。

2 防孤岛保护的作用

      防孤岛：包含负荷和电源的部分电网，从主网脱离后继续孤立运行的状态。

      非计划性孤岛现象发生时，由于系统供电状态未知，将造成以下不利影响：①可能危及电网设施维护人员和用户的人事安全；

      ②干扰电网的正常合闸；

      ③电网不能控制孤岛中的电压和频率，从而损坏配电设备和用户设备。

      当发生非计划性孤岛时，由光伏电站侧防孤岛保护装置动作实现故障切除。同时由于发生孤岛概率较小，建议光伏电站侧运行方式能配合电网检修计划进行安排。

      防孤岛保护是对分布式光伏电站有着重要保护作用的。即当电网出现电压高、电压低、频率高、频率低故障时，光伏并网断路器及时跳闸。当电网恢复供电并且电压和频率达到允许值时，并网断路器要自动合闸。这样的目的是在为了国家电网不受太大影响的情况下，尽可能保证光伏的发电效率。部分地区会根据当地供电部门的要求对防孤岛保护装置功能进一步完善，比如添加过电流保护、不平衡电压保护等，这些都是无可厚非的。然而目前市场上有的用户认为逆变器本身就具备防孤岛功能，怎么还需要单独加装防孤岛保护。其实防孤岛保护装置刚开始在高压电压等级上使用的，不过后来也慢慢使用于低压中。对于目前的逆变器来讲，当电网电压被拉高的时候，逆变器还是会正常工作的。

3 防孤岛保护案例分析

      陕西省白水县扶贫电站，容量为400KWP，变压器为50KWP，在夏季中午发电量比较高的情况下，并网电压可达到500V左右，此时如果并网开关不跳闸，逆变器还是会正常运行，但是这样长期运行势必会对电网有所冲击。

      江苏南通一生产光伏组价的厂房自己安装屋顶光伏来实现自发自用余电上网。然而自从安装光伏发电后，厂房内的一些测试仪器电源模块会有烧毁的情况发生，造成这个原因是电源端不稳定，后采取UPS供电，问题就解决了。

      山东德州某一光伏电站突然与电网解列，后由运维人员发现是系统站内主变低压侧备自投联合防孤岛保护动作将对侧站内带有光伏电站的支路联切，目的就是防止电源端电压频率不稳定对用户站和光伏电站造成影响。当对侧站供电电源完成切换后，再将光伏电站支路投运，本侧光伏电站继续为电网送电。

      以上三个案例说明，分布式光伏发电输出电压一直不太稳定，当并网电压或频率出现异常现象，及时准确跳闸也是非常有必要的。

      防孤岛保护装置检测到系统侧或本侧光伏电站母线电压出现幅值、频率异常时，保护装置会迅速向并网断路器发出跳闸命令，从而很好的保证了电网电压异常时不会对两侧主要设备造成冲击，避免事故进一步扩大。

      当光伏电站本侧出现停电故障时，需要运维人员查找问题点的时候，而与对侧站相连的线路上还带电，这时会出现对侧站会向光伏电站反送电的情况，给本侧站内的运维人员带来安全隐患。另当对侧站失电的时候，需要对侧站内运维人员去查找事故点，若此时光伏电站还在正常送电，容易形成非计划性孤岛效应，给对侧站内的运维人员造成安全威胁。配置的防孤岛保护装置在此时发挥作用，当电网侧或者光伏本侧任一侧失电的时候，防孤岛保护装置都会迅速向并网断路器发出跳闸信号，让断路器分闸，从而很好的保证了光伏两侧检修人员的生命安全。

      防孤岛保护带有检测线路侧PT 失压自动跳闸、检测线路PT有压自动可以合闸的功能，当线路故障解除后，光伏和系统侧都处于正常状态。这时防孤岛保护装置会自动检测线路PT和母线PT电压是否一致，并发出合闸命令，将并网断路器合上，让线路正常工作，节省人工开操作票等一系列繁杂的手续。

4 防孤岛保护的实际应用

防孤岛保护装置保护功能如图1所示：

      ①电压频率过低解列；②电压频率过高解列；③零序电压过高解列；④零序电压过低解列；⑤母线电压过高解列；告警功能如下：①常规电压回路PT 断线报警；②快速电压回路PT断线报警；③母线电压频率异常报警。

      主要适用于10kV 电压等级的分布式发电项目，其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开关设备、保护装置、测控、通信等功能，满足分布式电源接入的孤岛检测、自动安全并网、保护及安全隔离等要求。

5 结束语

      综上所述，防孤岛保护对光伏电站接入电网是否稳定起着很大的作用。电力配电网设计人员想要设计出完整的、可行的方案，在设计光伏电站接入方案时，必须要考虑到防孤岛保护的配置型式。为了保证电网系统正常运行，需要谨慎设置防孤岛保护的功能参数，以便于提升光伏电站的供电可靠性，继续为当地居民提供源源不断的、高质量的电能。

作者简介：简婷，女，本科，现就职于安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为防孤岛保护装置。