分布式光伏发电孤岛效应的影响及对策

王镜植　刘姿　刘晓强

摘要：研究反微网的孤岛运行对分布式光伏的推广具有重大的意义。本文介绍了孤岛的定义，孤岛效应的危害及目前普遍应用的反孤岛方法，具有一定的指导意义。

关键词：分布式光伏；孤岛效应；反孤岛

随着科技的发展，化石能源大量使用，使之面临枯竭，新能源成为各发达国家的研究热点。太阳能因其清洁无污染，又取之不尽用之不竭的优点成为新能源中最具有潜力的一员，特别是分布式光伏，因为其就近发电、就近转换、就近并网、就近使用的特性，解决了传统太阳能发电占地面积大，输送困难，输送损耗多的问题所以备受各发达国家青睐。但是作为新型能源，分布式光伏发电系技术还存在许多问题，其中之一便是孤岛效应，微电网的孤岛运行存在很大的安全隐患，这一问题亟待解决。本文介绍了目前主流的反孤岛措施，对分布式光伏的推广具有一定的帮助。

1 孤岛的定义

包含分布式发电系统的微电网当主网故障或者其他原因停电时未能及时检测出主网状态的变化而将自身与主网分离，形成了一个主电网无法控制的由分布式发电系统单独供电的孤立的电网称为孤岛。在孤岛运行下孤岛内部分布式电源的容量应与负载的功率保持平衡，一旦功率不平衡必将引起电压和频率的变化，导致电压频率无法稳定，微电网就无法正常运行。

孤岛运行的划分。按照事先有无规划好的孤岛区域，孤岛运行分为计划孤岛运行和非计划孤岛运行。

（1）计划孤岛。为维持孤岛的稳定运行，保证分布式发电系统在主配电网故障停电的情况下正常向孤岛内的负载供电，应依据分布式电源的容量和本地负载容量的大小提前规划好合理的孤岛区域。

（2）非计划孤岛。当电力系统发生故障引起断路器跳闸，分布式发电系统单独向孤岛内的负载供电，孤岛的范围不确定。一般来说非计划孤岛内分布式电源的容量与负载容量不匹配，若长时间运行会导致电压频率严重偏离，造成重大的安全隐患。

2 非计划孤岛的危害

非计划孤岛的产生会对电力系统的安全运行产生很大的影响。

（1）如果分布式电源的容量与负载容量不匹配会导致孤岛内电压、频率的变化，降低电能质量，可能损坏微电网及用户的电力设备。

（2）非计划孤岛由于孤岛范围的不可知性，无法确定故障线路是否带电，这样会对电力维修人员的生命安全带来极大的威胁。

（3）孤岛形成后，分布式电源会继续向跳闸线路的另一端供电，导致重合闸失败。

（4）孤岛电压相量对与主网产生漂移，当电网恢复时可能会干扰重合闸。

（5）孤岛运行时可能会给孤岛内三相负载供单相电流，使之缺相运行，造成危害。

3 孤岛效应的应对策略

为了应对非计划孤岛效应带来的危害，电力公司要求并网的分布式光伏发电系统需要有孤岛检测技术，以便能够及时检测出孤岛的形成并将其与主电网断开连接。目前孤岛检测方法主要有主动检测和被动检测两种，下面将对这两种方法做详细分析。

3.1 被动式孤岛检测法

与主网断开连接形成孤岛后，电气量会发生变化，被动式检测法通过检测电压、频率、相位或谐波的变化进行孤岛检测。

（1）电压频率检测法。

孤岛形成时非计划孤岛内部的功率一般不平衡，会导致电压和频率的变化，当变化超出规定的范围可以认为形成了孤岛。

（2）相位跳变检测法。

正常情况下，并网逆变器仅控制着其输出电流与主电网电压同相，其输出电压则受电网控制，孤岛产生时由于逆变器输出电压不受主网控制，加之孤岛内负载阻抗角的存在导致电压相位跳变，通过检测逆变器输出端电压和电流的相位差即可判断孤岛的产生。

（3）电压谐波检测法。

分布式光伏发电系统并网后受电网制约公共耦合点的谐波含量相对较少，产生孤岛时，孤岛内的非线性负载会向公共耦合点注入谐波电流，产生电压畸变，通过检测公共耦合点电压谐波的变化判断是否产生孤岛。

3.2 主动式孤岛检测法

通过在光伏逆变器控制的信号中加入一个很小的干扰信号使之对逆变器输出的电压、频率或者功率产生微小的扰动，在并網运行时，由于受到主电网的制约，干扰信号的作用非常小，当孤岛产生时，干扰信号的作用就比较明显了，通过检测公共耦合点的响应来判断是否产生孤岛。这种方法精度高，但是控制比较复杂，又因为向电网输出了干扰所以会降低电能质量。

（1）阻抗测量法。

基于电压偏移原理的阻抗测量法，通过对光伏逆变器输出电流幅值周期性的引入干扰信号，当并网运行时公共耦合点的电压不会有显著的变化，当孤岛产生时光伏发电系统端的等效阻抗明显变大，引入的电流扰动信号导致逆变器输出电压也有很大的变化。由此可以判断是否产生孤岛。

（2）主动频率偏移法。

基于频率偏移原理的主动频率偏移法，通过改变逆变器输出电流的频率，对公共耦合点电压频率产生扰动。在并网运行时公共耦合点的电压频率与工频保持一致，当孤岛产生时电压频率会受到逆变器输出电流频率的影响而发生变化，当变化超出规定范围则可认为产生了孤岛。

（3）滑模频率偏移法。

基于相位偏移原理的滑模频率偏移法，通过在光伏逆变器的输出端引入电流相位的微小变化，当光伏系统并网运行时，由于锁相环的作用，电网提供固定的频率和相位，逆变器工作在工频下，当电网停电时，引入的相位偏移在正反馈的作用下变得越来越大，导致电压频率超出正常范围。由此可以判断孤岛的产生。

除此之外还有GE移频法、频率突变检测法、自动相位偏移法等等。

4 结语

光伏并网后孤岛效应的研究，对分布式光伏发电技术的推广及改善国家能源结构、推进可持续发展具有重要的意义，相信在科研人员的共同努力下，孤岛效应的应对措施会越做越好。

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作者简介：王镜植（1997），男，汉族，河南南阳人，本科，研究方向：分布式光伏推广。