本站原创【摘 要】在科技发展的今天,能源问题已经成为了一个全球性的问题.化石能源开发的局限性促使人们开始寻找新的能源来代替传统的化石能源,而太阳能以其清洁、可再生等特点受到了人们越来越多的关注.在太阳能并网光伏发电的过程中,难免会遇到一些问题需要解决,孤岛效应就是一个.本文将简述几种孤岛效应的检测方法,包括主动式孤岛效应和被动式孤岛效应检测,以及它们都具有各自的优缺点,以期为以后的太阳能并网光伏发电的孤岛效应检测技术的发展提供借鉴和参考.
【关 键 词】太阳能；光伏发电；孤岛效应检测
1.前言
能源是人类社会赖以生存和发展的重要基础.世界能源以化石能源为主的结构特征,使得世界上的化石能源越来越少,甚至走向枯竭,而且化石能源应用过程中会产生比较多的污染,这些问题都一直困扰着人们.作为能源主体的化石能源如煤炭、石油、天然气等是不可再生能源,这就表明了终有一天这些能源会用光用尽的.这种状况更加剧了人们对不可再生能源走向枯竭的危机感.在这种情况下新能源的开发已经成为了迫在眉睫的事情.目前,人们已经找到了多种清洁能源,比如太阳能、风能、核能、潮汐能能等,其中太阳能以其清洁、限制性小、可再生等优点得到了人们的广泛的关注.太阳能的利用形式主要有光热利用、光伏发电利用和光化学转换三种形式,但光热和光化学转化具有很大的局限性,而太阳能光伏发电是以电能为最终输出形式的,在通用性和可存储性上的优势比较明显.
太阳能光伏发电在并网过程中存在着一定的问题,就是所谓的孤岛效应.在分布式光伏发电定义中,孤岛效应是指当电网的部分线路因故障或维修而停电时,停电线路所连的并网发电装置没能及时的检测到电网停电而继续向周围负载供电,这种情况下并网发电装置同周围负载构成一个自给供电的孤岛.孤岛效应会对电网负载、用户及工作人员造成不必要的伤害,所以我们要及时判断孤岛效应,减小孤岛效应的危害.
2.孤岛效应检测方法
在研究孤岛效应检测的过程中,主要有两种方法,一种是被动式孤岛效应检测法,一种是主动式孤岛效应检测法.被动式孤岛检测方法通过监控公共点电压等参数变化来识别孤岛效应的,实现方式简单,成本较低,但检测盲区较大.主动式孤岛检测方法对系统施加一定扰动,使孤岛状态能通过参数变化反应出来而得到辨识,大大减小了孤岛检测的盲区,但实现方式复杂,容易对电网电能质量产生不良影响.
2.1被动式孤岛效应检测
被动式孤岛检测方法可以分为过/欠电压检测法,过/欠频率检测法,电压相位突变法,电压谐波检测法,下面就对这些方法进行简单的介绍.
过/欠电压检测法和过/欠频率检测法是检测公共耦合点处的电压,如果其电压幅值或频率超出了正常工作范围,就立刻停止发电系统的工作.当分布式发电系统与电网处于运行状态时,负载消耗的功率是电网输出功率与分布式发电系统输出的功率之和,公共耦合点的电压由电网决定.当电网断开时,如果分布式系统的有功功率和负载的有功功率不匹配,公共耦合点的电压就会发生变化,当超出了正常的范围时,孤岛效应就会被检测出来.但是,当分布式系统的有功功率和负载的有功功率匹配时,电压的幅值和频率都不会又太大的波动,这时孤岛效应就没有办法检测出来了.
电压相位突变法是通过检测逆变器输出电流和分布式系统输出电压之间的相位差来检测孤岛效应的.通过并网发电系统和电网系统的工作原理我们知道,光伏发电系统可以通过调节逆变器使输出电压与电网一致,但当孤岛效应发生时,电网与负载断开,由于负载阻抗角的作用,会使分布式系统的相位发生突变,超过正常范围的时候,孤岛效应就可以被检测出来.但是,相位差不会导致错误动作的阈值很难确定,因为某些负载（尤其是电动机）启动时,经常引起瞬时相位突变,如果阈值选择过低,就会引起误动作,如果阈值选择过高,当负载的阻抗角较小时,检测就会失败.
电压谐波检测法是通过检测公共点处电压的总谐波失真程度来检测孤岛效应的.当系统处于正常运行状态时,逆变器产生的谐波电流流入的是一个低阻抗电网,这些小的谐波电流与低值的电网阻抗在耦合处的电压响应仅含有非常小的谐波.然而,当系统处于孤岛运行状态时,由于负载中存在非线性负载,这些非线性负荷的电压响应在电流谐波的激励下将会出现高度失真,通常为三次谐波,当谐波超过正常范围时,孤岛效应就被检测出来了.但是,同上种方法一样,这种方法的阈值也很难确定,错误的阈值选择会使孤岛效应的检测不够准确.
2.2主动式孤岛效应检测
主动式孤岛检测方法主要分为主动移频检测方法,主动移相检测方法,电压正反馈式孤岛效应检测方法.
主动移频检测法是通过不断在输出端加一个频率扰动,这个扰动不能太大,否则会引起电能质量的下降,当大电网没有断电时,这个小的扰动会由大电网纠正过来,对负载的供应的电能并没有太大的影响,但是一旦电网断电,频率扰动就会迅速积累,能够很快的超过阈值,孤岛效应就能被检测出来.对于纯阻性和感性负载,主动移频检测法是没有检测盲区的,但是对于容性负载,电压将与电流同频但滞后于电流一定相位角,对频率施加的扰动会被负载相位角抵消了一部分.如果两者正好相抵,则相邻周期间电压过零时间间隔不发生变化,频率不会偏移,孤岛检测失败.
主动移相式孤岛检测方法是一种高效的主动式孤岛检测方法,其原理是通过对输出电能相位施加一个小扰动,在与大电网没有断电时,电网能强制的将这个扰动纠正过来,使耦合点的电压不受扰动的影响,但是一旦与电网脱离,相位扰动就会迅速叠加,直至超过阈值范围,孤岛效应就被检测出来了.该类方法与移频法一样有实现简单、孤岛识别率高等优点,也有类似的弱点,即随着负载品质因数增加,孤岛检测的能力降低.
电压正反馈式孤岛检测技术的工作机理是动态地修改电流给定的幅值,一旦发现公共点电压偏离阈值,就对电流给定的幅值作同向修改,使电压的改变在原方向上进一步增强,直到超出正常范围而判断孤岛.电压正反馈式检测法通过检测电流的波动给定一个反馈系数,反馈系数的大小与负载阻抗的大小相关,与阻抗的性质无关,但是这种检测方法却只适用于小功率负载（及小容量逆变器）,不能适用于大功率负载（及大功率逆变器）.
被动式孤岛检测方法通过被动地检测电压、电流等电量的异常变化来检测孤岛,是一种“环境友好型”孤岛检测方式,但有一定的检测盲区；主动式孤岛检测方法通过人为添加扰动并监测电压、频率等电量的变化来检测孤岛,检测更准确有效,但容易“污染”电网.
2.3展望
太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源,随着人们利用太阳能的技术的发展和成熟,太阳能必将成为解决人类能源问题的重要方法之一.我们有理由相信,在不久的将来,随着孤岛效应检测技术的进步,分布式并网光伏发电必将有更为广泛的应用.[科]
【参考文献】
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