第七章 光伏逆变器防孤岛效应实验.doc

光伏并网逆变器防孤岛效应实验 周璇 根据2009年8月3日北京鉴衡认证中心公布的CGC/GF001︰2009《并网光伏发电专用逆变器技术要求和实验方法》。IECG2006《光伏并网系统用逆变器防孤岛测试方法》的相关要求，并网逆变器产品必须严格进行出厂试验和型式试验。根据IEEE1547和UL1741的相关规定。光伏并网逆变器必须具有防孤岛效应自动保护功能。孤岛效应实验室光伏系统的孤岛效应V 50%Vnorm 6 cycles 50%Vnorm V 88%Vnorm 2 seconds 88%Vnorm V 11O%Vnorm Normal operation 110%Vnorm V l37%Vnorm 2 seconds V l37%Vnlorm 2 cycles Frequency Time to operate fnorm+0.5 f 6 cycles ffnorm-0.7 6 cycles 　注：(1)Vnorm指电网电压幅值的额定值，对于我国单相市电为交流220V(有效值)； 　　(2)fnorm指电网电压频率的额定值，对于我国的单相市电为50Hz。 　　在我国的GB/T 19939-2005《光伏系统并网技术要求》中，对频率偏移、电压异常、防孤岛效应也有明确的要求。 　　光伏系统并网运行时应与电网同步运行，电网额定频率为50Hz，光伏系统并网后的频率允许偏差应符合GB/T15945的规定，即偏差值允许士O.5HZ，当超出频率范围时，应当在0.2S内动作，将光伏系统与电网断开。具体的异常频率响应时间规定见下表： 　　频率范围/Hz 响应时间/s 49.5 0.16 50.5 0.16 47.0 0.16 (47.0~49.3) 0.16到300可变 50.5 0.16 检测方法 　　孤岛现象的检测方法根据技术特点，可以分为三大类：被动检测方法、主动检测方法和开关状态监测方法(基于通讯的方法)。 一、被动检测方法 　　被动式方法利用电网断电时逆变器输出端电压、频率、相位或谐波的变化进行孤岛效应检测。但当光伏系统输出功率与局部负载功率平衡，则被动式检测方法将失去孤岛效应检测能力，存在较大的非检测区域(Non-Detection Zone，简称NDZ)。并网逆变器的被动式反孤岛方案不需要增加硬件电路，也不需要单独的保护继电器。 1)过/欠压和高/低频率检测法 　　过/欠电压和高/低频率检测法是在公共耦合点的电压幅值和频率超过正常范围时，停止逆变器并网运行的一种检测方法。逆变器工作时，电压、频率的工作范围要合理设置，允许电网电压和频率的正常波动，一般对220V/50Hz电网，电压和频率的工作范围分别为194V≤V≤242V、49.5Hz≤f≤50.5Hz。如果电压或频率偏移达到孤岛检测设定阀值，则可检测到孤岛发生。然而当逆变器所带的本地负荷与其输出功率接近于匹配时，则电压和频率的偏移将非常小甚至为零，因此该方法存在非检测区。这种方法的经济性较好，但由于非检测区较大，所以单独使用OVR/UVR和OFR/UFR孤岛检测是不够的。 2)电压谐波检测法 　　电压谐波检测法(Harmonic Hetection)通过检测并网逆变器的输出电压的总谐波失真(totalharmonic distortion-THD)是否越限来防止孤岛现象的发生，这种方法依据工作分支电网功率变压器的非线性原理。如图4-2，发电系统并网工作时，其输出电流谐波将通过公共耦合点a点流入电网。由于电网的网络阻抗很小，因此a点电压的总谐波畸变率通常较低，一般此时Va的THD总是低于阈值(一般要求并网逆变器的THD小于额定电流的5%)。当电网断开时，由于负载阻抗通常要比电网阻抗大得多，因此a点电压(谐波电流与负载阻抗的乘积)将产生很大的谐波，通过检测电压谐波或谐波的变化就能有效地检测到孤岛效应的发生。但是在实际应用中，由于非线性负载等因素的存在，电网电压的谐波很大，谐波检测的动作阀值不容易确定，因此，该方法具有局限性。 3)电压相位突变检测法(PJD) 　　电压相位突变检测法（Phase Jump Detection，PJD）是通过检测光伏并网逆变器的输出电压与电流的相位差变化来检测孤岛现象的发生。光伏并网发电系统并网运行时通常工作在单位功率因数模式，即光伏并网发电系统输出电流电压(电网电压)同频同相。当电网断开后，出现了光伏并网发电系统单独给负载供电的孤岛现象，此时，a点电压由输出电流Io和负载阻抗Z所决定。由于锁相环的作用，Io与a点电压仅仅在过零点发生同步，在过零点之间，Io跟随系统内部的参考电流而不会发生突变，因此，对于非阻性负载，a点电压的相位将会发生突变，如图4-3所示，从而可以采用相位突变检测方法来判断孤岛现象是否发生。　相位突变