【涨知识】何为孤岛效应

《分布式电源接入电网技术规定》中对孤岛效应的定义为:电网失压时，分布式电源系统仍保持对失压电网中的某一部分线路继续供电的状态。当电网因事故或停电检修而失电时，如果分布式光伏发电系统的出力与本地负载相匹配，就可能发生孤岛效应，给系统设备和相关人员带来安全隐患。

逆变器防孤岛保护要求

在《并网光伏发电专用逆变器技术条件》中要求，逆变器应具有防孤岛效应保护功能。若逆变器并入的电网供电中断，逆变器应在 2s内停止向电网供电，其具体要求如下表所示。

逆变器过欠压响应时间

不同电网频率下的运行要求

逆变器防孤岛保护类型

1、被动式防孤岛保护

被动式孤岛检测方法主要有过欠压和过欠频保护、电压相位突变检测、电压谐波检测等方法，这些方法均是通过检测逆变器交流输出端电压或频率的异常来检测孤岛效应，并且在一般情况下均能正确动作脱网。但是，该方法在光伏系统输出功率与局部负载功率平衡时将失去孤岛效应检测能力。

2、主动式防孤岛保护

主动式是指通过控制逆变器，使其输出功率、频率或相位存在一定的扰动。电网正常工作时，由于电网的平衡作用，检测不到这些扰动，一旦电网出现故障，逆变器输出的扰动将快速累积并超出允许范围，从而触发孤岛效应检测电路。有源频率偏移在主动检测法中应用较多。该方法检测精度主动移频式孤岛检测法主要包括主动频率偏移法(AFD),和滑模频率偏移法( SMS)等，其中AFD法应用较多（主动检测法虽然快准狠，但是会产生谐波污染问题）。

为何要装反孤岛装置

根据国标《户用分布式光伏发电并网接口技术规范》规定:总容量30kW及以下，通过380V/220V接入的新建、扩建或改建户用并网光伏发电系统，光伏发电系统接入容量超过本配电台区变压器额定容量 25% 时，公用电网配电变压器低压侧应配置低压总开关,并在配电变压器低压母线处装设反孤岛装置。

既然逆变器都配置防孤岛保护，为何又要设置反孤岛装置呢？

对于一些分布式屋顶光伏来讲，安装的比较分散。在各家各户的屋顶上，大概在3KWP-8KWP不等。低压光伏并网一般采用就近并网，不会把并网开关集合在配电变压器侧。当检修线路时，要确保该线路上的所有逆变器都要停止工作，这样才能更好的保证检修人员的安全。但是由于线路上带有的逆变器数量不定，安装地点不定。如果在检修之前一一确定逆变器在停止状态，似乎又不太可能。因此反孤岛的作用就是当存在孤网运行的情况下，将逆变器逼停，使逆变器一直处于停止运行状态

反孤岛装置典型结构

当电网失电且发生孤岛现象时，光伏系统电网侧将会带电。电力检修人员通过检测该点是否带电，来判断是否发生孤岛现象。如果发生孤岛现象，即由现场检修人员手动投入低压反孤岛装置。通过改变分布式光伏发电出力与负载之间的功率平衡，扰动其输出的电压与频率，引起过欠压或过欠频保护动作，能够破坏其孤岛运行。

低压反孤岛设计

结合分布式光伏发电孤岛系统具有电压与负载有功功率有关、频率与无功功率有关的运行特性，低压反孤岛装置可由操作开关和电阻、电感或电容等扰动负载构成。以下是 3 类低压反孤岛装置的开断机理。

1、阻性低压反孤岛装置:投入后引起分布式光伏发电系统过欠压保护动作，破坏其孤岛运行;

2、感性低压反孤岛装置:投入后引起分布式光伏发电系统过欠频保护动作，破坏其孤岛运行

3、容性低压反孤岛装置:投入后引起分布式光伏发。

对于感性、容性反孤岛装置，在逆变器因过、欠频保护停止输出电流后，出现感应电压，此时投入反孤岛装置，存在出现操作过电压的隐患，所以在实际应用中只考虑采用阻型低压反孤岛装置。

投入阻性低压反孤岛装置后的分布式光伏发电孤岛系统等效模型下图所示。图中: PCC 为公共耦合点

R 为电阻；L 为电感；C 为电容；Rs 为扰动负载；

Iinv 为光伏逆变器的输出电流; Iload 为负载电流；

Ploads 和 Qloads 分别为电网正常时负载有功和无功功率；

Pgrid和 Qgrid 分别为电网消纳的光伏发电有功和无功功率。

当分布式光伏处于孤岛运行时，光伏逆变器的输出功率与负载匹配，RLC负载总阻抗以Z表示，假设此时的电压为U0 ，则有

根据RS计算公式可知：阻性低压反孤岛装置的电阻值可以通过分布式光伏接入电压、接入容量、跌落后的电压计算得出，此外，投入阻性低压反孤岛装置后，将引起系统电压降落，即可使分布式光伏发电欠压保护。根据逆变器电压保护动作的要求，投入阻性低压反孤岛装置后的跌落电压 U 至少应满足 U <85% Un ，其中 Un 为接入配电网系统的标称电压。阻性低压反孤岛装置的计算模型为：

从上式可知，当分布式光伏发电出力 Pinv 与跌落后电压 U 确定后，即可得到阻性低压反孤岛装置扰动电阻值，此外，U 的跌落越深，需要配置的负载越大，电阻值越小。

1 )随着低压断路器容量和分布式光伏发电容量的增大，需配置的低压反孤岛装置扰动负载容量越大，即扰动电阻数值越小。

2)与大容量低压断路器或分布式光伏发电相匹配的低压反孤岛装置，能够覆盖该容量以下的低压反孤岛装置，能满足实际容量小于计算容量的分布式光伏发电。

划重点

1、分布式光伏的基础防孤岛保护是通过逆变器实现的。

2、反孤岛装置通过干扰分布式光伏输出电压迫使逆变器欠压保护动作实现反孤岛功能。

3、光伏发电系统接入容量超过本配电台区变压器额定容量 25% 时，应装设反孤岛装置

4、单一台区配变接入较多低压光伏时，宜装设反孤岛装置。

5、反孤岛装置具有向下覆盖的特性，能在实际容量小于计算容量时实现反孤岛功能。