LPC2131新能源发电系统中的逆变与并网技术研究(9)
3.2 孤岛效应的发生机理、原因及其危害性
3.2.1 孤岛效应的发生机理及原因
光伏并网系统与本地负载相连,通过投闸开关连接到配电网上,当电网停电时则形成孤岛[ ]。
孤岛效应可能是以下一种或几种情况所造成的后果:
1）电网检测到故障，导致网侧分离开关跳开，但是分布式发电装置没有检测到故障而继续运行；
2）由于电网设备故障而导致正常供电的意外中断；
3）电网文修造成的供电中断；
4）工作人员的误操作或蓄意破坏；
5）自然灾害。
逆变器工作于单位功率因数正弦波控制模式，并且局部负载用并联RLC电路表示。当电网正常运行时，逆变器向负载提供的有功功率、无功功率为P、Q，电网向负载提供的有功功率、无功功率为 、 ，负载需求的有功功率、无功功率为 、 ，则节点 a 处的功率为：
由式（3.1）和式（3.2）可以看出，如果逆变器提供的功率与负载需求的功率相匹配，即 、 ，那么当线路文修或故障而导致网侧开关K跳开时，公共藕合点a点电压和频率的变化不大，逆变器将继续向负载供电，形成由光伏并网发电系统和周围负载构成的一个自给供电的孤岛。孤岛系统形成后，a点电压 (瞬时值)由RLC负载的欧姆定律响应确定，并受逆变器控制系统的监控。同时逆变器为了保持输出电流i，与端电压即 同步，将驱使i的频率改变直到i，与 之间的相位差为0，即i的频率到达一个(也是唯一的)稳态值即负载的谐振频率 ， 的必然结果，这种因电网跳闸而形成的无功功率平衡关系可用相位平衡关系来描述，即 ，其中 是由所采用的反孤岛方案决定的逆变器输出电流超前于端电压的相位角， 是负载阻抗角，在并联RLC负载的情况下， 。
因此孤岛效应发生的充要条件是：
1）光伏并网发电装置提供的有功功率与负载的有功功率相匹配；
2）光伏并网发电装置提供的无功功率与负载的无功功率相匹配，即满足相位平衡关系： 。
3.2.2 孤岛效应的危害
孤岛现象发生后，电压波动、频率波动、谐波可能会同时出现，或都不出现。孤岛产生后将产生下列一些问题：
1）如果是非三相运行、有较大的谐波含量以及频率不稳时，都将使孤岛现象扩大。
2）孤岛的电压相量会相对于主网产生漂移，当电网快速恢复时，这可能会干扰重合闸。
3）如在重合闸前还未消除孤岛现象，将会导致不同步并网。在孤岛电压与电网电压相量不相同时并网，那么在接口处会产生很大的电流，导致损坏逆变器。
4）对在孤岛电网中进行检修工作的人员形成安全危害。
5）可能出现由单相并网系统供电给三相负载的情况，会造成三相负载的缺相运行，造成危害[ ]。
3.3 孤岛检测策略
孤岛效应检测技术一般可分成被动式及主动式两类。被动式检测技术一般是利用监测市电状态，如电压、频率作为判断市电是否故障的依据。而主动检测法，则是由电力逆变器定时产生干扰讯号，观察市电的是否受到影响以做为判断依据，因为市电可以看为是一个容量无穷大的电压源[ ]。
3.3.1 被动式检测方法
由于发生孤岛情况时，其电压及频率均不稳定，被动式检测方法利用此点效应来判断是否发生孤岛情况。依参考的电力参数不同，可分成以下几种方法:
a)利用保护电路检测
一般的太阳能发电系统均会装置四种保护电路:过电压保护、低电压保护、过频率保护及低频率保护。这四种保护电路提供了最基本的保护功能，一旦逆变器的输出电压、输出频率超过正常的范围时，即将市电视为有故障发生，保护电路即会将并网系统切离市电网路。但是，当逆变器的输出功率与负载功率达成平衡时，则会因系统的电压及频率变动过小，使得控制系统无法检测而失去作用。