关于分布式电源孤岛问题的分析

【摘要】电力系统虽然采取了一系列提高暂态为稳定的措施，能够保证系统某些规定的运行条件下的暂态稳定性。但是当电力系统出现了超过的规定的严重故障，或者出现事先未能预料的严重扰动，系统仍会有可能失去稳定性。稳定性的破坏，涉及整个电力系统，会造成极大的损失。为此，应事先考虑一些可能的应急措施，以减少损失，尽快恢复对用户的正常供电。当发电机和电力系统其他部分之间、系统的一部分和系统其他部分之间失去同步并无法恢复同步时，将它们之间的联系切断，出现孤岛现象。

【关键字】分布式电源 孤岛现象 安全措施 系统解列

一般指发电容量较小（几十千瓦至一百兆瓦之间） 、与配电网连接、分散在负载附近的发电形式。在许多国家分布式发电一般不经规划或中央调度。与远距离输电和大电网互联的电力系统相区别，人们称之为分布式发电。孤岛的概念由于线路故障等原因，断路器QF2或QF3跳开，此时DG和负载L就构成了一个孤岛系统。在孤岛系统中，DG 脱离电网后继续运行，独立地给负载L供电，称为孤岛运行。由于故障跳闸等偶然原因形成的孤岛运行，称为非计划孤岛运行。

非计划的孤岛运行具有偶然性和不确定性，会对系统、用户和DG本身带来不利影响： 电能质量下降、损坏DG和损坏用电设备；造成DG机组与电网的非同步并列；故障水平降低，影响继电保护装置的正常工作；威胁公众及运行人员的安全。可能失去接地点，威胁绝缘安全。分布式发电设备需要安装孤岛检测装置，快速、准确地检测出孤岛状态。在检测出孤岛发生后立即采取相应措施，消除孤岛运行可能产生的危害。

为避免无意形成的孤岛运行对电网、分布式电源以及用户等造成危害，现行的运行规程一般要求分布式电源配置反孤岛保护，快速、准确地检测出孤岛状态，一旦孤岛发生立即跳开DG与系统连接点的断路器。英国电力联合会颁布的G59/1[3]对于容量小于5MW、接入电压等级低于20kV的分布式电源接入电网做了技术规定：对于长期并网运行的分布式电源，大于150kVA的都需要配置反孤岛保护。2010年，IEEE颁布了P1547[4]，规定了分布式电源接入主电网的基本技术要求，规定在孤岛形成2s内反孤岛保护要动作，将分布式电源从系统中切除。上述孤岛应对措施操作简单、便于维护和管理，但存在许多问题：用户供电的中断却给用户带来不便；发电商利益受到损害；对电网如果分布式电源在孤岛状态下退出，当电网重合成功或故障消除后恢复供电，原来由DG提供电能的用户全部由电网供电，加重了电网的负担，在某些情况下可能造成电网的不稳定，对电网是不利的。合理的孤岛运行可以提高系统的供电可靠性，减少电压跌落，提高电能质量。

孤岛状态下DG的并网运行

分布式发电机的形式多种多样，容量差别很大。许多DG容量较大，且自身带有良好的电压和频率控制装置，孤岛状态下完全可以继续运行，并有能力给用户提供电能。根据DG容量的大小和本地负荷的大小，确定合理的孤岛区域，孤岛状态下继续给区域内的负载供电。随着分布式发电的发展，相关的法规也在不断的调整，例如，英国电力联合会协议UKG75[5]，认可了孤岛状态下DG的继续运行。无论采取哪种孤岛应对策略，首先都需要进行孤岛检测。孤岛检测应对任何可能的孤岛都有效。孤岛检测应在规定的时间内完成。由于分布式电源的类型及并网方式的多样性，孤岛检测方法也呈现出多样性。孤岛检测要考虑诸多因素，不同的电源类型应采取不同的检测方案。

感应式发电机（如大多数的风力发电设备）需要电网的无功支持，与电网脱离后无法独立运行，因而其控制系统中包含失去电网保护，其实质就是孤岛检测，因而孤岛的检测主要针对DG为直接并网的同步发电机和基于逆变器的发电设备。基于逆变器接口的分布式发电设备（如太阳能光伏电池）一般在逆变器中设置集成的保护功能，孤岛检测可以由其逆变器内部的控制系统来完成。

同步发电机的孤岛检测需要专门的检测装置来实现。同步发电机孤岛检测方法的评价基于通信技术的检测方法不存在检测死区、是最直接的孤岛检测方法，但经济性较差，一般用于具备通信条件或者采用其它方法无法满足孤岛检测要求的情况。主动法检测死区小、灵敏度高，但用于直接并网的同步发电机孤岛检测时，由于会对系统和发电机产生不利影响，以及注入的检测信号有一定要求，使其应用受到限制。被动检测法原理简单、易于实现，是直接并网的同步发电机孤岛检测最常用的方法。但各种被动检测法存在灵敏度和可靠性问题，需要在后面的研究工作中加以解决。

相位偏移法（VS， Vector Shift）

相位偏移法通过检测DG端电压的相位变化来判断DG是否处于孤岛状态。孤岛时由于DG所带负载功率的突然增加（或减少），其电动势与端电压的相差随之增大（或减少），相应地，端电压将跳变到一个新的值，其相位也随之改变。相位偏移的计算通常采用一个周波内的相对偏移量，即相位偏移继电器将当前的测量波形与参照波形相比较，计算出相位偏移值。当偏移值大于继电器设定的门槛值，则发出孤岛运行信号。相位偏移法存在的主要问题是灵敏性和可靠性问题。 提高门槛值可以减小误动的几率，但同时降低了孤岛检测的灵敏度。的选择必须兼顾可靠性和灵敏性，往往是两者的折中，一般为2°。相位偏移法简便、经济、易于实现，在同步发电机的反孤岛保护方案中得到广泛运用，但需解决灵敏性和可靠性问题。

参考文献

[1] E Lakervi， E J Holmes.配电网格规划与设计.范明天，张祖平，岳宗斌.北京：中国电力出版社，1999，89-95

[2] 钟庆，吴捷.基于负荷空间分布预测的电网规划方法研究（II）电力系统负荷分区分布预测，电网技术，2003，7（7）：39-41

[3] 束兴春，孙向飞.粗糙集理论在电力系统中的应用.电力系统自动化.2004，28（3）：90-95