光伏設(shè)施的檢測(cè)與檢驗(yàn)

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光伏設(shè)施的檢測(cè)與檢驗(yàn)

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)并網(wǎng)逆變器徑直把電能送入電網(wǎng)，故需要各種完善的愛(ài)護(hù)措施，除了應(yīng)具有基本的愛(ài)護(hù)功能〔如短路、過(guò)壓、過(guò)流、欠頻、過(guò)頻、過(guò)熱等〕以外，還應(yīng)具有預(yù)防孤島效應(yīng)的非常功能。孤島效應(yīng)是指當(dāng)電網(wǎng)因故障事故或停電修理等緣由而跳脫時(shí)，各個(gè)用戶端的太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)未能實(shí)時(shí)檢測(cè)出停電狀態(tài)而將自身切離市電，形成由太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和四周負(fù)載形成的一個(gè)電力公司無(wú)法掌控的自給供電孤島。孤島效應(yīng)是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)特有的現(xiàn)象，具有相當(dāng)大的危害性，不僅會(huì)危害到整個(gè)配電系統(tǒng)及用戶端的設(shè)備，更嚴(yán)峻的是會(huì)造成輸電線路修理人員的生命安全。

1孤島效應(yīng)國(guó)際通行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，具有反孤島效應(yīng)的功能是至關(guān)重要的。反孤島效應(yīng)的關(guān)鍵是電網(wǎng)斷電的檢測(cè)，且檢測(cè)時(shí)間越短效果越好。依據(jù)反孤島效應(yīng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，表1給出了并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)斷電后檢測(cè)到孤島現(xiàn)象并將逆變器與電網(wǎng)斷開(kāi)的最大時(shí)間限制。

2孤島效應(yīng)的分析模型逆變器并網(wǎng)的等效電路如所示。其中光伏系統(tǒng)為并網(wǎng)型逆變系統(tǒng)，輸出電壓為溝通220V／50Hz，負(fù)載采納RLC并聯(lián)方式表示。并網(wǎng)系統(tǒng)正常工作時(shí)Pload＝PPV－P＝U2／R〔1〕Qoad＝QPV－Q＝U2〔1L－C〕〔2〕式中：U，ω―――負(fù)載電壓和頻率；PPV，QPV―――光伏系統(tǒng)輸出的有功功率和無(wú)功功率；Pload，Qload―――負(fù)載的有功功率和無(wú)功功率；ΔP，ΔQ―――輸送至電網(wǎng)的有功功率和無(wú)功功率。

電網(wǎng)斷電后，即系統(tǒng)孤島運(yùn)行時(shí)P′oad＝PPV＝U′2／R〔3〕Q′oad＝QPV＝U′2〔1′L－′C〕〔4〕聯(lián)立式〔1〕和式〔3〕U′2－U2＝RΔP〔5〕聯(lián)立式〔2〕和式〔4〕〔－′〕〔1＋′LC〕＝′LΔQ／U2〔6〕假設(shè)ΔP＝0，即光伏系統(tǒng)輸出有功功率等于負(fù)載所需的有功功率時(shí)，輸出電壓的幅值不變。假設(shè)ΔQ＝0，即光伏系統(tǒng)輸出的無(wú)功功率等于負(fù)載所需的無(wú)功功率時(shí)，輸出電壓的頻率沒(méi)有改變。

3孤島檢測(cè)反孤島效應(yīng)的關(guān)鍵就是對(duì)電網(wǎng)斷電的檢測(cè)。

常見(jiàn)并網(wǎng)逆變器側(cè)的主動(dòng)式檢測(cè)是指系統(tǒng)主動(dòng)、定時(shí)地對(duì)電網(wǎng)施加一些干擾信號(hào)，然后通過(guò)檢測(cè)電網(wǎng)的各項(xiàng)指標(biāo)來(lái)判斷是否發(fā)生了孤島效應(yīng)。這些主動(dòng)檢測(cè)方法有時(shí)能有效地防止孤島效應(yīng)，但由于對(duì)電網(wǎng)施加了擾動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)造成了肯定的諧波污染。

光伏并網(wǎng)系統(tǒng)在電網(wǎng)停電后，并網(wǎng)裝置和負(fù)載構(gòu)成了一個(gè)獨(dú)立供電的系統(tǒng)，在分析時(shí)，負(fù)載一般可以用并聯(lián)的RLC表示。電網(wǎng)斷電后，光伏系統(tǒng)輸出電壓和輸出電流之間的相位角完全由負(fù)載決斷，并且和頻率有關(guān)。帶有動(dòng)態(tài)超前相位的孤島效應(yīng)檢測(cè)，其超前相位由固定的超前相位Φ0、與實(shí)際電流和電壓的頻率差有關(guān)的Φ1和電網(wǎng)電壓的頻率改變有關(guān)的Φ23部分組成，即每一個(gè)電網(wǎng)電壓周期，并網(wǎng)電流超前電網(wǎng)電壓的相位為Φ〔k〕＝Φ0＋Φ1〔k〕＋Φ2〔k〕〔7〕固定的超前相位角大大縮短了孤島效應(yīng)的檢測(cè)判斷時(shí)間，事實(shí)上，它對(duì)系統(tǒng)的功率因數(shù)影響可以不計(jì)，Φ1〔k〕是由電網(wǎng)電壓頻率和并網(wǎng)電流頻率之間差異引起

光伏設(shè)施的檢測(cè)與檢驗(yàn)

的相位變動(dòng)。當(dāng)電網(wǎng)電壓正常，系統(tǒng)穩(wěn)定工作時(shí)，系統(tǒng)輸出電流的頻率和電網(wǎng)電壓頻率全都。當(dāng)孤島效應(yīng)發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)徑直向負(fù)載供電。

4試驗(yàn)結(jié)果與分析孤島效應(yīng)檢測(cè)是討論光伏并網(wǎng)系統(tǒng)需要考慮的重要內(nèi)容之一。并網(wǎng)逆變器的負(fù)載可能會(huì)呈阻性、感性和容性，因此要合理地采納一種或多種檢

注：1.Unom指電網(wǎng)電壓幅值的額定值，對(duì)于中國(guó)的單相市電為溝通有效值220V；2.fnom指電網(wǎng)電壓頻率的額定值，對(duì)于中國(guó)單相市電為50Hz.測(cè)手段，以達(dá)到反孤島效應(yīng)的目的。帶有動(dòng)態(tài)超前相位的檢測(cè)方法能有效地檢測(cè)出孤島效應(yīng)，并且固定的超前相位能有助于縮短阻性和感性負(fù)載時(shí)的檢測(cè)時(shí)間。對(duì)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)孤島效應(yīng)時(shí)的阻性負(fù)載、感性負(fù)載和容性負(fù)載3種狀況進(jìn)行了試驗(yàn)。壓和電流波形，即電網(wǎng)斷電后系統(tǒng)輸出電壓的幅值沒(méi)有大的改變，系統(tǒng)不能依據(jù)輸出電壓的幅值來(lái)判斷是否發(fā)生了孤島效應(yīng)，而只能依據(jù)輸出電壓的頻率來(lái)檢測(cè)孤島效應(yīng)狀態(tài)，使系統(tǒng)停止運(yùn)行?！瞓〕是感性負(fù)載時(shí)的孤島效應(yīng)試驗(yàn)波形，當(dāng)電網(wǎng)斷電后，系統(tǒng)輸出電壓的頻率會(huì)增大，就可以通過(guò)檢測(cè)電壓的頻率來(lái)判斷是否發(fā)生孤島效應(yīng)。