一、逆变器“孤岛效应”的定义
孤岛效应是指:当电网因故障、停电或计划检修而断电时,并网逆变器(如光伏逆变器、风力发电逆变器)未能及时检测到电网的停电状态,仍然继续向本地负载供电,从而形成一个由逆变器和本地负载构成的、脱离大电网控制的孤立供电系统。
可以将它想象成:大电网这个“大海”退潮了(停电),但你家屋顶的光伏系统这片“小池塘”还在运行,并向你家供电。
孤岛效应的特点:
非计划性:这不是一个预先设计好的运行模式(如微电网),而是一种意外的、不受控的状态。
脱离电网:该孤立系统与主电网完全断开连接。
二、孤岛效应的危害
孤岛效应非常危险,主要危害包括:
对电力维修人员的生命安全构成严重威胁:维修人员在断电的线路上作业时,如果线路因孤岛效应而仍然带电,会造成触电伤亡事故。这是主要、危险的危害。
对电网设备造成损坏:当电网恢复供电时,如果逆变器的输出与电网电压在相位、频率上不同步,会造成巨大的“电流冲击”,损坏逆变器、变压器、开关等设备。
影响供电质量:孤岛系统中的电压和频率可能不稳定,超出正常范围,从而损坏用户本地的敏感电器设备。
干扰电网的正常恢复:给电网的重新合闸、并网操作带来困难和风险。
三、如何防止孤岛效应
防止孤岛效应是并网逆变器的强制性安全要求。全球所有并网逆变器都必须具备防孤岛保护功能,并在标准中严格规定(如中国的NB/T 32004、美国的IEEE 1547、德国的VDE 0126-1-1等)。
防止措施主要分为两大类:被动式检测和主动式检测。通常,逆变器会同时采用多种方法,以确保可靠性和安全性。
(一)被动式防孤岛检测
这种方法通过实时监测电网的关键参数,来判断电网是否消失。当参数超过设定阈值时,逆变器就会停止运行。
原理:假设电网消失后,逆变器供电的负载与电网参数会有明显差异。
常用方法:
过/欠电压保护 和 过/欠频率保护:电网断电后,孤岛系统的电压和频率很容易因功率不匹配而发生偏移,一旦超过正常范围,逆变器立即跳闸。
电压相位突变检测:监测电网电压相位的突然变化。
优点:简单可靠,无额外干扰。
缺点:存在“检测盲区”。如果本地负载的功耗与逆变器输出功率恰好匹配,且负载是纯阻性,那么孤岛系统的电压和频率可能变化极小,无法触发保护。因此,不能单独依赖被动检测。
(二)主动式防孤岛检测
这种方法由逆变器主动向电网发出一个微小的扰动信号,然后观察电网的反馈。如果电网存在,这个扰动会被电网“吸收”或“拉回”;如果电网消失,这个扰动会导致系统参数明显变化,从而被检测到。
原理:主动“试探”电网是否存在。
常用方法:
主动频移法:在每个周期注入一个微小的“休止时间”。
滑模频移法:根据频率偏差动态调整相位扰动。
频率偏移法:逆变器主动输出一个频率略微变化的电流。有电网时,电网的“刚性”会迫使频率保持稳定;无电网时,这个微小扰动会累积,导致频率快速偏移直至越限,触发保护。
电压幅值扰动法:主动小幅度改变输出电流的幅值,观察电网电压的变化。
优点:可以有效克服被动检测的“盲区”,检测能力强,非常可靠。
缺点:会对电网电能质量产生微小的干扰(通常在设计允许范围内)。
(三)其他辅助或强制措施
电网侧的保护:在配电变压器或开关站侧安装监测装置,一旦检测到孤岛,立即向所有下游逆变器发送远程跳闸信号(如通过电力载波或无线通信)。
计划性孤岛的区分:在真正的“微电网”或“主动孤岛运行”系统中,会有专门的控制系统和开关,这是有计划、有控制的孤岛运行,与危险的“孤岛效应”有本质区别。其逆变器控制策略和并网开关逻辑完全不同。
总结表格
简单来说,防孤岛功能就像逆变器的“电网依赖性感知器”。它的逻辑是:一旦感知不到强大而稳定的电网存在,无论负载是否需要,都必须立刻停止供电,以确保安全。这是所有合规并网逆变器的“生命线”功能。
往期热点回顾
光伏电站不运维会损失什么?
关于光伏电站你不得不知道的五个知识点
Deepseek预测:光伏电站未来10年的前景
2025年光伏电站运维端的技术
淼可森光伏电站运维管理公司,拥有承装(修、试)四级资质、安全生产许可证、建筑资质、光伏运维ISO认证等,集光伏电站勘测、设计、施工、运维于一体,一站式为您解决后顾之忧。moreclean
