分布式發(fā)電的孤島問題

分布式發(fā)電的孤島問題分布式發(fā)電的概念一般指發(fā)電容量較小(幾十千瓦至一百兆瓦之間)、與配電網(wǎng)連接、分散在負(fù)載附近的發(fā)電形式。在許多國家分布式發(fā)電一般不經(jīng)規(guī)劃或中央調(diào)度。

與遠(yuǎn)距離輸電和大電網(wǎng)互聯(lián)的電力系統(tǒng)相區(qū)別，人們稱之為分布式發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)太陽能發(fā)電燃料電池發(fā)電生物質(zhì)能發(fā)電地?zé)岚l(fā)電小型水利發(fā)電熱電聯(lián)產(chǎn)與冷熱電聯(lián)產(chǎn)其他分布式發(fā)電技術(shù)及并網(wǎng)方式分布式發(fā)電的電源類型

分布式電源采用的發(fā)電技術(shù)不同，其并網(wǎng)方式也不同，如表1所示。

分布式發(fā)電技術(shù)及并網(wǎng)方式分布式電源的并網(wǎng)方式技術(shù)類型輸出并網(wǎng)方式風(fēng)力發(fā)電工頻AC/非工頻AC直接并網(wǎng)/整流、逆變器并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電DC逆變器并網(wǎng)太陽能熱發(fā)電工頻AC直接并網(wǎng)生物能發(fā)電工頻AC直接并網(wǎng)水力發(fā)電工頻AC直接并網(wǎng)燃?xì)廨啓C工頻AC直接并網(wǎng)潮汐發(fā)電工頻AC直接并網(wǎng)地?zé)岚l(fā)電工頻AC直接并網(wǎng)燃料電池工頻DC逆變器并網(wǎng)微型渦輪機高頻AC整流、逆變器并網(wǎng)分布式發(fā)電的孤島問題孤島的概念包含分布式發(fā)電機的系統(tǒng)示意圖由于線路故障等原因，斷路器QF2或QF3跳開，此時DG和負(fù)載L就構(gòu)成了一個孤島系統(tǒng)。在孤島系統(tǒng)中，DG

脫離電網(wǎng)后繼續(xù)運行，獨立地給負(fù)載L供電，稱為孤島運行。由于故障跳閘等偶然原因形成的孤島運行，稱為非計劃孤島運行。分布式發(fā)電的孤島問題孤島的危害非計劃的孤島運行具有偶然性和不確定性，會對系統(tǒng)、用戶和DG本身帶來不利影響：

電能質(zhì)量下降、損壞DG和損壞用電設(shè)備造成DG機組與電網(wǎng)的非同步并列故障水平降低，影響繼電保護裝置的正常工作威脅公眾及運行人員的安全?？赡苁ソ拥攸c，威脅絕緣安全。分布式發(fā)電設(shè)備需要安裝孤島檢測裝置，快速、準(zhǔn)確地檢測出孤島狀態(tài)。在檢測出孤島發(fā)生后立即采取相應(yīng)措施，消除孤島運行可能產(chǎn)生的危害。孤島的應(yīng)對策略現(xiàn)行的孤島應(yīng)對策略為避免無意形成的孤島運行對電網(wǎng)、分布式電源以及用戶等造成危害，現(xiàn)行的運行規(guī)程一般要求分布式電源配置反孤島保護，快速、準(zhǔn)確地檢測出孤島狀態(tài)，一旦孤島發(fā)生立即跳開DG與系統(tǒng)連接點的斷路器。英國電力聯(lián)合會頒布的G59/1[3]對于容量小于5MW、接入電壓等級低于20kV的分布式電源接入電網(wǎng)做了技術(shù)規(guī)定：對于長期并網(wǎng)運行的分布式電源，大于150kVA的都需要配置反孤島保護。2003年，IEEE頒布了P1547[4]，規(guī)定了分布式電源接入主電網(wǎng)的基本技術(shù)要求，規(guī)定在孤島形成2s內(nèi)反孤島保護要動作，將分布式電源從系統(tǒng)中切除。孤島狀態(tài)下DG的并網(wǎng)運行

上述孤島應(yīng)對措施操作簡單、便于維護和管理，但存在許多問題:用戶供電的中斷卻給用戶帶來不便發(fā)電商利益受到損害對電網(wǎng)如果分布式電源在孤島狀態(tài)下退出，當(dāng)電網(wǎng)重合成功或故障消除后恢復(fù)供電，原來由DG提供電能的用戶全部由電網(wǎng)供電，加重了電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)，在某些情況下可能造成電網(wǎng)的不穩(wěn)定，對電網(wǎng)是不利的。合理的孤島運行可以提高系統(tǒng)的供電可靠性，減少電壓跌落，提高電能質(zhì)量。孤島的應(yīng)對策略孤島的應(yīng)對策略

分布式發(fā)電機的形式多種多樣，容量差別很大。許多DG容量較大，且自身帶有良好的電壓和頻率控制裝置，孤島狀態(tài)下完全可以繼續(xù)運行，并有能力給用戶提供電能。（微電網(wǎng)）根據(jù)DG容量的大小和本地負(fù)荷的大小，確定合理的孤島區(qū)域，孤島狀態(tài)下繼續(xù)給區(qū)域內(nèi)的負(fù)載供電。隨著分布式發(fā)電的發(fā)展，相關(guān)的法規(guī)也在不斷的調(diào)整，例如，英國電力聯(lián)合會協(xié)議UKG75[5]，認(rèn)可了孤島狀態(tài)下DG的繼續(xù)運行。

孤島狀態(tài)下DG的并網(wǎng)運行孤島的檢測

無論采取哪種孤島應(yīng)對策略，首先都需要進行孤島檢測。孤島檢測應(yīng)對任何可能的孤島都有效。孤島檢測應(yīng)在規(guī)定的時間內(nèi)完成。由于分布式電源的類型及并網(wǎng)方式的多樣性，孤島檢測方法也呈現(xiàn)出多樣性。

分布式發(fā)電的孤島問題

孤島檢測要考慮諸多因素,不同的電源類型應(yīng)采取不同的檢測方案。

感應(yīng)式發(fā)電機（如大多數(shù)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備）需要電網(wǎng)的無功支持，與電網(wǎng)脫離后無法獨立運行，因而其控制系統(tǒng)中包含失去電網(wǎng)保護，其實質(zhì)就是孤島檢測，因而孤島的檢測主要針對DG為直接并網(wǎng)的同步發(fā)電機和基于逆變器的發(fā)電設(shè)備?；谀孀兤鹘涌诘姆植际桨l(fā)電設(shè)備（如太陽能光伏電池）一般在逆變器中設(shè)置集成的保護功能，孤島檢測可以由其逆變器內(nèi)部的控制系統(tǒng)來完成。同步發(fā)電機的孤島檢測需要專門的檢測裝置來實現(xiàn)。同步發(fā)電機的孤島檢測方法孤島檢測方法的分類同步發(fā)電機的孤島檢測方法同步發(fā)電機孤島檢測方法的評價

1.基于通信技術(shù)的檢測方法不存在檢測死區(qū)、是最直接的孤島檢測方法，但經(jīng)濟性較差，一般用于具備通信條件或者采用其它方法無法滿足孤島檢測要求的情況。2.主動法檢測死區(qū)小、靈敏度高,但用于直接并網(wǎng)的同步發(fā)電機孤島檢測時，由于會對系統(tǒng)和發(fā)電機產(chǎn)生不利影響，以及注入的檢測信號有一定要求，使其應(yīng)用受到限制。3.被動檢測法原理簡單、易于實現(xiàn)，是直接并網(wǎng)的同步發(fā)電機孤島檢測最常用的方法。但各種被動檢測法存在靈敏度和可靠性問題，需要在后面的研究工作中加以解決。同步發(fā)電機的孤島檢測方法

相位偏移法（VS,VectorShift）

相位偏移法通過檢測DG端電壓的相位變化來判斷DG是否處于孤島狀態(tài)。孤島時由于DG所帶負(fù)載功率的突然增加（或減少），其電動勢與端電壓的相差隨之增大（或減少），相應(yīng)地，端電壓將跳變到一個新的值，其相位也隨之改變。

同步發(fā)電機的孤島檢測方法

相位偏移法（VS,VectorShift）

相位偏移的計算通常采用一個周波內(nèi)的相對偏移量，即相位偏移繼電器將當(dāng)前的測量波形與參照波形相比較，計算出相位偏移值。當(dāng)大于VS繼電器設(shè)定的門檻值，則發(fā)出孤島運行信號。

同步發(fā)電機的孤島檢測方法

相位偏移法（VS,VectorShift）

相位偏移法存在的主要問題是靈敏性和可靠性