防孤島保護裝置在光伏項目的應用

0 前言

      在可再生能源日益受到全球重視的今天，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)以其環(huán)保、靈活、高效的特點，在全球范圍內得到了廣泛應用。然而，隨著光伏電站的普及，孤島效應成為了一個不容忽視的問題。孤島效應，即當電網(wǎng)由于故障或維護等原因與光伏發(fā)電系統(tǒng)斷開連接后，光伏發(fā)電系統(tǒng)仍繼續(xù)向部分負載供電，形成獨立的電力孤島。這一現(xiàn)象不僅可能對電網(wǎng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)本身造成損害，還可能威脅到檢修人員的安全。因此，防孤島保護裝置在光伏項目中的應用顯得尤為重要

1 防孤島保護裝置的基本原理

       防孤島保護裝置是一種基于智能電網(wǎng)技術，結合微機保護原理的專用保護設備。它主要通過監(jiān)測分布式發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)之間的連接狀態(tài)，以及電網(wǎng)的電壓、頻率等關鍵參數(shù)，來判斷是否發(fā)生孤島現(xiàn)象。一旦檢測到孤島現(xiàn)象，防孤島保護裝置會迅速切斷分布式發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)之間的連接，防止孤島效應的發(fā)生。

2 防孤島保護裝置的主要功能

2.1孤島檢測與保護：防孤島保護裝置的核心功能是孤島檢測與保護。它通過實時監(jiān)測電網(wǎng)的電壓、頻率等參數(shù)，并與預設的閾值進行比較，一旦發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常且持續(xù)一定時間，即判斷為孤島現(xiàn)象發(fā)生，隨即切斷分布式發(fā)電系統(tǒng)的輸出，確保電網(wǎng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全。

2.2高頻與低頻保護功能：當電網(wǎng)頻率超出正常范圍時，無論是過高還是過低，防孤島保護裝置都會觸發(fā)保護動作，切斷分布式發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的連接。這一功能有效防止了因頻率異常導致的設備損壞和電網(wǎng)不穩(wěn)定。

2.3過電壓與低電壓保護功能：電網(wǎng)電壓的波動同樣會對光伏發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)造成不利影響。防孤島保護裝置能夠實時監(jiān)測電網(wǎng)電壓，并在電壓超出預設范圍時迅速切斷連接，保護設備免受損害。

2.4逆功率保護：對于自發(fā)自用的光伏電站，光伏發(fā)電產生的電能不允許逆向流入電網(wǎng)。防孤島保護裝置能夠監(jiān)測并網(wǎng)點的功率流向，一旦發(fā)現(xiàn)逆向功率，即切斷光伏開關，防止電網(wǎng)側向光伏側反送電。

2.5自動恢復并網(wǎng)功能：在電網(wǎng)故障解除后，防孤島保護裝置能夠自動檢測電網(wǎng)狀態(tài)，并在確認電網(wǎng)恢復正常后，重新閉合并網(wǎng)開關，恢復光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)運行。

3 產品方案

AM5SE-IS防孤島保護裝置主要適用于35kV、10kV及低壓380V光伏發(fā)電、燃氣發(fā)電等新能源并網(wǎng)供電系統(tǒng)。當發(fā)生孤島現(xiàn)象時，可以快速切除并網(wǎng)點，使本站與電網(wǎng)側快速脫離，保證整個電站和相關維護人員的生命安全。

3.1功能簡介

（1）保護功能

● 三段式過流保護（可經(jīng)低電壓閉鎖、可帶方向閉鎖）

● 反時限過流保護（可經(jīng)低電壓閉鎖）

● 兩段式零序I01過流（可帶方向閉鎖）/I01反時限過流保護

● 兩段式零序I02過流（可帶方向閉鎖）/I02反時限過流保護

● 低電壓跳閘

● 低電壓告警

● 過電壓保護（跳閘/告警）

● 零序過壓保護（跳閘/告警）

● 逆功率保護

● 頻率保護（低頻減載/高頻保護）

● 頻率突變跳閘

● 有壓自動合閘

● 重合閘

● 后加速過流保護（可經(jīng)低電壓閉鎖）

● 過負荷告警

● 過負荷跳閘

● PT斷線告警

● 控制回路斷線告警

● FC回路配合的過流閉鎖功能

● 非電量保護（跳閘/告警）

● 檢同期

● CT斷線告警

● 檢修狀態(tài)閉鎖

（2）監(jiān)控功能

● 獨立操作回路，可適應0.25A-5A開關跳合閘電流

● 20路有源開關量輸入

● 10路無源繼電器輸出

● I, U, P, Q, PF, Fr, Ep, Eq 等電參量測量

● 2路4-20mA變送輸出

（3）通訊功能

● 2路RS485串行通訊接口，支持Modbus-RTU、IEC60870-5-103規(guī)約

● 2路以太網(wǎng)接口，支持 TCP Modbus-RTU和 TCP IEC60870-5-103規(guī)約

（4）其他功能

● 故障錄波功能，保護動作時觸發(fā)錄波，可錄故障前8周波、故障后4周波

● IRIG-B格式對時

3.2逆功率保護

當檢測到回路有逆向電流流過且逆向功率值超過設定值時，裝置經(jīng)可設置延時發(fā)出逆功率跳閘命令，停止送電。保護邏輯見圖11.3。

圖11.3 逆功率保護邏輯

3.3過電壓保護

裝置設有過電壓保護，當斷路器處于合閘位置且裝置檢測到最大線電壓高于過電壓保護定值時，經(jīng)可設延時裝置過電壓保護命令，保護動作于跳閘或告警可選。

保護邏輯見圖11.4。

圖11.4 過電壓保護邏輯

4 防孤島保護裝置在光伏項目中的實際應用

       在分布式光伏項目中，防孤島保護裝置通常安裝于光伏并網(wǎng)柜內，與光伏發(fā)電系統(tǒng)、電網(wǎng)以及監(jiān)控系統(tǒng)緊密連接。通過實時監(jiān)測和分析電網(wǎng)參數(shù)，防孤島保護裝置能夠及時發(fā)現(xiàn)并處理孤島現(xiàn)象，確保光伏項目的安全穩(wěn)定運行。
某工程線路主要包括市電側和光伏并網(wǎng)側兩大部分，由于孤島效應在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中經(jīng)常發(fā)生，因此需要在并網(wǎng)柜處安裝安科瑞AM5SE-IS防孤島保護裝置，利用其頻率突變跳閘和有壓自動合閘保護功能保證人員和電網(wǎng)的安全可靠運行，整個配電室上圖方案如下：

 圖3 配電室上圖方案

針對本項目的一次方案及二次圖紙設計如下：

圖4 一次方案設計圖

5 防孤島保護裝置的優(yōu)勢與前景

防孤島保護裝置在光伏項目中的應用具有顯著的優(yōu)勢。首先，它能夠有效防止孤島現(xiàn)象的發(fā)生，保護電網(wǎng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全。其次，通過實時監(jiān)測和自動保護，防孤島保護裝置能夠顯著提高光伏項目的運行穩(wěn)定性和可靠性。此外，防孤島保護裝置還具有操作簡便、維護方便等特點，降低了光伏項目的運行成本。

作者介紹：

安躍強，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為為智能電網(wǎng)供配電。