孤岛逆变器



并网逆变器防孤岛保护功能详解

并网逆变器防孤岛保护功能详解

并网逆变器作为光伏系统的核心部件，承担着对电流和电压的精确控制作用。在众多保护机制中，防孤岛效应保护是尤为关键的功能，对保障光伏系统的安全稳定运行发挥着不可或缺的作用。

一、孤岛效应的定义

孤岛效应是指在电网突然失压的情况下，发电设备仍作为孤立电源对负载供电的现象。这种现象对设备和人员的安全存在重大隐患。

二、孤岛效应的危害

检修风险：当检修人员停止电网的供电，并对电力线路和电力设备进行检修时，若并网逆变器仍继续供电，会造成检修人员伤亡事故。设备损坏：当因电网故障造成停电时，若并网逆变器仍继续供电，一旦电网恢复供电，电网电压和并网逆变器的输出电压在相位上可能存在较大差异，会在这一瞬间产生很大的冲击电流，从而损坏设备。

三、防孤岛效应的标准要求

根据国际标准IEEE Std．2000．929和ULl74规定，所有的并网逆变器必须具有反孤岛效应的功能。同时，这两个标准给出了并网逆变器在电网断电后检测到孤岛现象并将逆变器与电网断开的时间限制。在我国的GB/T 19939-2005《光伏系统并网技术要求》中，也对频率偏移、电压异常、防孤岛效应有明确的要求。

四、逆变器如何实现防孤岛效应保护

防孤岛效应的关键点是电网断电的检测，通常采用被动或主动式两种“孤岛效应”检测方法。无论何种检测方法，一旦确认电网失电，都要在2s内将并网逆变器与电网断开并停止逆变器的运行，而实际逆变器防孤岛保护时间会更短，以确保人员及设备安全。

被动检测：

原理：由于电网系统中，负载设备启动功率较大，或者损耗较大，系统发电过多等，均会导致电网信号的异常，如过欠压、过欠频、相位变化、谐波变化等。主要依据这些信号去进行孤岛保护的检测。

优点：不需要增加硬件电路，也不需要单独的保护继电器。

缺点：当光伏系统输出功率与局部负载功率平衡时，被动式检测方法将失去孤岛效应检测能力，存在较大的非检测区域（NDZ）。

主动检测：

原理：逆变器向电网方向主动注入小信号，检测反馈信号，以此判断是否发生掉电。这个小信号扰动可能是电流扰动、频率扰动、频率突变等。若检测到掉电，则逆变器启动防孤岛保护，停止向外发电。

优点：检测精度高，非检测区小。

缺点：控制较复杂，且降低了逆变器输出电能的质量。

目前，并网逆变器的反孤岛策略大多采用被动式检测方案加上一种主动式检测方案相结合，以提高检测的准确性和可靠性。

五、其他孤岛效应检测方法

除了上述普遍采用的被动法和主动法，还有一些逆变器外部的检测方法，如“网侧阻抗插值法”和运用电网系统的故障信号进行控制等。这些方法各有特点，可以根据实际情况和具体要求进行选择和应用。

六、防孤岛保护装置的应用

虽然并网光伏逆变器都具备孤岛保护功能，但根据实际情况和当地的具体要求，一般情况下大中型光伏电站在并网点会安装孤岛保护装置；而对于分布式光伏电站来讲，由于安装容量比较小且低压并网，也为了保证电网的安全，根据当地的要求，一般也会有防孤岛保护装置等。加装防孤岛保护装置主要是为实现防孤岛准备的二次保护，确保更加安全可靠。

综上所述，并网逆变器的防孤岛保护功能对于保障光伏系统的安全稳定运行具有重要意义。通过采用被动式和主动式相结合的检测方法以及加装防孤岛保护装置等措施，可以有效降低孤岛效应带来的风险和危害。

孤岛模式微电网逆变器VSG控制_SIMULINK_模型搭建详解

孤岛模式微电网逆变器VSG控制SIMULINK模型搭建详解

孤岛模式下的VSG（虚拟同步发电机）控制是微电网领域的重要研究方向，其核心在于模拟同步发电机的运行特性，以提高微电网的稳定性和可靠性。以下将详细介绍如何在SIMULINK中搭建VSG控制的模型。

一、VSG控制策略

VSG控制策略主要包括功率外环和电压电流双闭环。其中，功率外环用于生成参考电压，而电压电流双闭环则用于实现电流的快速跟踪和电压的稳定控制。

功率外环

功率外环是VSG控制的核心部分，它主要包括无功-电压下垂控制、有功-频率下垂控制和转子运动方程三个环节。

无功-电压下垂控制：根据无功功率的变化调整输出电压，以维持系统的无功平衡。

有功-频率下垂控制：根据有功功率的变化调整输出频率，以模拟同步发电机的频率调节特性。

转子运动方程：模拟同步发电机的转子运动，引入惯量和阻尼特性，使频率的动态响应速度变慢，有利于提高系统的稳定性。

电压电流双闭环

电压电流双闭环用于实现电流的快速跟踪和电压的稳定控制。其中，电压环用于控制输出电压的幅值和相位，而电流环则用于实现电流的快速跟踪和限流保护。

二、SIMULINK模型搭建

在SIMULINK中搭建VSG控制模型时，需要按照以下步骤进行：

搭建功率外环模型

首先，根据无功-电压下垂控制、有功-频率下垂控制和转子运动方程的原理，搭建相应的数学模型。这些模型可以通过使用SIMULINK中的基本数学运算模块（如加法器、乘法器、积分器等）来实现。

无功-电压下垂控制：使用加法器和乘法器计算无功功率与电压下垂系数之积，然后将其与额定电压相加，得到调整后的电压参考值。

有功-频率下垂控制：使用加法器和乘法器计算有功功率与频率下垂系数之积，然后将其与额定频率相加，得到调整后的频率参考值。注意，这里的频率参考值通常通过积分器转换为相位角。

转子运动方程：使用积分器和阻尼系数模拟转子的运动过程，得到实际的频率和相位角。

搭建电压电流双闭环模型

在功率外环的基础上，搭建电压电流双闭环模型。电压环通常使用PI控制器来实现对输出电压的控制，而电流环则使用比例控制器来实现对电流的快速跟踪。

电压环：将功率外环生成的电压参考值与实际输出电压进行比较，通过PI控制器得到电流参考值。

电流环：将电压环生成的电流参考值与实际输出电流进行比较，通过比例控制器得到PWM控制信号。

搭建PWM调制模块

PWM调制模块用于将电流环生成的PWM控制信号转换为逆变器的开关信号。在SIMULINK中，可以使用PWM生成器模块来实现这一功能。

搭建逆变器模型

逆变器模型用于模拟逆变器的实际运行过程。在SIMULINK中，可以使用三相逆变器模块来搭建逆变器模型，并将其与PWM调制模块相连。

搭建负载和电网模型

为了验证VSG控制的性能，需要搭建负载和电网模型。负载模型可以模拟实际负载的功率需求，而电网模型则可以模拟电网的电压和频率特性。

三、模型仿真与验证

在搭建完VSG控制模型后，需要进行仿真验证。通过调整负载和电网的参数，观察VSG控制的输出波形和性能指标，以验证其有效性和稳定性。

以下是一些关键的仿真结果和波形图：

（VSG控制框图，展示了功率外环和电压电流双闭环的结构）

（功率和输出电压电流的波形图，展示了VSG控制在孤岛模式下的动态响应性能）

通过仿真验证，可以确认VSG控制策略在孤岛模式下的有效性和稳定性，为后续的实际应用提供有力的支持。

四、总结

本文详细介绍了孤岛模式下VSG控制的SIMULINK模型搭建方法，包括功率外环和电压电流双闭环的设计、PWM调制模块和逆变器模型的搭建以及负载和电网模型的模拟。通过仿真验证，证明了VSG控制策略在孤岛模式下的有效性和稳定性。希望本文能为相关领域的研究人员提供有益的参考和借鉴。

逆变器有防孤岛保护功能，为什么还要加一台防孤岛装置？

尽管逆变器具备防孤岛保护功能，但加装专门的防孤岛装置仍具有必要性，主要原因如下：

提供双重保障，提升系统安全性与可靠性逆变器防孤岛功能的局限性：逆变器自带的防孤岛保护功能通常采用被动检测方法，通过监测电网电压、频率等参数的变化来判断是否发生孤岛效应。然而，这种方法在某些情况下可能存在误判或漏判的风险，例如当电网故障导致的电压、频率变化不明显时，逆变器可能无法及时准确地检测到孤岛效应。防孤岛装置的主动检测优势：专门的防孤岛装置，如CET中电技术的PMC - 751X - G/iRelay 51 - G，采用主动式检测方案。它能够主动向电网注入扰动信号，通过分析电网的响应来判断是否发生孤岛效应。这种主动检测方式可以减少误判和漏判的可能性，提高检测的准确性和可靠性。一旦检测到孤岛现象，防孤岛装置能够快速切除分布式孤岛电源，并立即停止逆变器的运行，为系统提供更可靠的安全保障。满足特定地区和电站类型的要求大型和中型光伏电站：在实际应用中，大型和中型光伏电站通常会在并网点安装专门的防孤岛保护装置。这是因为这些电站的规模较大，一旦发生孤岛效应，可能会对电网的稳定运行和周边用电设备造成更大的影响。专门的防孤岛装置可以更好地满足这些电站对安全性和可靠性的高要求。分布式光伏电站和工商业储能电站：分布式光伏电站和工商业储能电站安装容量相对较小，且通常采用低压并网。但为了保障电网的安全稳定，根据地区规定，它们也需要配备防孤岛保护装置。这些装置可以确保在电网故障时，分布式发电系统能够及时与电网断开，避免对电网和用户造成危害。具备更丰富的功能，适应多种场景需求多重保护功能：防孤岛装置不仅具备防孤岛保护功能，还拥有低频、高频、低压、过压、频率突变、频率滑差等多重保护功能。这些功能可以全面监测电网的运行状态，及时发现和处理各种异常情况，提高系统的稳定性和可靠性。例如，当电网频率发生突变或滑差时，防孤岛装置可以迅速采取措施，保护设备和电网的安全。逆功率保护功能：防孤岛装置还具备逆功率保护功能，能够解决电网逆流问题。在光伏系统中，当发电功率大于负载功率时，可能会出现逆流现象，即多余的电能反向流入电网。这不仅会造成电能的浪费，还可能对电网的安全运行产生影响。防孤岛装置可以监测到逆功率并触发保护动作，跳开光伏并网开关，实现分布式光伏系统的发电量全部自发自用。例如，在400V光伏发电系统中，安装iRelay 51 - G防孤岛保护装置并投入逆功率保护功能，当进线开关出现逆流时，装置会监测到逆功率后触发保护动作，选择跳开相应的并网开关，保证全部发电自发自用。适应多种场景和电压等级：防孤岛装置适用于光伏系统、风力发电系统、储能系统及微型电网等多种场景，覆盖35kV及以下电压等级的分布式电源并网供电系统。这使得它可以在不同的能源发电和电网环境中发挥作用，满足各种复杂场景下的防孤岛和逆功率保护需求。实现柔性控制与最大化发电效率的平衡柔性控制的后备手段：逆功率保护跳闸作为柔性控制的后备手段，可以在通信中断、逆变器响应不及时、负荷变化过快等极端情况下触发逆功率信号。而防孤岛保护则可以最大化保证逆变器的发电效率与稳定性，避免因孤岛运行导致系统电压、频率失控，损坏用电设备。在实际使用中，普遍采用防孤岛装置和逆变器防孤岛功能相结合的方式，兼顾效率和效果，缺一不可。

什么是光伏孤岛效应？有什么危害？

光伏孤岛效应是指当逆变器并网工作时，因各种原因导致市电无法给本地负载供电，且没有任何孤岛判断技术的情况下，逆变器持续给本地负载和局部电网负载供电的现象。

危害电力公司输电线路维修人员的人身安全：在孤岛效应发生时，局部电网可能仍带电，而维修人员可能误以为整个电网已断电，从而进行维修操作，导致触电事故。影响配电系统上的保护开关动作程序：孤岛效应可能干扰保护开关的正常动作，使得在电网故障时保护开关无法及时切断故障部分，扩大故障范围。电力孤岛区域所发生的供电电压与频率的不稳定现象：由于孤岛区域内的负载和发电不匹配，可能导致电压和频率的波动，影响用电设备的正常运行，甚至损坏设备。当电力公司供电恢复时所造成的相位不同步问题：在孤岛效应期间，孤岛区域内的发电和用电可能形成独立的相位。当电力公司供电恢复时，如果相位不同步，可能导致设备损坏或电网不稳定。太阳能供电系统因单相供电而造成系统三相负载的欠相供电问题：在孤岛效应下，如果太阳能供电系统仅能提供单相供电，而负载为三相，则可能导致欠相供电，影响负载的正常运行。防止光伏孤岛效应需快速检测电网断电：为了防止光伏孤岛效应的发生，需要快速检测电网断电。通常采用被动式和主动式两种“孤岛效应”检测方法。一旦确认电网失电，均需在几个周期内将逆变器与电网断开并停止逆变器的运行，以避免上述危害的发生。多光伏逆变器并网时检测方法可能失效：随着光伏并网发电系统的广泛应用，当多个光伏逆变器同时并网时，不同逆变器输出的变化可能非常大，导致传统的孤岛效应检测方法失效。因此，研究多光伏逆变器的并网通信、协同控制已成为光伏孤岛效应检测与控制的研究趋势。

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