防孤島保護(hù)裝置在光伏項(xiàng)目的應(yīng)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(diǎn)，在全球范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。然而，隨著光伏電站的普及，孤島效應(yīng)成為了一個(gè)不容忽視的問題。孤島效應(yīng)，即當(dāng)電網(wǎng)由于故障或維護(hù)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(fù)載供電，形成獨(dú)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(hù)裝置在光伏項(xiàng)目中的應(yīng)用顯得尤為重要

1 防孤島保護(hù)裝置的基本原理

       防孤島保護(hù)裝置是一種基于智能電網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合微機(jī)保護(hù)原理的專用保護(hù)設(shè)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(guān)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(hù)裝置會(huì)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(yīng)的發(fā)生。

2 防孤島保護(hù)裝置的主要功能

2.1孤島檢測與保護(hù)：防孤島保護(hù)裝置的核心功能是孤島檢測與保護(hù)。它通過實(shí)時(shí)監(jiān)測電網(wǎng)的電壓、頻率等參數(shù)，并與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行比較，一旦發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常且持續(xù)一定時(shí)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(hù)功能：當(dāng)電網(wǎng)頻率超出正常范圍時(shí)，無論是過高還是過低，防孤島保護(hù)裝置都會(huì)觸發(fā)保護(hù)動(dòng)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(dǎo)致的設(shè)備損壞和電網(wǎng)不穩(wěn)定。

2.3過電壓與低電壓保護(hù)功能：電網(wǎng)電壓的波動(dòng)同樣會(huì)對光伏發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)造成不利影響。防孤島保護(hù)裝置能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測電網(wǎng)電壓，并在電壓超出預(yù)設(shè)范圍時(shí)迅速切斷連接，保護(hù)設(shè)備免受損害。

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

2.5自動(dòng)恢復(fù)并網(wǎng)功能：在電網(wǎng)故障解除后，防孤島保護(hù)裝置能夠自動(dòng)檢測電網(wǎng)狀態(tài)，并在確認(rèn)電網(wǎng)恢復(fù)正常后，重新閉合并網(wǎng)開關(guān)，恢復(fù)光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行。

3 產(chǎn)品方案

AM5SE-IS防孤島保護(hù)裝置主要適用于35kV、10kV及低壓380V光伏發(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電等新能源并網(wǎng)供電系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生孤島現(xiàn)象時(shí)，可以快速切除并網(wǎng)點(diǎn)，使本站與電網(wǎng)側(cè)快速脫離，保證整個(gè)電站和相關(guān)維護(hù)人員的生命安全。

3.1功能簡介

（1）保護(hù)功能

● 三段式過流保護(hù)（可經(jīng)低電壓閉鎖、可帶方向閉鎖）

● 反時(shí)限過流保護(hù)（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(shí)限過流保護(hù)

● 兩段式零序I02過流（可帶方向閉鎖）/I02反時(shí)限過流保護(hù)

● 低電壓跳閘

● 低電壓告警

● 過電壓保護(hù)（跳閘/告警）

● 零序過壓保護(hù)（跳閘/告警）

● 逆功率保護(hù)

● 頻率保護(hù)（低頻減載/高頻保護(hù)）

● 頻率突變跳閘

● 有壓自動(dòng)合閘

● 重合閘

● 后加速過流保護(hù)（可經(jīng)低電壓閉鎖）

● 過負(fù)荷告警

● 過負(fù)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(hù)（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(dú)立操作回路，可適應(yīng)0.25A-5A開關(guān)跳合閘電流

● 20路有源開關(guān)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(hù)動(dòng)作時(shí)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(shí)

3.2逆功率保護(hù)

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

圖11.3 逆功率保護(hù)邏輯

3.3過電壓保護(hù)

裝置設(shè)有過電壓保護(hù)，當(dāng)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(hù)定值時(shí)，經(jīng)可設(shè)延時(shí)裝置過電壓保護(hù)命令，保護(hù)動(dòng)作于跳閘或告警可選。

保護(hù)邏輯見圖11.4。

圖11.4 過電壓保護(hù)邏輯

4 防孤島保護(hù)裝置在光伏項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用

       在分布式光伏項(xiàng)目中，防孤島保護(hù)裝置通常安裝于光伏并網(wǎng)柜內(nèi)，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(shí)時(shí)監(jiān)測和分析電網(wǎng)參數(shù)，防孤島保護(hù)裝置能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理孤島現(xiàn)象，確保光伏項(xiàng)目的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
某工程線路主要包括市電側(cè)和光伏并網(wǎng)側(cè)兩大部分，由于孤島效應(yīng)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(hù)裝置，利用其頻率突變跳閘和有壓自動(dòng)合閘保護(hù)功能保證人員和電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行，整個(gè)配電室上圖方案如下：

 圖3 配電室上圖方案

針對本項(xiàng)目的一次方案及二次圖紙?jiān)O(shè)計(jì)如下：

圖4 一次方案設(shè)計(jì)圖

5 防孤島保護(hù)裝置的優(yōu)勢與前景

防孤島保護(hù)裝置在光伏項(xiàng)目中的應(yīng)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(hù)電網(wǎng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全。其次，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測和自動(dòng)保護(hù)，防孤島保護(hù)裝置能夠顯著提高光伏項(xiàng)目的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。此外，防孤島保護(hù)裝置還具有操作簡便、維護(hù)方便等特點(diǎn)，降低了光伏項(xiàng)目的運(yùn)行成本。

作者介紹：

安躍強(qiáng)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)闉橹悄茈娋W(wǎng)供配電。