并网光伏逆变器的防孤岛保护功能浅谈

逆变器是光伏系统的电气转换主要部分，起到对电流电压进行控制的功能。并网光伏逆变器涉及到的主要保护功能主要有，防雷，瞬时过流，过载，过温等典型功能，其中还涉及到一个非常重要的保护功能，即防孤岛保护功能。

理解防孤岛保护之前，首先理解一下什么是孤岛效应呢？当电网由于某些原因，如故障等状态停电时，未做防孤岛保护的并网光伏逆变器会依旧连接电网及负载，并且持续向外发电，形成类似于一个孤岛的部分，这就是孤岛效应。

孤岛效应的存在有诸多安全隐患，主要如下：

1.电网停电之前可能对负载设备有损伤，然而，光伏系统输出电压和电网电压之间的具有一定的相位差，当电网电压恢复供电时会产生较大浪涌电流，可能会再次跳闸，这对逆变器及负载设备都会有损害。

2.停电后若光伏逆变器继续工作，对于电网维修人员具有较大危害。

孤岛效应破坏性大，所以防孤岛效应的功能非常重要。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，对频率偏移、电压异常、防孤岛效应也有明确的要求。

光伏系统并网运行时应与电网同步运行，电网额定频率为50Hz，光伏系统并网后的频率允许偏差应符合GB/T15945的规定，即偏差值允许是O.5HZ，当超出频率范围时，应当在0.2S内动作，将光伏系统与电网断开。具体的异常频率响应时间规定见下表：

同时，在如下技术规范中，《NB/T 32004-2018光伏并网逆变器技术规范》对防孤岛效应的功能也做出一些要求，如下，

1.对于B类逆变器，应该具备检测孤岛，并且立即断开电网的能力，

2.防孤岛保护的动作时间应该小于2s，同时具有警示信号，

3.孤岛保护应该与电网侧线路保护相配合，

逆变器防孤岛保护的主要方式是主动和被动式等，通过检测电网电压和频率信息，以此判断电网运行情况。当检测到电网断开或者频率异常时，逆变器会通过继电器断开电网，并且停止电能输出，一般逆变器会和电网同步控制，来确保光伏发电系统和电网的稳定运行。

防孤岛保护主要有主动式和被动式两种方式，我们简单聊一下各自是如何检测的。

被动检测：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，这就是被动检测的方法。

但当光伏系统输出功率与局部负载功率平衡时，则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(Non-Detection Zone，简称NDZ)。并网逆变器的被动式反孤岛方案不需要增加硬件电路，也不需要单独的保护继电器。

图1 被动式检测孤岛

主动检测：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，或者频率扰动，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。

主动式孤岛检测方法是指通过控制逆变器，使其输出功率、频率或相位存在一定的扰动。电网正常工作时，由于电网的平衡作用，检测不到这些扰动。一旦电网出现故障，逆变器输出的扰动将快速累积并超出允许范围，从而触发孤岛效应检测电路。该方法检测精度高，非检测区小，但是控制较复杂，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都采用被动式检测方案加上一种主动式检测方案相结合。

图2 主动式检测孤岛

孤岛效应检测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”，该方法是指电网出现故障时在电网负载侧自动插入一个大的阻抗，使得网侧的阻抗突然发生显著变化，从而破坏系统功率平衡，造成电压、频率及相位的变化。　还有运用电网系统的故障信号进行控制。一旦电网出现故障，电网侧自身的监控系统就向光伏发电系统发出控制信号，以便能够及时切断分布式能源系统与电网的并联运行。

上述，对并网逆变器的孤岛保护功能做了一定程度的介绍，希望能有一定帮助。