云南拓日科技有限公司 ■ 普平貴 黃超 傅洪波

0 引言

隨著光伏并網發(fā)電技術的廣泛應用，光伏并網逆變器的防孤島技術受到了越來越多的關注。傳統(tǒng)光伏電站直接接入電網的逆變器設備容量較大、數量較少，隨著分布式光伏發(fā)電的廣泛應用，單個并網系統(tǒng)內小功率的并網逆變器大規(guī)模應用的案例將越來越普遍。在電網末端電能質量較差的地方，大規(guī)模安裝分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，對光伏并網逆變器的防孤島技術有了更為嚴格的要求。

光伏并網逆變器的孤島效應檢測方式一般分為主動式和被動式。被動式是監(jiān)測電網的實時電壓、頻率、相位、諧波等指標的變化，以此來判斷電網的故障情況，適時啟動防孤島保護。但當光伏系統(tǒng)輸出功率與局部負荷功率平衡時，被動式檢測方法將失去孤島效應檢測能力，存在較大的非檢測區(qū)域，即盲區(qū)。主動式孤島檢測方法是指通過控制逆變器，在一定條件下，使其輸出功率、頻率或相位存在一定的擾動。電網正常工作時，由于電網的平衡作用，檢測不到這些擾動；一旦電網出現故障，逆變器輸出的擾動將快速累積并超出允許范圍，從而觸發(fā)孤島效應檢測電路。該方法檢測精度高，非檢測區(qū)域小，但是控制較復雜，且會降低區(qū)域內電網母線的電能質量[1]。而在使用微型并網逆變器的系統(tǒng)內，由于單臺逆變器的功率非常小，其在系統(tǒng)內獨自擾動產生的力度非常微薄，主動式防孤島檢測方式應用于微型并網逆變器系統(tǒng)內將帶來巨大盲區(qū)。

傳統(tǒng)并網光伏電站中，大型地面電站主要使用MW級并網逆變器，電站直接并網接入35 kV及以上電壓等級主電網系統(tǒng)中，電站內部和周圍基本無負荷，電網和周圍運行中的負荷干擾很小，采用目前成熟的主動式和被動式防孤島技術中的某種或幾種方式結合即可滿足光伏電站的使用要求，該方法也是目前國內外逆變器廠家普遍使用的方法，技術也較為成熟。建筑屋頂安裝的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)多采用大中型并網逆變器，容量較小的光伏系統(tǒng)基本使用組串式并網逆變器，這幾種光伏發(fā)電系統(tǒng)在同一電網區(qū)域內光伏裝機容量相對電網容量占比較小，目前成熟的防孤島技術可保證光伏系統(tǒng)安全有效運行。

隨著人們對提升效率途徑的不斷探索，微型并網逆變器作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的一個應用分支，因解決了方陣內光伏組件組合帶來的發(fā)電效率損失問題，其市場份額在不斷擴大。對于小容量光伏系統(tǒng)，在同一電網區(qū)域內解決防孤島效應容易；但若在大容量光伏系統(tǒng)中使用微型并網逆變器，由于逆變器數量較多，僅采用被動式防孤島技術存在安全隱患；若采用傳統(tǒng)主動式防孤島技術，當電網電能質量較差而又持續(xù)運行時，大量的逆變器不同步地擾動信號必然加重電網電能質量的進一步惡化，甚至影響當地負荷的正常用電。基于以上因素，提出了群控擾動策略的防孤島技術。

群控技術在并網逆變器方面已有應用案例。國外部分逆變器廠家甚至提出構想，采用群控技術管理一個光伏并網發(fā)電站內各臺并網逆變器之間的直流側功率輸入，使整個電站低負荷時間段內，通過群控技術分配各臺逆變器之間的直流側功率輸入，讓直流功率盡量集中在部分逆變器上，其他無直流功率分配的逆變器則處于待機狀態(tài)，這樣不僅提高了電站的發(fā)電效率，也延長了逆變器設備的使用壽命。但通過群控技術解決光伏并網系統(tǒng)的防孤島問題，目前國內外尚無案例，也未見相關公開技術。

1 群控策略的實現方式

本方法所要解決的就是在同一負荷區(qū)域內，通過大量微型并網逆變器并網的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的防孤島方法。

本方法是基于群控擾動的微型并網逆變器防孤島方法，其特征在于該方法基于傳統(tǒng)微型并網逆變器的硬件構件，數百塊以上光伏組件并聯于并網光伏發(fā)電系統(tǒng)的母線上，每塊光伏組件均配置一個微型并網逆變器，每個微型并網逆變器均具有電力載波通信技術功能。該防孤島方法采用群控同步技術通過以下步驟實現：

1)檢測：每臺微型并網逆變器對電網進行被動式防孤島檢測，實時檢測電網的電能質量。

2) 擾動：上述步驟1)中，當檢測到母線上任一點出現異常導致電壓或頻率或諧波幅值超過固定數值時，該點的微型并網逆變器通過電力載波通信技術，向通信區(qū)域內的其他微型并網逆變器發(fā)出降低有功功率輸出的信號，收到此信號的所有微型并網逆變器立即降低有功功率輸出，使整個光伏系統(tǒng)同步降低整體有功功率輸出，達到主動擾動的目的。

3) 監(jiān)測：實時監(jiān)測母線的電能質量，持續(xù)一段時間，將結果反饋至微型并網逆變器孤島監(jiān)測單元。

4) 啟動：上述步驟3)中，當被監(jiān)測母線的電壓、頻率超出逆變器孤島保護的控制范圍，則啟動防孤島保護。

5) 上述步驟1)和3)中，當被檢測、監(jiān)測的母線電能質量符合運行要求，并網光伏發(fā)電系統(tǒng)則正常運行。

該方法的原理在于：電網的電壓、頻率等指標的動態(tài)穩(wěn)定是基于電源功率和負荷功率的動態(tài)平衡，只有電源功率和負荷功率動態(tài)在線基本一致時，其各項指標才能保證穩(wěn)定。當電源功率和負荷功率出現失衡時，電網電壓、頻率等指標必然出現波動[2]。通過群控技術，統(tǒng)一區(qū)域內微型并網逆變器的擾動步徑，才能真實、快速、準確地判斷電網的異常狀況。

本方法的實現是基于傳統(tǒng)技術微型并網逆變器的硬件構件，以原微型并網逆變器上具有的防孤島技術，通過電力載波通信技術，在軟件程序控制過程中，讓同一通信區(qū)域內的微型并網逆變器能實現相互發(fā)送和接收信號的通信互動，以保證統(tǒng)一擾動步徑，實現擾動效果，達到單臺微型并網逆變器單獨擾動時對電網母線電能質量影響甚微的目的。當監(jiān)測到并網電網內部電壓、頻率等指標出現異常時，采用主動群控干擾技術，通過擾動進一步加重電網異常，最終判斷電網的運行狀況。在本方法中采用的電力載波通信技術，不僅適用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的遠程PC監(jiān)控，還能用于主動防孤島智能化群控技術。該方法具體實現程序流程圖見圖1。

圖1 群控策略控制流程圖

本方法主要具有以下優(yōu)點：

1) 基于微型并網逆變器的大中型光伏并網發(fā)電系統(tǒng)中，采用量變引起質變的方式解決了由于微型并網逆變器單臺容量過小、獨自擾動在電網系統(tǒng)中力量過小帶來的擾動失效問題；

2) 采用以被動式防孤島監(jiān)測為主、主動擾動為輔的方式，大幅降低了大規(guī)模并網逆變器頻繁主動擾動對電網電能質量帶來負面影響的問題；

3) 本方法采用的被動式和主動式防孤島監(jiān)測基于微型并網逆變器原有設備，無需增加硬件。

2 結語

群控技術在各領域應用廣泛，在發(fā)展時間不長的光伏并網技術方面也逐漸應用于各方面，應用環(huán)境日趨復雜的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)內，在防孤島技術上引入群控技術，是十分有必要的。分布式光伏發(fā)電在我國剛剛開始大規(guī)模應用，并且國內安裝分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量均較大，由于微型并網逆變器在提升系統(tǒng)的總效率、增加發(fā)電量方面具有更大優(yōu)勢，加之其安裝便捷、占用較小空間、靈活性高，其將在分布式系統(tǒng)中逐步占有重要地位。對于安裝較為分散、電氣線路較為復雜，但又是集中并網于一個并網點或同一個區(qū)域的分布式系統(tǒng)，在防孤島檢測方面存在很大的復雜性。同時，國內電網智能管理尚處于初級階段，電網末端電能質量也較差，需要在原有防孤島檢測技術的基礎上，不斷探索新的防孤島檢測方法，確保系統(tǒng)的整體安全。

[1] 包金英， 張章， 郭文明. 光伏并網逆變器防孤島保護研究[J].電源技術應用 ， 2012， (7)： 6 － 8.

[2] NB/T 32004-2013，光伏發(fā)電并網逆變器技術規(guī)范[S].