安科瑞劉鴻鵬

摘要

隨著光伏發電的快速發展，光伏并網系統在全球范圍內得到了廣泛應用。然而，在電網停電的情況下，光伏系統可能會繼續向局部負載供電，形成“孤島效應”，這不僅影響電網安全，還可能危及設備和人員。防孤島保護裝置作為光伏并網系統的重要安全保護設備，可以有效檢測孤島現象，并迅速切斷光伏系統的輸出，確保電網和設備的安全。本文以防孤島保護裝置為主題，介紹其工作原理、技術特點及其在光伏并網系統中的應用。

1. 引言

在光伏并網發電系統中，逆變器通過電網向負載提供電能。當電網發生故障或停電時，光伏系統可能會繼續向局部負載供電，形成孤島效應。

2. 孤島效應是什么？

孤島效應是指光伏發電系統或其他分布式能源系統在與電網斷開后，仍然繼續向本地負載供電的現象。這種情況下，局部電網形成一個“孤立運行”的電力區域，與主電網分離，但系統內部仍然保持供電狀態。

2.1 孤島效應的成因

孤島效應通常發生在電網故障或人為斷開電網的情況下，主要原因包括：

電網停電：例如，電力公司進行檢修或線路故障導致主電網斷電，但光伏系統仍然在運行。

配電線路斷開：在局部負載仍然匹配光伏發電輸出的情況下，即使電網斷開，系統仍可能繼續供電。

逆變器未檢測到電網斷開：部分老舊或低端逆變器的電網檢測功能不夠靈敏，可能在電網斷開后仍保持運行。 

2.2 孤島效應的危害

孤島效應對電網安全、設備運行和人身安全都可能造成嚴重影響，主要包括：

危害電網穩定

當電網恢復供電時，孤島中的電壓、頻率和主電網可能不同步，導致電壓沖擊，影響電網安全運行。

孤島可能引起諧波干擾，影響其他用戶的電能質量。

對維修人員的安全威脅

在電網停電時，運維人員可能誤以為線路無電，進行檢修，但孤島仍在供電，可能導致觸電事故。

損壞電氣設備

孤島供電的電壓、頻率可能不穩定，容易導致敏感設備（如計算機、醫療設備）損壞。

影響逆變器的正常工作

逆變器設計通常依賴電網提供基準頻率和電壓，孤島模式下，逆變器可能工作異常，甚至燒毀。

2.3 如何防止孤島效應？

為了防止孤島效應，光伏并網系統通常采用防孤島保護技術，包括：

被動檢測（監測電壓、頻率、相角變化）

主動檢測（通過擾動信號確認電網狀態）

通信檢測（通過遠程信號檢測電網狀態）

防孤島保護裝置（能在孤島形成時快速切斷光伏輸出）

孤島效應是光伏并網系統的一大安全隱患，可能導致電網不穩定、設備損壞，甚至危及人員安全。通過安裝防孤島保護裝置，可以有效防止孤島現象，保障光伏系統的安全穩定運行。

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3. 防孤島保護器

AM5SE 系列微機保護測控裝置（以下簡稱裝置）集保護、控制、測量、通訊和監視功 能于一體，資源豐富、配置完善、維護方便、性能穩定，AM5SE-IS防孤島保護裝置主要適用于35kV、 10kV及低壓 380V光伏發電、 燃氣發電等新能源并網供電系統。

當發生孤島現象時 ， 可以快速切除并網點 ， 使本站與電網 側快速脫離 ，確保整個電站和相關維護人員的生命安全。

3.2 工作原理

防孤島保護裝置主要通過被動檢測、主動檢測和通信檢測三種方式來識別孤島現象，并采取相應措施。

被動檢測

被動檢測方法主要通過監測電網參數（如電壓、頻率、相位等）的異常來判斷是否發生孤島現象，常見方法包括：

電壓變化（UVP/OVP）：當電網電壓超出設定范圍，裝置認為孤島可能發生，并發出斷開指令。

頻率變化（UFP/OFP）：若系統頻率偏離正常范圍，也可能是孤島效應導致的。

相角偏移檢測：如果相角變化異常，則說明電網可能已經斷開。

主動檢測

主動檢測方法通過向系統施加擾動信號來判斷電網是否正常連接，如：

輸出功率擾動法：裝置周期性調整逆變器輸出功率，觀察電網響應，判斷是否存在孤島。

頻率擾動法：在電網斷開后，系統頻率會發生顯著變化，裝置可通過檢測頻率變化趨勢判斷孤島狀態。 

3.3 通信檢測

防孤島保護裝置可以通過RS485、ModbusTCP等通訊協議與光伏逆變器或電網監控系統通信，當接收到停電信號后，立刻切斷光伏系統輸出，避免孤島效應。

3.4 設備面板

3.5 技術特點

AM5SEIS防孤島保護裝置具備以下特點：

高精度檢測：采用16位同步采樣，實時監測電網狀態，準確判斷孤島現象。

快速響應：孤島檢測時間小于2秒，確保及時斷開光伏系統，保障安全。

多重保護功能：具備過壓、欠壓、過頻、欠頻、相角漂移檢測等功能，提高系統可靠性。

通信能力強：

支持RS485、ModbusRTU、IEC608705103協議，可接入遠程監控系統；

具備GPS對時功能，支持IRIGB對時方式，提高數據同步性。

智能事件記錄：

可記錄20條故障事件，包括孤島檢測、過載、過壓等故障，便于運維分析。

人性化設計：

LCD液晶屏顯示實時電壓、電流、頻率等數據；

聲光報警，提醒運維人員及時處理。

3.6 設備規格

3.7 組網規格

4. 防孤島保護裝置在光伏并網系統中的應用

防孤島保護裝置廣泛應用于大型光伏電站、工商業分布式光伏、微電網系統等場景，確保并網安全。

 4.1 大型光伏電站

大型光伏電站并網容量大，一旦發生孤島效應，可能影響整個電力系統的穩定。

AM5SEIS裝置可以與光伏逆變器、站控層系統聯動，實現自動化孤島檢測與切斷，提高電網安全性。

 4.2 工商業分布式光伏

分布式光伏系統規模較小，但廣泛分布在城市電網中，孤島效應可能影響周邊負載安全。

AM5SEIS裝置可結合智能斷路器，在檢測到孤島時快速切斷光伏系統，防止電力回送。

 4.3 微電網系統

 微電網在島嶼、偏遠山區等獨立供電場景廣泛應用，要求具備孤島運行能力，但必須避免誤孤島模式。

 AM5SEIS裝置支持雙向模式：

   在正常并網模式下，檢測孤島并切斷電源；

   在孤島模式下，可配合微電網控制器維持穩定供電。

結論

防孤島保護裝置是光伏并網系統中的關鍵安全設備，能夠有效檢測和預防孤島效應，保障電網和設備的安全。AM5SE-IS防孤島保護裝置憑借其高精度檢測、快速響應、多重保護、智能通訊等特點，在大型光伏電站、工商業分布式光伏、微電網等領域發揮著重要作用。隨著光伏并網技術的不斷發展，防孤島保護裝置也將朝著更智能、更快速、更安全的方向發展，為新能源電力系統的安全運行提供更堅實的保障。