光伏逆变器孤岛

基于虚拟同步发电机的孤岛逆变器控制策略（孤岛VSG）（Simulink仿真实现）

孤岛逆变器控制策略是光伏逆变器等电力系统中的重要控制方法，特别在电网故障或断电情况下，确保逆变器能维持独立运行，形成孤岛电网。虚拟同步发电机（VSG）作为这种策略的改进，通过模拟传统同步发电机特性，使得逆变器在孤岛运行时提供类似同步发电机的功率与电压波形，以此增强系统稳定性和可靠性。

基于VSG的孤岛逆变器控制策略，逆变器能够实时检测电网频率和电压，一旦电网故障或断开，逆变器自动切换至孤岛模式，调整输出功率和电压以维持电网稳定运行。同时，通过控制逆变器输出电流和电压，实现对电网电压与频率的调节，使其与传统同步发电机的运行特性相匹配。

此控制策略显著提高了孤岛逆变器系统的稳定性和可靠性，有效解决了光伏逆变器在孤岛运行时的电压与频率波动问题。在光伏发电系统和微电网等领域，其应用前景广泛。

运行结果方面，完整模型和输出波形展示了基于VSG的孤岛逆变器控制策略的高效性和准确性。参考文献部分包含相关研究，如杨晨的哈尔滨理工大学论文，程天琪的中国矿业大学论文和郝新星的合肥工业大学论文，提供了深入研究与应用的依据。

Simulink仿真实现为研究与验证基于VSG的孤岛逆变器控制策略提供了可靠平台，确保理论设计与实际运行的相符性，进一步验证了策略的可行性和有效性。

什么是光伏系统中孤岛效应

孤岛效应，即指光伏系统在电网断电时，仍向公共电网供电的现象，对设备安全和电力质量构成潜在威胁。为了避免这一问题，社会对光伏并网逆变器的反孤岛控制功能有严格要求。

孤岛效应原理源于电容器电路中，当电网与主电网断开时，局部电网完全依赖光伏系统供电，形成电气上的孤立。然而，国际上对光伏并网的标准化仍有争议，因为孤岛可能导致维修人员安全受损，且在重新供电时可能损坏设备。因此，逆变器通常配备防孤岛装置以确保系统安全。

孤岛效应的危害不容忽视，它可能对电力系统和用户设备造成以下影响：

危及电力维修人员的生命安全

干扰配电系统保护开关的正常操作

导致供电电压和频率的不稳定，损坏用电设备

供电恢复时的电压相位不一致可能导致浪涌电流，进一步引发故障

造成光伏并网系统单相供电，引发三相负载供电问题

因此，为了保障系统的安全可靠运行，逆变器必须具备有效识别并防止孤岛效应的能力，以避免上述风险。

防孤岛负载必要性

防孤岛负载必要性探讨

在并网系统中，逆变器的防孤岛效应保护功能是并网安全防护的核心项目之一，其重要性在欧美国家以及中国等国家的并网法规中得到了明确强调。以中国为例，根据中国金太阳认证的标准CGC、GF001：2010《并网光伏发电专用逆变器技术要求和试验方法》的规定，当发生孤岛现象时，逆变器必须在2秒内自动执行保护措施。这一规定为并网安全提供了坚实的保障。

除了中国标准外，多个国际标准也明确规定了防孤岛保护功能的必要性。例如，《孤岛防护国家标准草案》、IEEE 1547.1-2005《带电力系统的设备互连配电资源的合格试验程序》、VDE0126-1-1《德国标准-发电机和公共低压网之间的自动开关设备》、IEC 62116-2008《并网连接式光伏逆变器孤岛防护措施测试方法》、AS_4777.3-2005《能源系统通过逆变器并网第3部分电网保护要求》、G83-1-1英国认证标准、UL1741-2010美国认证标准以及DK5940意大利认证标准等，都强调了防孤岛保护功能的实施。

综上所述，逆变器的防孤岛效应保护功能对于保障并网系统的稳定性和安全性至关重要。无论是中国还是国际标准，都对其提出了明确的要求，以确保在孤岛现象发生时，能够迅速采取保护措施，避免可能的电力供应中断或安全隐患。因此，在设计和使用并网系统时，必须严格遵循相关标准，确保逆变器具备可靠的防孤岛保护功能，从而保障并网系统的安全、稳定运行。

孤岛效应光伏系统

在光伏并网发电系统中，孤岛效应的潜在风险和对设备的潜在损害引起了广泛关注。孤岛效应指的是当并入电网的发电装置在电网停电时，依然向电网供电，这可能导致严重的安全问题。以下是孤岛效应可能带来的危害：

1. 危及电力维修人员的生命安全；

2. 影响配电系统保护开关的操作逻辑；

3. 孤岛区域的供电不稳定，对用电设备构成破坏；

4. 供电恢复时的电压和频率不同步，可能导致电流浪涌和系统故障；

5. 单相供电可能导致系统三相负载不平衡问题。

为了确保安全和可靠性，国际标准如IEEE Std．2000．929和UL174规定，光伏并网逆变器必须具备反孤岛效应功能，规定了在电网断电后检测孤岛并断开连接的时间限制。我国的GB/T 19939-2005也对此有明确要求，强调光伏系统与电网的同步运行和异常频率响应时间。

检测孤岛效应的方法主要包括被动检测（如电压、频率和相位变化检测）、主动检测（如频率偏移、滑模频率漂移和电流干扰）以及基于通信的开关状态监测。这些方法各有优缺点，如被动检测在某些条件下可能失效，而主动检测虽然精确但控制复杂。此外，还有通过电网阻抗或故障信号控制的外部检测方法，如网侧阻抗插值和电网故障信号控制，以防止孤岛现象。

扩展资料

在电子电路中，孤岛效应是指电路的某个区域有电流通路而实际没有电流流过的现象。 在通信网络中，无线移动基站的覆盖可能会存在的一种现象。

什么是孤岛保护

孤岛保护分为主动式孤岛保护和被动式孤岛保护。并网逆变器交流侧本身设有过欠频保护，是通过软件实现的，当交流侧频率变化比较大时，逆变器检测到这种变化，自动切断供电。

孤岛是一种电气现象，发生在一部分的电网和主电网断开，而这部分电网完全由光伏系统来供电。在国际光伏并网标准化的课题上这仍是一个争论点，因为孤岛会损害公众和电力公司维修人员的安全和供电的质量，在自动或手动重新闭合供电开关向孤岛电网重新供电时有可能损坏设备。所以，逆变器通常会带有防止孤岛效应装置。

孤岛效应实验室

在实验室中，通常通过谐振模拟负载电路来研究，其中引入了一个关键的概念——质量因数（Q-factor）。然而，这些实验的实施并不易，特别是对于那些功率强大的逆变器，它们对实验室设施的要求较高。试验中的电路设计和参数设置各国各异，试验结果往往依赖于操作者的专业技能。

近年来，关于孤岛效应及其潜在风险的研究不断深入。研究表明，对于低密度的光伏发电系统，实际上出现孤岛的情况极为罕见，因为负载需求与发电能力之间的平衡几乎无法实现。但在高密度光伏接入的电网部分，主动孤岛效应保护措施变得至关重要。通过电压和频率的精确控制，可以将光伏系统引发的风险降至极低，这需要与没有光伏接入的电网的触电风险数据进行对比分析。

大部分光伏逆变器都具备主动和被动孤岛保护功能，尽管实际案例中光伏系统侵入电网的情况不多，但国际标准对此并未放松警惕。在通信领域，孤岛效应指的是基站覆盖出现的问题，例如在大型水面或山地等特殊地形，基站信号通过反射形成“飞地”，而相邻基站因地形阻挡无法覆盖，导致这些区域与正常信号区域之间失去切换，形成信号孤岛。当手机用户处于这些区域时，通信稳定性可能会受到影响，出现掉话现象。

扩展资料

在电子电路中，孤岛效应是指电路的某个区域有电流通路而实际没有电流流过的现象。 在通信网络中，无线移动基站的覆盖可能会存在的一种现象。

孤岛效应原理

在电容器串联的电路结构中，电流的流动仅限于与外部电路相连的两个极板，这些极板间的电荷交换形成了所谓的“孤岛”现象。这种现象在电力系统中表现为部分电网与主电网分离，由光伏系统独立供电。然而，孤岛效应在国际光伏并网标准讨论中引起了争议，因为它可能对公共安全和电力服务产生负面影响。当电网自动或手动重新连接时，可能会损坏设备，因此逆变器通常配备有防止孤岛效应的机制。

被动技术，如检测电网电压和频率的变化，对于在理想负载平衡条件下防止孤岛有一定作用，但并不充分。因此，主动技术成为关键，它依赖于样本频率的调整、电流阻抗监测、相位变化检测、正反馈控制，或者对不稳定电流和相位的管理。目前，已有众多防止孤岛的解决方案，全球范围内已有16个专利，部分已获得授权，其余仍在申请中。然而，监测电网电流脉冲的方法在多台逆变器并联运行时可能会降低电网质量，且彼此间的相互作用会干扰孤岛的识别。

在某些情况下，对电压和频率的控制范围可能放宽，安装人员可通过软件进行设置。例如，在德国，强制性使用的ENS（监测装置）在电网条件较差时可以暂时关闭，以确保装置能在较弱的电网环境下运行。总的来说，防止孤岛效应是一个复杂且需要多方面技术手段的问题，随着技术的不断发展，解决方案也在不断优化。

扩展资料

在电子电路中，孤岛效应是指电路的某个区域有电流通路而实际没有电流流过的现象。 在通信网络中，无线移动基站的覆盖可能会存在的一种现象。

防孤岛保护装置有哪些作用?

防孤岛保护装置，作为光伏项目中关键的安全与稳定保障设备，其核心功能在于预防并解决光伏电站与公共电网之间的孤岛现象。孤岛现象通常在光伏电站本侧站停电或公共电网失电时发生，可能导致公共电网向光伏电站送电，对运维人员造成安全隐患，或是光伏电站持续送电形成非计划性孤岛，威胁电网安全。因此，防孤岛保护装置的存在至关重要。

该装置集成了过电流保护、低电流保护、PT断线保护、逆功率保护等多重功能，能在电网侧或光伏本侧失电时迅速向并网断路器发送跳闸信号，确保断路器分闸动作，保护光伏电站内外人员生命安全。防孤岛保护装置还能实时监测电网运行状态，对异常电流和电压进行报警，有效防止孤岛现象对系统电网及设备造成的损害。

作为一种集成开关设备、保护、测控、通信等功能的光伏并网控制装置，防孤岛保护装置适用于0.4kV电压等级的分布式光伏发电系统，并遵循国家发布的分布式电源并网相关标准规范。其设计和功能设定旨在为孤岛现象提供有效的防范与控制，确保智能电网中分布式电源的安全稳定运行。

尽管并网光伏逆变器通常具备孤岛保护功能，但在实际应用中，大中型光伏电站或分布式光伏电站，特别是低压并网系统，根据当地具体要求，常会加装防孤岛保护装置作为二次保护，以进一步提升系统的安全可靠性。

防孤岛保护装置适用于清洁电源或小电源并网供电系统，与公众电网配电系统并网供电。在外部原因或自然原因可能导致电源系统孤岛运行时，该装置能实时监测配电变压器的低压侧，并对清洁电源进行必要控制，采用微机装置和控制电路，实现快速动作和准确控制。

综上所述，防孤岛保护装置在光伏项目中扮演着不可或缺的角色，其功能涵盖了孤岛跳闸、孤岛恢复远方合闸、电压和电流异常报警等，通过集成的多种保护和控制功能，有效防范和解决孤岛现象，确保电力系统运行的安全与稳定。

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