2016光伏发电站逆变器防孤岛效应检测技术规程.docx

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1、光伏发电站逆变器防孤岛效应检测技术规程目次前言II1 范围12 规范性引用文件13 术语和定义14 检测电路25 检测设备36 检测方法57 检测文件记录7附录 A（资料性附录）光伏系统的孤岛效应12附录 B（规范性附录）含有独立孤岛检测装置的逆变器孤岛检测13附录 C（资料性附录）门阻信号15I光伏发电站逆变器防孤岛效应检测技术规程1 范围本标准规定了光伏发电站逆变器孤岛防护措施有效性的检测条件、检测设备和检测方法。 本标准适用于并网型光伏逆变器，不适用于离网型光伏逆变器。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日

2、期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 19964-2012 光伏发电站接入电力系统技术规定3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件：3.1孤岛 islanding包含负荷和电源的部分电网，从主网脱离后继续孤立运行的状态。3.2计划性孤岛 intentional islanding有计划形成的孤岛，用于恢复或维持受故障影响的某一局部电网的电力。供电电源和负载可以是用 户侧与和电网侧的任意组合。3.3非计划孤岛 unintentional islanding一种非计划、不受控的孤岛状态，在这种状态下，孤岛内的供电电源如继续向并入的电网供电将产 生一定的危害，详见附录A

3、。3.4品质因数 quality factor Qf15孤岛测试负载谐振程度的一种表示：Qf = RL C. (1)式中：Qf品质因数； R有功负载阻抗；C无功负载电容量（包括并联电容器）； L无功负载电感。当将C和L调谐到电源系统基频时，若以P表示谐振电路的有功功率；QL表示感抗负载中的无功功率；QL QCQC表示容抗负载中的无功功率，则Qf可以用下式得出：式中：Q f = (1 P ). (2)P有功功率，单位为W；QL感性负载无功功率，单位为Var； QC容性负载无功功率，单位为Var。注：如果被测设备输出侧有储能元件，在计算Q值时，应将该储能元件参数考虑进去。3.5孤岛运行时间 run

4、-on time tR为开关S1（图1）置于断位到被测设备中止输出电流之间的时间间隔。3.6中止信号 stopping signal由逆变器产生的信号，指示其与电网并网连接输出端口的电能已经被切断。4 检测电路检测使用如图1所示的检测电路。如设备生产商需要外部连接或配置独立变压器，变压器应为待测产品的一部分，并应接在被测设备 与图1中所示的阻抗、感抗、容抗（RLC）负载之间。表1和图1规定了应检测的项目参数。第7章规定了检测报告应记载的检测参数项目。表 1测试参数参数符号单位被测设备的直流输入直流电压VDCV直流电流IDCA直流功率PDCW被测设备交流输出交流电压 a,b,cVEUTV交流电流

5、 a,b,cIEUTA有功功率 aPEUTW无功功率 aQEUTVar参数符号单位电压波形 b,c,d,e电流波形 b,c,d,e被测设备输出控制信号孤岛作用时间tRS中止信号 fSS测试负载 a阻性负载电流IRA感性负载电流ILA容性负载电流ICA电网电源 a电网提供有功功率 gPACW电网提供无功功率 gQACVar电网提供电流 gIACAa 记录打开开关 S1 前测量的值。b 电压传感器和电流传感器的响应时间应该满足测量设备采样率的要求。c 应测量所有相的交流电压和电流波形。d 波形数据应从孤岛测试开始时记录，直到被测设备停止输出。时间测量的准确度和分辨率应大于 1ms。e 记录波形时，

6、S1 打开和中止信号的同步信号应同时记录。f 如果被测设备的停止信号可被监测，应使用此信号。g 信号应进行过滤以提供基波频率值。基波值将忽略电网电压失真引起的谐波干扰。图 1逆变器孤岛检测的检测电路5 检测设备5.1 检测仪器使用具有存储功能的检测装置观测波形。记录时间从测试开始时刻到被测设备停止输出为止。对于三相被测设备，测试和监测设备应记录所有相位的电流以及相电压或线电压、有功功率、无功 功率的基频值。宜使用10kHz或更高的采样频率，测量精度应至少为被测设备标称输出电压和标称输出 电流的1。5.2 直流电源测试中宜使用可控直流电源，条件不具备时，也可使用光伏方阵。直流电源应能提供被测设备

7、的最 大输入电流。直流电源应能提供满足第六章所述检测要求的电压和电流。5.2.1 光伏方阵模拟器光伏方阵模拟器应能模拟光伏方阵的电流电压特性和时间响应特性。测试应在表 2 规定的输入电压条件下进行，且输入电流不超过额定光伏输入电流 1.5 倍，测试方法中指定的特殊条件除外。表 2光伏方阵模拟器技术规范项目条件输出功率应使被测设备产生最大输出功率和表5检测条件中规定的其他功率等级响应速度a当测试负载以5%变化时，响应时间应能在小于1ms的时间内将输出电流稳定在其终值的10%以内稳定度除了由被测设备最大功率跟踪引起的变化外，模拟器的输出功率在整个测试期间应稳定在规定的功率等级，偏差小于2。填充因子

8、b0.250.8a 一定的响应速度可避免MPPT控制系统、被测设备直流侧的脉动频率或主动防孤岛方法造成的影响。b 填充因子=(VmnImn)/(VocIsc),其中Vmn和Imn分别是最大功率点的电压和电流。Voc是开路电压，Isc是短路电流。5.2.2 串接阻抗限制电流电压的直流电源应能在被测设备的最小和最大输入电压下使被测设备达到最大输入功率。 该直流电源提供的电流和电压应可调节。可选择或调整串联电阻（或并联电阻）用来调整填充因子，使其达到表 2 所要求的范围值。5.2.3 光伏方阵应能在被测设备的最小和最大输入电压下使被测设备达到最大输入功率，在整个测试期间，太阳光 辐照度的变化量应小于

9、 2%。为了达到 6.1 条规定的输入电压和功率等级，可调整光伏方阵排列方式。表 3光伏方阵技术规范项目条件输出功率满足使被测设备产生最大输出功率和表5检测条件中规定的其他功率等级气候条件辐照度，环境温度等5.3 交流电源可使用公共电网或交流电源，应符合表4规定的条件。表 4交流电源技术规范项目条件电压标称值的2.0%电压谐波畸变率（THD）2.5%频率标称值的0.1Hz相角差 a1205a 仅适用于三相电源5.4 交流负载应在被测设备和交流电源之间并接可以调整的电阻器，电容器和电抗器。也可以使用类似的负载源， 例如电子负载，但应能确保结果的一致性。所有的交流负载必须满足所有检测条件规定的额定

10、等级，并可以通过调节以满足所有测试条件要求。为确保Qf值的精确性，在检测电路中应使用无感阻抗、低耗电感和具有低串联有效内阻和串联有效 电感的电容器。如果使用铁心电感，在标称电压条件下工作时，电感电流的THD不得超过2%。6 检测方法6.1 检测步骤对于由单相和三相逆变器组成的被测设备，按以下要求进行检测。测试使用RLC负载，使其在被测设备的额定频率上谐振，并与被测设备输出功率匹配。对于三相被测设备，所有相上的负载应达到平衡， 图1中的开关S1应断开所有相。本测试应在被测设备处在表5给出的条件下进行测试，此时，功率和电压值应为被测设备额定值的某个百分比值。对于具有独立孤岛检测装置的被测设备，应按

11、照附录B的要求进行测试。被测设备设置的电压和频率跳闸参数（幅值和时间）会对测得的孤岛运行时间产生影响。应能通过 此测试验证被测设备在设定值上，包括更为严格的设定值上具有可靠的孤岛防护（例如，如果被测设备 通过了标称频率跳闸设置为1.5Hz的测试，对于0.5Hz或更为严格的设置，在测得的最长运行时间内也 会跳闸）。当把设定值调整到超出本测试的各设定值时，则被测设备的孤岛运行时间可能会延长。本测 试步骤中推荐的标称频率1.5Hz频率设置以及标称电压15%的电压设置已可满足大多数公用电网要 求。表 5检测条件条件被测设备输出功率，PEUT被测设备输入电压 c被测设备跳闸设置 dA最大功率 a大于额定

12、输入电压范围的 90%生产商规定的电压和频率跳闸设置B最大功率的 50%66%额定输入电压范围的 50%10%将电压和频率跳闸设置设定为标称值C最大功率的 25%33%b小于额定输入电压范围的 10%将电压和频率跳闸设置设定为标称值a 被测设备最大功率输出条件应利用最大允许输入功率实现。实际输出功率可以超过标称额定输出功率。 b 如果被测设备的最小输出功率大于额定输出功率的 33%，该项测试使用被测设备的最小输出功率进行。 c 根据被测设备的输入电压范围计算。例如，如果输入电压范围在 X 和 Y 之间，那么额定输入电压的90%=X+0.9(Y-X)。在任何情况下，被测设备都不应在的允许输入电压

13、范围以外工作。d 生产商应提供被测设备的电压和频率跳闸幅值和时间。如果被测设备的电压和频率跳闸幅值和时间可设置，宜将参数设置为下表要求的设置值，可满足大多数公共电网的要求。如果被测设备可设置快速过压/欠压和过频/欠频，生产商应相应扩大值的范围。参数幅值时限（S）过电压115%的标称电压2欠电压85%的标称电压2过频率高于标称频率 1.5Hz1欠频率低于标称频率 1.5Hz1检测步骤如下：a) 根据表 5 确定所测试被测设备的输出功率，PEUT。在测试过程中，可按照测试方便的原则任意安排条件 A、B、C 的测试顺序；b) 调节直流电源，使被测设备工作在所确定的PEUT，按照以下步骤测量被测设备的

14、无功功率QEUT。合上开关 S1。在本地负载不接入的情况下（S2 开路，此时未连接 RLC 负载）将被测设备接入测试系统，开启被测设备，使其在 a)步骤确定的输出条件下运行，测量基频（50Hz）下有功功率和无功功率,PAC 和 QAC。本步骤测得的无功功率 QAC 在接下来的测试中将做为 QEUT；注：通过直流电源提供足够的输入功率使被测设备在不自动保护的前提下达到最高输出，来实现条件A中被测设备的输出功率。条件B中的被测设备输出功率宜通过调节直流电源来达到（如果被测设备允许该运行模式）。条件C中的被测设备输出功率宜利用逆变器自身的控制功能限制到规定的输出（如果被测设备允许该运行模式）。c)

15、关闭被测设备并断开开关 S1；注：如果RLC负载可实时调节，则可以将S1保持闭合。d) 按以下步骤调整 RLC 电路，使 Qf 满足 Qf=1.00.05：1) 利用关系式 QL=QfPEUT=1.0PEUT 确定使 RLC 电路达到谐振所需的电感量；2) 将电感做为 RLC 电路的首先接入元件，将电感量调整到 QL；3) 将电容器接入与电感并联连接，将电容量调整至 QC+QL=-QEUT；4) 接入电阻器，使 RLC 电路中消耗的功率等于 PEUT；注：先调节感抗使测量环境在低谐波状态。其次调节容抗使阻抗增加时电压保持稳定。随后接入并调节阻性并联负载。e) 闭合开关 S2，将在步骤 d)中确

16、定的 RLC 负载电路与被测设备接合。再闭合开关 S1，启动被测设备，确定输出功率为步骤 a)所确定的功率。按需要调整 R、L、C，确保流过 S1 的每一相电流 IAC 的基频分量为 0A，允许误差为逆变器恒定状态时额定电流的1%；注：以上步骤的目的是使有功功率和无功功率的基频分量为零输出，或者使流过开关S1的电流值为零。系统发生谐振时将在检测电路中产生谐波电流，这些谐波可能使流过开关S1的功率和电流值无法为零。由于检测设备固有的测量误差以及可能受谐波电流的影响，应对检测电路进行微调，以达到最平衡的孤岛状态。f) 切断开关 S1 启动试验。记录切断 S1 开始直至被测设备输出降低并维持在其额定

17、输出电流值的1%以内所需的时间，记为孤岛运行时间 tR。附录 C 给出了使用门阻信号的测量方法；g) 对于表 5 中的检测条件 A（100%），调整负载的有功功率和无功功率使其达到表 6 阴影区给出的各个负载不平衡条件。表 6 中的值表征的是步骤 d)和 e)中所确定标称值的变化量，以这些标称值的百分比表示。表 6 中的值给出的是流过图 1 中 S1 的有功功率和无功功率，正值代表功率流从被测设备到交流电源。每次调整之后都要进行孤岛检测和记录孤岛作用时间。如果任一次测得的孤岛作用时间超过了额定平衡条件下测得的孤岛作用时间，那么就需要按照非阴 影区的条件参数进行检测。如果在不平衡条件下的孤岛运行

18、时间没有超过平衡条件下测得的孤 岛运行时间，可以认为本部分的测试已顺利完成；h) 对于检测条件 B 和 C，只需调整负载的无功功率，在表 7 给出的工作点的 95至 105总范围内调整，每次试验调整量大约 1.0%，表 7 中的值表示的是流过图 1 是 S1 的无功功率，正值代表功率流从被测设备到交流电源，每次调整之后都要进行孤岛检测和记录孤岛作用时间。如 果在 95至 105的各点上，孤岛作用时间仍然增加，再以 1的增量继续进行测试，直至孤岛作用时间开始下降。如果逆变器具备输出功率调节功能，检测条件 C 宜通过逆变器自身控制措施控制输出功率来实现，而不是通过限制直流电源的输出来实现。表 6检

19、测条件 A 的负载不平衡与负载有功功率、无功功率标称值的百分比-10，+10-5，+100，+10+5，+10+10，+10-10，+5-5，+50，+5+5，+5+10，+5-10，0-5，0+5，0+10，0-10，-5-5，-50，-5+5，-5+10，-5-10，-10-5，-100，-10+5，-10+10，-10表 7检测条件 B 和检测条件 C 的负载不平衡与负载有功功率、无功功率标称值的百分比0，-50，-40，-30，-20，-10，+10，+20，+30，+40，+57 检测文件记录至少应在检验报告中记录并保留下列信息：a) 被测设备的规格参数。表 8 给出了应记录和说明的

20、参数示例。b) 检测结果，表 9 给出了应记录和说明的实际测量结果示例。c) 检测电路框图。d) 检测仪器和设备的技术规格。表 10 给出了应记录和说明的参数示例。e) 所有检测配置状况和程序的细节信息，例如，达到规定的负载条件和被测设备输出条件的方法。f) 检测实验室被认可要求的所有附加信息。表 8生产商提供的被测设备规格参数（示例）参数值备注1）额定值a)最大输出功率b)直流电压范围c)直流电流限制d)交流电压范围e)频率范围f)交流电流限制g)效率h)电压和频率跳闸设定值（幅值和时间）i)其他软件设定值j)软件版本2）其它a)显示b)温度范围c)湿度d)尺寸e)重量表 9检测条件和孤岛运

21、行时间列表（示例）次数输出功率指令信号（%）设定负载无功功率（%）逆变器输出有功功率偏移比例（%）负载无功功率偏移比例（%）孤岛运行时间（ms）实测PEUT(W)Qf直流电压VDC110010000266660033333004100100-5-55100100-50次数输出功率指令信号（%）设定负载无功功率（%）逆变器输出有功功率偏移比例（%）负载无功功率偏移比例（%）孤岛运行时间（ms）实测PEUT(W)Qf直流电压VDC6100100-5+571001000-581001000+59100100+5-510100100+5011100100+5+51266660-51366660-414

22、66660-31566660-21666660-117666601186666021966660320666604216666052233330-52333330-42433330-32533330-22633330-12733330128333302293333033033330431333305表 10检测仪器和设备的技术规格（示例）项目规格参数备注项目规格参数备注1）直流电源a)电压范围b)电流范围2）交流电源a)输出相b)输出容量c)输出电压（含精度）d)输出频率（含精度）e)电压稳定性f)输出电压失真3）数字表a)电压测量范围b)电流测量范围c)频率测量范围d)测试项目4）波形记录仪

23、a)采样速率b)记录仪器c)时间精度5）交流负载a)阻性负载最大工作电压电流范围功率容量b)感性负载最大工作电压电流范围功率容量项目规格参数备注c)容性负载最大工作电压电流范围功率容量附录A（资料性附录） 光伏系统的孤岛效应孤岛效应是指电网中的负载和发电电源的一部分与电网其余部分相互隔离后继续工作的状态。当为 负载提供的电力不受电力管理部门控制时（电压、频率等）非计划孤岛就发生了。这种状态是不受控的 也是不允许的。公共电网停电有多种原因，例如：电力公司检测到某运行故障，控制断路装置切断电力；由于设备故障导致正常的公共电源断开；断开公共电网的配电系统和用户负载；人为失误或恶意破坏；自然因素。鉴于

24、以上诸原因，应避免由用户侧的分布式电源产生的非计划孤岛现象：由于电力公司不能控制和管理孤岛中的电压和频率，这种电力失控状态可能会对用户侧的设备造 成损坏。对于连接电力线上的用户设备，由于电压或频率超出可承受的范围将可能造成设备损坏。孤岛现象可能干扰电力部门恢复电网正常运行；如果出现孤岛现象，会导致线路在应该与所有电源断开的情况下仍然带电，可能会给线路工作人 员带来危险；孤岛重新接入后，由于相位差的原因，可能使电网再次跳闸或损坏配电设备和其它接入设备。监控公共电力系统的电压和频率，且仅允许这些逆变器在其参数不超出规定限值的情况下并网工作，可以较容易的避免大多数的孤岛现象。然而，存在下述可能性：由

25、用户侧的发电电源（或多个电源 的集合）提供的电力与负载完全匹配，以至于电压和频率都没有超过规定限值。除非采用其它措施进行 控制，否则，只要用户侧电源和负载继续维持相对匹配，该系统会继续运行。尽管这种情况发生的概率 极低，但仍然是一个隐患。因此，有必要进行附加控制，监控非计划孤岛的发生，将光伏系统从电力线 路中分离，直至公共电力系统恢复正常运行。可以缩短电压和频率的异常跳闸范围来进一步降低上述现象发生的概率，但是，该方法无法彻底避 免上述现象的发生，还会增加误跳闸的次数。彻底解决电源和负载完全匹配状态下非计划孤岛的发生，比较有效解决办法是使用带有防孤岛保护 程序的逆变器，该逆变器能在失去公共电网

26、控制的情况下测量有效参数或能主动使孤岛失去平衡。附录B（规范性附录）含有独立孤岛检测装置的逆变器孤岛检测B.1 概要在某些情况下，孤岛保护系统(被测设备)独立于逆变器。当系统采用一种能够与特定逆变器交互作 用的孤岛检测方式，应使用本标准正文部分描述的检测方法。如果采用的孤岛检测方式不依靠与逆变器 的交互作用，则应使用下文所述的检测步骤。B.2 检测电路应使用图B.1所示的检测电路，对于三相输出也应采用类似的电路。图 B.1独立孤岛检测装置的检测电路B.3 检测设备除了采用下述交流输入电源外，其它与第五章给出的要求相同。交流输入电源由直流电源和逆变器 组成，统称输入电源。B.3.1 交流输入源如

27、果设备生产商未提供图B.1所示的测试部分，应使用独立的交流源。 交流输入源应满足第六章给出的检测要求。B.4 检测步骤本检测步骤提供了评估独立孤岛检测设备的方法。如第六章所述，本检测步骤采用了一个与光伏系 统输出平衡的谐振电路。在这一情况下，被测设备自身没有任何发电能力，应使用独立的交流输入源为 被测设备提供电力，如图B.1所示。该交流输入源应能使被测设备达到额定功率。如果被测设备会通过控制交流输入源对孤岛检测性能产生影响，测试配置应包括交流输入源和被测设备之间的适当连接。B.5 文件记录同第七章。附录C（资料性附录） 门阻信号C.1 概要停止信号是指示被测设备已经停止为公共电网供电的信号。某

28、些并网型光伏逆变器还能提供本附录 所述的一种停止信号，称为门阻信号。C.2 在光伏系统中使用的门阻信号光伏系统中所采用的并网逆变器将直流电转换为交流电，是基于半导体功率开关，例如IGBT、可控硅或GTO进行PWM控制。在很多情况下，位于微处理器与功率开关之间的控制电路会提供一个on-off“门控信号”，该信号具有独立控制功能（例如，内部故障监测，电网电压和频率跳闸功能），能够终止开关器件的运行从而停止逆变器的功率输出。当该信号为阻断状态，逆变器将停止功率输出。该 信号给出了跳闸动作时，例如孤岛保护停机时的指示。因此，孤岛作用时间就可以定义为孤岛检测开关 S1断开时到门阻信号显示停止状态那一刻的

29、时间间隔。C.3 监测门阻信号在一些逆变器设计中，控制电路由分立元器件组成，因此，门阻信号可以外部接触，并且测量方便。 而在另一些逆变器设计中，微处理器直接驱动开关器件，因此所有控制信号和监测功能都由微处理器处理，在需要时它只需停止开关器件。这种情况下，可能没有外部门阻信号。此外，微处理器和功率 开关会封装合成为一种称为智能开关的装置，此时无法接触到内部的控制信号。需要说明的是，即使门阻信号给出的指示是功率开关已经停止运行，但是逆变器不会立即停止其输 出端口上的输出，逆变器会输出一个衰减的交流量，这种特性取决于逆变器输出回路中的无功元件。因 此，获得逆变器已经停止功率输出的最准确信号是监测输出电流，并且确认电流已经低于规定值，如6.1 部分的步骤f)所述。