孤岛效应：基本问题分析

相对于离网光伏发电系统而言，并网光伏发电系统在运行时具有较高的光伏电能利用率，然而由于并网光伏发电系统直接将光伏阵列发出的电能逆变后馈送到电网，因此在工作时必须满足并网的技术要求，以确保系统安装者的安全以及电网的可靠运行。对于通常系统工作时可能出现的功率器件过电流、功率器件过热、电网过/欠电压等故障状态，比较容易通过硬件电路与软件配合进行检测、识别并处理。但对于并网光伏发电系统来说，还应考虑一种特殊故障状态下的应对方案，这种特殊故障状态就是所谓的孤岛效应。

实际上，孤岛效应问题是包括光伏发电在内的分布式发电系统存在的一个基本问题，所谓孤岛效应是指：在图7-1所示的分布式发电系统中，当电网供电因故障事故或停电维修而跳闸时，各个用户端的分布式并网发电系统（如光伏发电、风力发电、燃料电池发电等）未能及时检测出停电状态从而将自身切离市电网络，最终形成由分布电站并网发电系统和其相连负载组成的一个自给供电的孤岛发电系统。

图7-1 分布式发电系统的孤岛效应示意

孤岛效应的发生会给系统设备和相关人员带来如下危害：

1）孤岛效应使电压及其频率失去控制，如果分布式发电系统中的发电装置没有电压和频率的调节能力，且没有电压和频率保护继电器来限制电压和频率的偏移，孤岛系统中的电压和频率将会发生较大的波动，从而对电网和用户设备造成损坏。(www.xing528.com)

2）孤岛系统被重新接入电网时，由于重合闸时系统中的分布式发电装置可能与电网不同步而使电路断路器装置受到损坏，并且可能产生很高的冲击电流，从而损害孤岛系统中的分布式发电装置，甚至导致电网重新跳闸。

3）孤岛效应可能导致故障不能清除（如接地故障或相间短路故障），从而可能导致电网设备的损害，并且干扰电网正常供电系统的自动或手动恢复。

4）孤岛效应使得一些被认为已经与所有电源断开的线路带电，这会给相关人员（如电网维修人员和用户）带来电击的危险。

由上可知，当主电网跳闸时，分布式发电装置的孤岛运行将对用户以及配电设备造成严重损害，因此在包括并网光伏发电等系统在内的分布式发电系统中，并网发电装置必须具备反孤岛保护的功能，即具有检测孤岛效应并及时与电网切离的功能。

本章主要展开的是对基于并网光伏发电系统的反孤岛研究，简述了并网光伏发电系统孤岛效应发生的机理和检测孤岛效应所需要满足的条件，并对孤岛效应发生的可能性与危险性进行了分析，同时还给出了反孤岛测试电路中负载品质因数Q_f的定义及其确定方法，并对基于并网光伏逆变器的反孤岛策略进行了分类研究，最后对不可检测区域（Non-Detection Zone，NDZ）与反孤岛策略的有效性评估这一反孤岛研究的重要问题进行了阐述。