一文读懂防孤岛保护装置以及防孤岛保护的应用案例
一文读懂防孤岛保护装置以及防孤岛保护的应用案例
防孤岛保护装置是光伏新能源并网系统中的重要安全设备，主要用于检测和预防孤岛效应的发生。本文将详细介绍防孤岛保护装置的工作原理、应用场景以及在不同电压等级下的配置要求，并通过具体案例展示其实际应用效果。
为什么要用防孤岛保护装置
上海长高继保的CGS7001M防孤岛保护装置，主要应用于光伏新能源并网系统中。当电网因故障、误操作或停电维修等原因造成中断供电时，各个新能源并网发电系统仍在运行，并向周围负载供电，构成一个电力公司无法控制的自给供电孤岛。这种现象不仅会干扰电网的正常运行，还会对电网负载、人身安全以及设备造成不利影响。
防孤岛保护装置的工作原理
防孤岛保护装置的核心作用是检测孤岛现象的发生，并在极短时间内切断发电系统与电网之间的连接，以确保电网和设备的安全运行。其基本原理如下：
实时监测：装置通过检测交流电网（AC380V，50Hz）供电回路的三相电压、电流，判断功率流向和功率大小。一旦发现电网侧或光伏本侧出现电压、频率异常，装置会迅速做出反应。
过压与欠压保护：当电网电压超过或低于设定阈值时，装置会触发过压保护或欠压保护跳闸，切断并网开关，防止设备因电压异常而受损。
频率保护：配置了过高频率保护跳闸和低频率保护跳闸功能。当电网频率超出正常范围时，装置会迅速切断并网开关，避免孤岛效应导致的频率不稳定对系统造成影响。
自动重合闸功能：当电网故障解除后，装置会自动检测到相关信号，确认电网电压和频率恢复正常后，自动合上并网开关，恢复并网运行，实现智能化无人值守。
孤岛效应的危害
孤岛效应可能带来以下危害：
对电网负载或人身安全的危害：用户或线路维修人员不一定意识到分布式供电系统的存在，容易引发触电危险。
供电质量问题：孤岛运行时，系统电压和频率可能超出允许范围，导致电压波动、频率波动以及谐波等技术指标不合格，影响供电质量。
电网恢复时的并网困难：非同期并网会引起大的电流冲击，可能导致设备损坏。
电力公司管理隐患：孤岛状态意味着脱离了电力管理部门的监控，维修人员在认为已断电时接触孤岛供电线路，可能引发安全事故。
防孤岛保护装置对不同电压等级配置要求
防孤岛保护装置的配置要求因分布式发电系统的电压等级不同而有所差异。对于0.4kV~10kV电压等级的分布式光伏发电系统，通常要求逆变器具备快速监测孤岛并立即断开与电网连接的能力。这种配置主要是基于该电压等级下分布式发电系统的规模较小，且多为低压并网的特点。逆变器自身的孤岛保护功能能够满足基本的安全要求，确保在电网失电时迅速切断连接，防止孤岛效应的发生。而对于35kV及以上电压等级的分布式发电系统，由于其规模较大，接入电网的方式更为复杂，对电网的影响也更为显著，因此除了要求逆变器具备孤岛保护功能外，还必须在并网点安装独立的防孤岛保护装置。这种配置能够提供更可靠的保护，确保在电网故障或检修时，能够迅速、准确地切断与电网的连接，防止孤岛效应的形成，保障电网的安全稳定运行。此外，对于不同电压等级的分布式发电系统，防孤岛保护装置的检测方法和保护功能也应根据实际情况进行优化配置。例如，在高压系统中，可能需要采用更为复杂的主动检测方法，以提高检测精度和可靠性；而在低压系统中，则可以采用相对简单的被动检测方法，以降低成本和复杂性。总之，防孤岛保护装置的配置应根据分布式发电系统的电压等级、规模、接入方式以及电网的具体要求，进行科学合理的规划和设计，以确保其在保障电网安全稳定运行中发挥重要作用。
防孤岛保护装置的实际应用
防孤岛保护装置在实际应用中，通常需要与其它电力设备配合使用，以实现更全面的安全保护和智能化管理。
与继电保护装置的配合
继电保护装置主要用于检测电网中的短路故障、过载等异常情况，并迅速切断故障电路。防孤岛保护装置与继电保护装置配合使用，能够在电网发生故障时，协同工作，快速切断与电网的连接，防止故障扩大。例如，在某电网故障中，继电保护装置检测到短路故障并迅速切断故障线路，同时防孤岛保护装置检测到电网失电，立即切断分布式发电系统的并网开关，避免了孤岛效应的发生，保障了电网的安全运行。
与智能电表的配合
智能电表能够实时监测用户的用电情况，并将数据传输至电网管理系统。防孤岛保护装置与智能电表配合，可以更准确地掌握电网的负荷情况和功率流向。例如，当智能电表检测到用户侧功率突然大幅变化时，防孤岛保护装置能够及时调整检测策略，提前预警孤岛效应的发生，提高保护的可靠性。
与电网自动化系统的配合
电网自动化系统能够实现对电网的实时监控和自动控制。防孤岛保护装置与电网自动化系统配合，可以实现对电网的智能化管理和保护。例如，在电网故障恢复时，电网自动化系统可以自动调整电网的运行状态，防孤岛保护装置则根据自动化系统的指令，自动检测并恢复并网连接，实现电网的快速恢复和稳定运行。
防孤岛保护装置的应用实例
某重工企业 18MW 分布式光伏监控系统
该重工企业为实现节能减排目标，建设了 18MW 分布式光伏发电系统，采用 10kV 并网方式。光伏组件选用 550Wp 单晶硅光伏组件，逆变器选用组串式逆变器，系统容量为 225kW，共计 85 台逆变器，总装机容量 18MW。项目采用“自发自用，余电上网”的计量方式。
防孤岛保护装置的功能配置
10kV 光伏并网柜配置了方向电流速断、过流保护、防孤岛保护及故障解列装置；逆变器自身也配置了防孤岛保护、输出过流保护和输入反接保护。
采用三层式架构（站控层、通信层、设备层），通过通信管理机对光伏发电系统的各种设备（逆变器、防孤岛保护装置等）信息进行存储和处理，并上传至 SCADA 系统和远动装置。
群调群控装置接收调度指令，调整光伏场站的出力，缓冲分布式光伏对主电网的冲击，同时调节逆变器的无功输出实现配电网的电压协调优化控制。
运行效果
在电网检修或故障停电时，防孤岛保护装置能够迅速切断光伏系统与电网的连接，确保维修人员接触的线路处于安全状态，避免触电事故的发生。
通过实时监测电压、频率等参数，当出现异常时迅速切断连接，有效保护了逆变器等设备免受电压和频率波动的损害，设备故障率显著降低。
防孤岛保护装置的快速响应能力，有效防止了孤岛效应导致的电网电压和频率波动，保障了电网的稳定运行。同时，自动重合闸功能在电网故障解除后迅速恢复并网，减少了人工操作，提高了系统的智能化水平。