摘要：针对在光伏渗透率较高地区，分布式光伏孤岛效应的安全检修自动化水平低的问题，提出了一种自动化反孤岛装置的设计原理和方法。通过ARM处理器检测上级开关辅助触点信息以及线路上的电压，自动投入扰动负载，消除孤岛，并将孤岛事件信息等上传至后台的反送电管控系统，提高了分布式光伏安全检修的自动化程度。
关键词：分布式光伏；孤岛效应；ARM智能控制；孤岛识别
0 引言
随着分布式光伏随着分布式光伏发电大规模接入电网，由于分布式光伏发电特别是户用光伏大多属于用户侧就近并网，出力与负荷就近平衡，可能存在孤岛效应问题[1]。基于此，本文提出一种自动化反孤岛装置的设计原理及方法，通过ARM处理器检测上级开关辅助触点信息以及线路上的电压，自动判断光伏非计划孤岛运行，并可控制装置内操作开关自动投切装置，消除孤岛，并将孤岛事件信息等上传至后台的反送电管控系统。
1 孤岛效应及装置原理
1.1孤岛效应分析
Q/GDW 480-2010《分布式电源接入电网技术规定》对孤岛效应的定义为：电网失压时，分布式电源系统仍保持对失压电网中的某一部分线路继续供电的状态。当电网因事故或停电检修而失电时，如果分布式光伏发电系统的出力与本地负载相匹配，就可能发生孤岛效应，给设备和相关人员带来安全隐患[2]。
1.2孤岛识别原理
由1.1节可知，光伏发电与电网断开后，若发生孤岛运行，分布式光伏系统的电压和频率与正常工作时相比基本不变。因此，在进行检修工作时，与电网连接的上级断路器断开，这时只需要检测线路上是否还带电，就可以判断是否发生非计划孤岛运行。
检测流程的具体步骤：(1)ARM处理器及外围采集电路自动检测上级开关状态，这里上级开关指控制光伏发电系统与配电网分断的配电断路器。(2)检测到开关合闸，说明电网未失电，台区配电处于正常运行；检测到开关断开，表明已和配电网断开，这时再检测线路是否带电，如果线路不带电，表明无孤岛发生，可正常进行检修；如果线路中仍带电，说明台区发生了孤岛运行。(3)装置将发生孤岛的事件信息上报给后台的管控系统。
1.3孤岛消除原理
在装置识别到孤岛运行后，通过装置内的远程控制开关自动投入电阻型扰动负载，在线路上产生一个扰动信号，消除孤岛。
消除孤岛的具体流程如下：(1)当检测到线路孤岛运行时，确定孤岛发生的区域。(2)ARM处理器及外围控制电路发出控制信号，控制装置内的扰动负载自动投入。(3)延时1秒后，控制断开扰动负载，这里延时1秒后断开是为避免扰动负载单次投入时间过长导致发热烧毁；断开负载后检测线路是否仍带电。(4)步骤(3)中检测到线路不带电，表明孤岛已消除，将这一事件信息上传到管控后台；如检测到线路仍带电，说明孤岛还未消除，选择再次投入扰动负载。(5)如果累计投入3次扰动负载后，孤岛仍未消除，表明装置可能出现了故障，此时向管控后台报警，提示检修人员手动切断逆变器，消除孤岛。
2 装置实现
2.1装置架构
依据上述原理，开发能够自动检测，自动投切消除孤岛的反孤岛装置，实现分布式光伏的自动孤岛防护功能。装置可分为智能控制器，扰动负载，操作开关，延时器件等。整个装置的架构如图1。扰动负载为电阻型，操作开关是控制扰动负载投入的开断器件，具备远程控制功能；延时器件则是控制扰动负载投入1s后切断。
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图1 反孤岛装置总体架构
智能控制器是装置的核心部件，具备交流采集、逻辑运算、控制输出、无线通讯等多项功能。控制器核心架构如图2，包括参数采集、开入量处理、逻辑处理、操作控制、无线传输等五个主要功能模块。
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图2 智能控制器核心架构
(1)参数采集模块：用于采集线路电压电流等电气参数，作为孤岛识别的判据。
(2)开入量处理模块：主要对上级开关的开关量进行采集。
(3)逻辑处理模块：进行数据处理，判断并识别孤岛运行，并确认孤岛发生的台区。
(4)操作控制模块：如果发生孤岛，则通过GPIO接口向装置内的操作开关发出控制信号。
(5)无线传输模块：和防孤岛管控后台进行交互，将发生孤岛运行及消除孤岛的事件信息传送到后台。
相比现有的反孤岛设备，本文提出新装置的优点主要在于可根据采集量自动判别孤岛运行，ARM处理器根据判定结果自动投切扰动负载，消除孤岛。能够全程做到自动操作，规避了人为操作带来的安全隐患，并且能够及时通知管控系统，消除对检修人员安全威胁[3]。
5 结语
本文提出一种自动化反孤岛装置的原理及运用，装置基于ARM控制器自动检测光伏非计划孤岛运行，并能够自动投入扰动负载消除孤岛，并且能够与后台管控系统进行信息交互，实现光伏检修时，孤岛的自动识别与消除，保证检修人员和检修设备的安全。
【参考文献】
1.袁玲，郑建勇，张先飞．光伏发电并网系统孤岛检测方法的分析与改进[J]．电力系统自动化，2007，31(21)：72—75．
2.冯炜，林海涛，张羽. 配电网低压反孤岛装置设计原理及参数计算[J]. 电力系统自动化, 2014，38(2)：85—90,121.
3. 张鹏.光伏并网系统控制策略研究与仿真[J].电器与能效管理技术,2015(4):56-59.