分散式风电并网防孤岛保护技术的研究

刘晓萌，谢云秀，于建强

摘要：随着可再生能源的迅速发展和对清洁能源的逐渐重视，分散式风电系统的并网规模不断扩大。然而，由于其特殊性和复杂性，分散式风电系统的并网存在一定的风险，其中最重要的风险之一就是孤岛现象。孤岛现象指的是当电网断开时，分散式风电系统仍然继续运行，形成一个与主电网隔离的孤立电网。这种孤岛现象可能会给电网带来很多安全问题，因此研究分散式风电并网的防孤岛保护技术对于确保电网的稳定运行具有重要意义。本文将对分散式风电并网防孤岛保护技术进行研究和探讨。

关键词：分散式风电，并网，孤岛现象，防孤岛保护技术

第一章：引言

1.1 研究背景

近年来，随着对可再生能源的需求增加和环境保护意识的提升，风能逐渐成为了全球范围内最重要的可再生能源之一。分散式风电系统具有灵活性、可靠性和可持续性等优势，因此在风能利用中得到广泛应用。然而，随着分散式风电并网规模不断扩大，孤岛现象成为一个亟待解决的问题。

1.2 研究目的和意义

孤岛现象指的是当电网发生故障或维护时，分散式风电系统仍然运行，形成与主电网相隔离的孤立电网。这种孤岛现象可能对电网的稳定性、安全性和经济性造成严重影响。因此，研究分散式风电并网防孤岛保护技术具有重要的现实意义和深远的影响[1] 。

该研究的目的在于深入了解分散式风电并网系统中的孤岛现象和其对电网的影响，并提出有效的防孤岛保护技术，以确保分散式风电系统的安全并网，并促进清洁能源的可持续发展。

第二章：分散式风电并网系统的孤岛现象及影响

2.1 孤岛现象的定义与特征

孤岛现象是指当分散式风电系统在电网断开或脱离电网的情况下仍能自主运行，形成一个独立的电力系统。其特征包括：

（1）缺乏外部电网支持；

（2）电力负荷与分散式风电系统之间没有平衡；

（3）无法通过常规手段控制和保护。

2.2 孤岛现象对电网的影响

孤岛现象可能会对电网造成以下影响：

（1）导致电网不稳定，可能引发电压、频率等问题；

（2）对电力设备造成过载和损坏；

（3）妨碍电网的正常运行，增加了电网的管理和维护成本。

2.3 分散式风电并网系统孤岛现象的原因

导致分散式风电系统产生孤岛现象的原因主要有：

（1）电网故障，如线路中断、变压器故障等；

（2）分散式风电系统内部问题，如控制系统故障、运行参数变化等；

（3）电力设备的过程耦合效应。

第三章：分散式风电并网防孤岛保护技术概述

3.1 防孤岛保护技术的基本原理

防孤岛保护技术旨在通过有效的检测和断开控制手段，及时识别孤岛现象并避免其发生。其基本原理包括：

（1）检测分散式风电系统与主电网之间的连接状态；

（2）分析电网频率、电压等参数的变化；

（3）根据预设的条件和策略，采取相应的控制措施。

3.2 防孤岛保护技术的分类和发展趋势

防孤岛保护技术可以根据实现方法和控制策略的不同来进行分类，主要包括主动防孤岛和被动防孤岛两大类。未来的发展趋势包括：

（1）整合智能电网技术，提高防孤岛控制的精确性和可靠性；

（2）优化控制策略，提高系统的响应速度和稳定性；

（3）引入先进的通信技术，实现分散式风电系统与电网的紧密协作。

3.3 国内外相关研究现状

国内外学者在分散式风电并网防孤岛保护技术方面进行了广泛的研究。已有的研究成果主要集中在孤岛检测方法、控制策略和实际应用等方面[2]。各种技术手段和方案的优缺点已被充分评估和比较，为进一步的研究提供了重要的参考依据。

第四章：分散式风电并网防孤岛保护技术方法与原理

4.1 主动防孤岛保护技术

4.1.1 电压/频率依从性保护

电压/频率依从性保护是一种常见的主动防孤岛保护技术，它基于电力系统的电压和频率特征来判断是否存在孤岛，并通过控制风电场的输出功率来维持并网运行。

在并网情况下，电力系统会给风电场提供一定的电压和频率参考值。电压/频率依从性保护通过监测风电场的输出电压和频率与电力系统提供的参考值之间的偏差，判断是否存在孤岛。如果偏差超过设定的阈值，则认为存在孤岛，并立即切断风电场的输出功率，确保不再向孤岛供电，以保障人员和设备安全。

4.1.2 无功功率控制方法

无功功率控制方法也是常用的主动防孤岛保护技术之一。在电力系统中，无功功率是用于维持电压稳定的重要指标。风电场可以通过控制无功功率的输出来参与电力系统的电压调节。

无功功率控制方法主要通过监测电力系统的无功功率需求或电压偏差来调节风电场的无功功率输出。当监测到电力系统需要增加无功功率时，风电场可以主动提供无功功率；反之，当不再需要无功功率时，风电场可以停止或减少无功功率的输出。这样可以保持电力系统的电压稳定，并减少孤岛的可能性。

4.1.3 频响比较保护

频响比较保护是一种基于电力系统频率响应特性的主动防孤岛保护技术。电力系统的频率响应特性是指在电力系统发生扰动时，各个元件的频率变化速度。

频响比较保护通过监测风电场输出的频率变化并与电力系统的频率响应特性进行比较，来判断是否存在孤岛。当风电场的频率变化速度超过电力系统的频率响应特性时，即认为存在孤岛产生，需要立即切断风电场的输出功率。

4.2 被动防孤岛保护技术

4.2.1 变化检测法

变化检测法是被动防孤岛保护技术中常用的一种方法。该方法通过监测电力系统的状态变化，来判断是否存在孤岛。

变化检测法主要通过监测电力系统的电压、频率、相位等参数的变化情况，当系统状态发生较大变化时，认为存在孤岛可能性较高，需要进行相应的防护措施。

4.2.2 网络监测法

网络监测法是一种基于通信网络的被动防孤岛保护技术。它通过监测与风电场相连的电力系统通信网络的状态，来判断是否存在孤岛。

网络监测法主要通过监测通信链路的连接状态、数据传输情况等信息，当通信链路异常或数据传输中断时，可以推测出存在孤岛的可能性，从而采取相应的防护措施。

4.2.3 高频检测法

高频检测法是一种基于高频信号的被动防孤岛保护技术。它通过监测电力系统中的高频信号，来判断是否存在孤岛[3]。

高频检测法主要通过对电力系统中的高频噪声进行分析和检测，当检测到异常的高频信号时，认为存在孤岛可能性较高，需要进行相应的防护措施。

第五章：未来发展方向与结论

分散式风电并网防孤岛保护技术的未来发展可以从以下几个方面展望：

首先，结合人工智能和大数据技术，进一步提高技术的准确性和可靠性。通过利用大数据分析和机器学习等方法，准确判断孤岛情况，并根据实时数据进行系统优化和预测，提高技术的鲁棒性和响应速度。

其次，加强国际合作，推动技术标准和规范的制定和统一。分散式风电并网防孤岛保护技术的研究和应用是一个全球性的问题，需要加强国际间的交流和合作，推动技术标准和规范的制定和统一，促进技术的快速发展和应用。

此外，开展更多的实验室和现场试验，积累更多的实际应用经验。通过实验室和现场试验，可以验证技术的有效性和可行性，并积累更多的实际应用经验，为技术的进一步改进和推广提供参考。

总之，分散式风电并网防孤岛保护技术在我国新能源发展中具有重要意义，随着技术的不断创新和完善，相信这一技术将在未来得到更广泛的应用和推广。

参考文献

[1] 沈阳武,梁利清.分散式风电主动支撑电网技术与案例[M].中国电力出版社,2020.

[2] 郑建.分散式风电接入配电网优化规划关键技术研究[J].[2023-11-18].

[3] 王淼.风电场防孤岛保护策略研究[D].中国电力科学研究院[2023-11-18].