反孤岛测试：7.1.5并网光伏系统的实操技巧

为了验证实际中反孤岛方案的有效性，必须对并网光伏发电装置进行反孤岛测试，以验证并网光伏发电装置是否能够在规定的时间内检测到孤岛效应，并停止运行。本节根据IEC 62116 Edition 1.0的标准，介绍了基于并网逆变器的反孤岛测试电路，并详述了孤岛测试的步骤及测试判据。

1.反孤岛测试电路组成

反孤岛测试电路如图7-9所示。测试电路由直流输入电源、反孤岛测试平台（Equipment Under Test，EUT，对于并网光伏发电系统为并网逆变器）、交流电压源（模拟电网）、电网侧开关Q₁，负载侧开关Q₂以及负载组成。

孤岛检测技术的目的是为了寻找到一种能够检测出任何负载下孤岛状态的技术，当负载为并联RLC负载时，孤岛效应最难检测到，因此在具体的反孤岛测试中，通常选择并联RLC负载作为本地负载，并且当并联RLC负载谐振频率等于电网频率时，可以形成最严重的孤岛状况，根据要求，选择负载RLC的谐振频率为50或60Hz，并且负载功率应和反孤岛测试平台输出功率相匹配，对于多相逆变器，负载的各相之间应保持平衡。

由7.1.3节的讨论可知，在具体的反孤岛测试中，负载品质因数Q_f的选择是很重要的。选择太小的Q_f将导致逆变器在实验室的试验平台中能顺利通过反孤岛测试，而现场运行时却检测不到孤岛效应；而当选择太大的Q_f时，一方面不切实际，而另一方面则将导致逆变器不能做出正确的判断。对于品质因数Q_f的选择，不同的国际标准有不同的规定，如IEEE Std 929—2000规定Q_f=2.5，IEC 62116草案中规定Q_f=0.65，IEC 62116 Edition 1.0正式规定Q_f=1±0.05。本节讨论基于IEC 62116 Edition 1.0的规定，认为Q_f应选为1±0.05。

测试可以在表7-3所示的不同状态下进行。

图7-9 反孤岛测试电路

U_DC、I_DC、P_DC—直流侧输出的电压、电流、有功功率

U_EUT、I_EUT、P_EUT、Q_EUT—反孤岛测试平台输出的电压、电流、有功功率、无功功率

I_AC、P_AC、Q_AC—交流电源侧（即电网）的电流、有功功率和无功功率

表7-3 反孤岛测试的不同测试状态

①直流输入电源应足够大，以保证逆变器可以输出最大功率，在实际中，这个最大功率大于逆变器的额定功率；

②若逆变器输出的最小功率大于最大功率的33%，测试时选择逆变器允许输出的最小功率。

2.测试要求

1）当并网逆变器需要单独的直流输入电源来执行测试时，输入电源应该至少能提供逆变器额定输入功率的150%，并且输入电源的输出电压应与逆变器输入电压的工作范围相匹配。对不能设置输出功率的逆变器，其输出功率由输入电源设置。

2）如果并网逆变器有规定的直流输入电源，但是该输入电源不能提供测试中规定的逆变器的输出功率，就在输入电源能够提供的范围内进行测试。测试结果仅适用于有指定输入电源的逆变器，测试报告要注明它的局限性。

3）RLC负载应该被调节到使流过Q₁的基频电流小于稳态时逆变器每相额定电流的2%。

4）应记录下每次孤岛效应的持续时间。

5）测试和测量设备应记录每相电流以及相电压或线电压，来确定测试期间基频时的有功功率和无功功率。最小测量准确度应不超过逆变器额定电压和电流的1%。(https://www.xing528.com)

6）由于品质因数Q_f的计算是基于理想的并联RLC电路，所以测试电路中用的是无电感的电阻，损耗低的电感以及有效电阻很小的电容。应测量负载R、L、C各条支路中的有功和无功功率，以便计算Q_f时能正确处理由自耦变压器产生的寄生效应。如果使用铁心电感线圈，工作在额定电压时，谐波电流不能超过电流THD的2%。要选择适当功率的电阻，以尽量减小测试中因发热导致电阻值偏移。

3.具体测试步骤

1）根据表7-3所示的不同测试状态选定逆变器的输出功率P_EUT。其中A、B、C三种测试状态可按任意顺序进行。

2）调整直流侧输入，控制逆变器输出功率P_EUT为1）中所选的功率，并测量测试平台输出的无功功率Q_EUT。

具体步骤为：在不连接本地负载的情况下，将逆变器连接到电网上（即图7-9中的开关Q₁闭合，Q₂断开），调节直流侧输入，使平台输出功率P_EUT等于步骤1）中选定的功率。测量基频（50Hz或60Hz）下的有功功率P_AC和无功功率Q_AC（在后面的测试步骤中，测量的无功功率用Q_EUT表示）。

3）关闭反孤岛测试平台，断开开关Q₁。

4）根据下式计算出反孤岛测试平台RLC负载的值使品质因数Q_f=1.0±0.05。

R=U²

EUT/P_EUT

L=U²

EUT/（2πfP_EUT）

C=P_EUT/（2πfU²_EUT） （7-18）

注意，当Q_f=1.0时，P_qL=P_qC=1.0P_EUT（P_qL是每相感性负载消耗的无功功率，P_qC是每相容性负载消耗的无功功率）。

5）闭合Q₂，将第4）步确定的RLC负载接入测试平台。闭合Q₁，给反孤岛测试平台通电，确保输出功率为额定功率。

6）断开开关Q₁，开始测试。记录测试开始的时刻和测试开始到反孤岛测试平台输出电流减小并保持在其额定值1%以下所需的时间（即孤岛持续时间）。

4.测试判据

1）应记录下每次孤岛效应的持续时间。

2）如果Q₁断开后，逆变器在IEEE Std.1547（见表7-2）的规定时间内停止向测试负载供电，就证明逆变器通过了该项测试。

3）如果测试中有一次孤岛效应持续时间大于IEEE Std.1547的规定时间，就证明逆变器未能通过反孤岛测试。

4）在电网重新连接后，所测得逆变器自动并网恢复时间至少为3min。