什么是孤島效應

孤島效應是指在電網發生故障導致主電網斷電的情況下，分布式發電系統（例如光伏發電系統、風力發電機、柴油發電機組等）仍然繼續向斷電區域的局部電網供電的現象。這種現象在技術上稱為“孤島運行”。

孤島效應通常發生在電網的一個區域因為某些原因（如天災、設備故障、維護操作等）而被切斷供電，但在這個區域內的分布式發電系統沒有檢測到電網的斷電并自動斷開，并繼續向這個區域供電。

孤島效應的風險和問題主要包括：

安全風險：維護人員可能認為線路已斷電，安全進行維護工作，但實際上分布式發電系統仍在供電，這可能導致觸電或其他危險情況。

設備損壞：在孤島運行狀態下，分布式發電系統可能嘗試強行維持電網電壓和頻率的穩定，這可能超出其設計標準，長期下去可能導致逆變器或其他電力設備損壞。

電能質量問題：孤島效應可能會導致局部電網的電壓和頻率不穩定，影響負載的正常運行和設備的使用壽命。

阻礙電網恢復：在電網嘗試恢復供電時，如果孤島區域的分布式發電系統未能及時斷開，可能會對整個電力系統的同步和穩定性造成影響。   

為了防止孤島效應，分布式發電系統一般要裝配防孤島保護裝置。這些裝置能夠檢測到電網故障并自動斷開分布式生成系統，防止其繼續向局部電網供電。

防孤島保護裝置的工作原理

防孤島保護裝置的原理主要基于檢測電網與分布式發電系統（如光伏發電系統）之間是否存在異常情況來實施保護措施。當電網出現故障時，防孤島保護裝置能迅速識別并切斷光伏系統與電網的連接，防止孤島效應的發生。下面將分別介紹被動式和主動式兩種主要的檢測技術：

被動式檢測

被動式檢測主要依賴于監測電網的電壓、頻率、相位等參數，通過這些參數的變化來判定電網狀態。原理如下：   

電壓監測：在正常并網運行情況下，電網的電壓應保持相對穩定。如果電壓超出正常范圍，可能意味著電網發生故障。

頻率監測：電網頻率是電力系統穩定性的重要指標。頻率的異常變化通常表明發電與負載之間的不平衡，可能是電網故障的信號。

相位監測：正常情況下，分布式發電系統的輸出與電網應保持同步。當電網斷開時，分布式系統的相位可能會與電網脫節。

被動式檢測簡單易行，但存在識別時間較長和可能出現非檢測區的問題，這意味著在某些特定條件下孤島效應可能無法被及時檢測到。

主動式檢測

主動式檢測通過向電網注入特定的擾動信號，并監測電網對這些擾動的響應來檢測孤島效應。原理如下：

注入擾動：逆變器會定期向電網注入一個微小的電壓或頻率擾動。

監測響應：在正常并網運行條件下，電網的大容量會迅速吸收這些擾動，因而系統不會觀測到顯著的參數變化。

判斷孤島：如果電網斷開，這些注入的擾動無法被吸收，分布式發電系統會監測到異常的電壓或頻率變化，從而判斷出孤島狀態。

主動式檢測相對復雜，但能更快速、準確地檢測到孤島效應，提高了系統的安全性和可靠性。然而，這種方法可能會對電能質量產生一定影響，需要嚴格控制擾動的大小和頻率，以符合電網規范。   

結合被動式和主動式

在一些高級的防孤島保護裝置中，被動式和主動式檢測技術常常結合使用。當被動式檢測到電網參數異常時，主動式檢測會開始工作，以確認是否真的發生了孤島效應，并采取相應的斷開措施。

防孤島保護裝置的重要性

保障電網安全：電網安全是電力系統中最重要的考量之一。光伏電站在發生孤島效應時若未及時斷開，可能會對執行維修或檢查的人員造成安全風險，因為他們可能會錯誤地認為線路是停電狀態。防孤島保護裝置能夠及時識別并切斷電站與電網的連接，避免對維修人員造成傷害。

保護光伏設備：在孤島狀況下，光伏逆變器可能會嘗試調節其輸出以維持電網的電壓和頻率。這種操作可能會導致設備過載或損壞。通過防孤島保護裝置的及時介入，可以保護逆變器和其他光伏系統組件不被損壞，從而延長設備使用壽命。

確保電能質量：如果光伏發電系統在孤島狀態下繼續運行，可能無法保證電力的穩定性和質量。防孤島保護裝置通過斷開連接，保證了在電網故障時不會有低質量電能進入電網，從而確保了電能質量。

防孤島保護裝置的技術要求

GB/T 33593 —2017《分布式電源并網技術要求》中規定：“分布式電源應具備快速監測孤島且立即斷開與電網連接的能力,防孤島保護動作時間不大于2s，其防孤島保護應與配電網側線路重合閘和安全自動裝置動作時間相配合。”