《DL-光伏发电站逆变器防孤岛效应检测技术规程》

ICS

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DL

中华人民共和国电力行业标准

XX/TXXXXX—XXXX

光伏发电站逆变器防孤岛效应检测

技术规程

Theanti-islandingtestprocedureforinverterofutility-interconnectedphotovoltaic

powerstation

（IEC62116:2008,MOD）

（征求意见稿）

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

发布

/TXXXXX—XXXX

目  次

前言.................................................................................II

1范围...............................................................................1

2规范性引用文件.....................................................................1

3术语和定义.........................................................................1

4检测电路...........................................................................2

5检测设备...........................................................................3

6检测方法...........................................................................5

7检测文件记录.......................................................................7

附录A（资料性附录）光伏系统的孤岛效应..............................................12

附录B（规范性附录）含有独立孤岛检测装置的逆变器孤岛检测............................13

附录C（资料性附录）门阻信号........................................................15

I

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光伏发电站逆变器防孤岛效应检测技术规程

1范围

本标准规定了光伏发电站逆变器孤岛防护措施有效性的检测条件、检测设备和检测方法。

本标准适用于并网型光伏逆变器，不适用于离网型光伏逆变器。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T19964-2012光伏发电站接入电力系统技术规定

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件：

3.1

孤岛islanding

包含负荷和电源的部分电网，从主网脱离后继续孤立运行的状态。

3.2

计划性孤岛intentionalislanding

有计划形成的孤岛，用于恢复或维持受故障影响的某一局部电网的电力。供电电源和负载可以是用

户侧与和电网侧的任意组合。

3.3

非计划孤岛unintentionalislanding

一种非计划、不受控的孤岛状态，在这种状态下，孤岛内的供电电源如继续向并入的电网供电将产

生一定的危害，详见附录A。

3.4

品质因数qualityfactorQf

孤岛测试负载谐振程度的一种表示：

L

QfRC.............................................................................(1)

1

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式中：

Qf—品质因数；

R—有功负载阻抗；

C—无功负载电容量（包括并联电容器）；

L—无功负载电感。

当将C和L调谐到电源系统基频时，若以P表示谐振电路的有功功率；QL表示感抗负载中的无功功率；

QC表示容抗负载中的无功功率，则Qf可以用下式得出：

Qf(1P)QLQC.................................................................(2)

式中：

P—有功功率，单位为W；

QL—感性负载无功功率，单位为Var；

QC—容性负载无功功率，单位为Var。

注：如果被测设备输出侧有储能元件，在计算Q值时，应将该储能元件参数考虑进去。

3.5

孤岛运行时间run-ontimetR

为开关S1（图1）置于断位到被测设备中止输出电流之间的时间间隔。

3.6

中止信号stoppingsignal

由逆变器产生的信号，指示其与电网并网连接输出端口的电能已经被切断。

4检测电路

检测使用如图1所示的检测电路。

如设备生产商需要外部连接或配置独立变压器，变压器应为待测产品的一部分，并应接在被测设备

与图1中所示的阻抗、感抗、容抗（RLC）负载之间。

表1和图1规定了应检测的项目参数。第7章规定了检测报告应记载的检测参数项目。

表1测试参数

参数符号单位

被测设备的直流输入

直流电压VDCV

直流电流IDCA

直流功率PDCW

被测设备交流输出

a,b,c

交流电压VEUTV

a,b,c

交流电流IEUTA

a

有功功率PEUTW

a

无功功率QEUTVar

2

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参数符号单位

电压波形b,c,d,e

电流波形b,c,d,e

被测设备输出控制信号

孤岛作用时间tRS

中止信号fSS

测试负载a

阻性负载电流IRA

感性负载电流ILA

容性负载电流ICA

电网电源a

g

电网提供有功功率PACW

g

电网提供无功功率QACVar

g

电网提供电流IACA

a记录打开开关S1前测量的值。

b电压传感器和电流传感器的响应时间应该满足测量设备采样率的要求。

c应测量所有相的交流电压和电流波形。

d波形数据应从孤岛测试开始时记录，直到被测设备停止输出。时间测量的准确度和分辨率应大于1ms。

e记录波形时，S1打开和中止信号的同步信号应同时记录。

f如果被测设备的停止信号可被监测，应使用此信号。

g信号应进行过滤以提供基波频率值。基波值将忽略电网电压失真引起的谐波干扰。

图1逆变器孤岛检测的检测电路

5检测设备

5.1检测仪器

3

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使用具有存储功能的检测装置观测波形。记录时间从测试开始时刻到被测设备停止输出为止。

对于三相被测设备，测试和监测设备应记录所有相位的电流以及相电压或线电压、有功功率、无功

功率的基频值。宜使用10kHz或更高的采样频率，测量精度应至少为被测设备标称输出电压和标称输出

电流的1％。

5.2直流电源

测试中宜使用可控直流电源，条件不具备时，也可使用光伏方阵。直流电源应能提供被测设备的最

大输入电流。

直流电源应能提供满足第六章所述检测要求的电压和电流。

5.2.1光伏方阵模拟器

光伏方阵模拟器应能模拟光伏方阵的电流电压特性和时间响应特性。测试应在表2规定的输入电压

条件下进行，且输入电流不超过额定光伏输入电流1.5倍，测试方法中指定的特殊条件除外。

表2光伏方阵模拟器技术规范

项目条件

输出功率应使被测设备产生最大输出功率和表5检测条件中规定的其他功率等级

当测试负载以5%变化时，响应时间应能在小于1ms的时间内将输出电流稳定在其终值的

响应速度a

10%以内

除了由被测设备最大功率跟踪引起的变化外，模拟器的输出功率在整个测试期间应稳定在

稳定度

规定的功率等级，偏差小于2％。

填充因子b0.25~0.8

a一定的响应速度可避免MPPT控制系统、被测设备直流侧的脉动频率或主动防孤岛方法造成的影响。

b

填充因子=(Vmn×Imn)/(Voc×Isc),其中Vmn和Imn分别是最大功率点的电压和电流。Voc是开路电压，Isc是短路电流。

5.2.2串接阻抗限制电流电压的直流电源

应能在被测设备的最小和最大输入电压下使被测设备达到最大输入功率。

该直流电源提供的电流和电压应可调节。

可选择或调整串联电阻（或并联电阻）用来调整填充因子，使其达到表2所要求的范围值。

5.2.3光伏方阵

应能在被测设备的最小和最大输入电压下使被测设备达到最大输入功率，在整个测试期间，太阳光

辐照度的变化量应小于2%。

为了达到6.1条规定的输入电压和功率等级，可调整光伏方阵排列方式。

表3光伏方阵技术规范

项目条件

输出功率满足使被测设备产生最大输出功率和表5检测条件中规定的其他功率等级

4

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气候条件辐照度，环境温度等

5.3交流电源

可使用公共电网或交流电源，应符合表4规定的条件。

表4交流电源技术规范

项目条件

电压标称值的±2.0%

电压谐波畸变率（THD）<2.5%

频率标称值的±0.1Hz

相角差a120°±5°

a仅适用于三相电源

5.4交流负载

应在被测设备和交流电源之间并接可以调整的电阻器，电容器和电抗器。也可以使用类似的负载源，

例如电子负载，但应能确保结果的一致性。

所有的交流负载必须满足所有检测条件规定的额定等级，并可以通过调节以满足所有测试条件要

求。为确保Qf值的精确性，在检测电路中应使用无感阻抗、低耗电感和具有低串联有效内阻和串联有效

电感的电容器。如果使用铁心电感，在标称电压条件下工作时，电感电流的THD不得超过2%。

6检测方法

6.1检测步骤

对于由单相和三相逆变器组成的被测设备，按以下要求进行检测。测试使用RLC负载，使其在被测

设备的额定频率上谐振，并与被测设备输出功率匹配。对于三相被测设备，所有相上的负载应达到平衡，

图1中的开关S1应断开所有相。本测试应在被测设备处在表5给出的条件下进行测试，此时，功率和电

压值应为被测设备额定值的某个百分比值。

对于具有独立孤岛检测装置的被测设备，应按照附录B的要求进行测试。

被测设备设置的电压和频率跳闸参数（幅值和时间）会对测得的孤岛运行时间产生影响。应能通过

此测试验证被测设备在设定值上，包括更为严格的设定值上具有可靠的孤岛防护（例如，如果被测设备

通过了标称频率跳闸设置为±1.5Hz的测试，对于±0.5Hz或更为严格的设置，在测得的最长运行时间内也

会跳闸）。当把设定值调整到超出本测试的各设定值时，则被测设备的孤岛运行时间可能会延长。本测

试步骤中推荐的标称频率±1.5Hz频率设置以及标称电压±15%的电压设置已可满足大多数公用电网要

求。

表5检测条件

cd

条件被测设备输出功率，PEUT被测设备输入电压被测设备跳闸设置

A最大功率a大于额定输入电压范围的90%生产商规定的电压和频

率跳闸设置

B最大功率的50%~66%额定输入电压范围的50%±10%将电压和频率跳闸设置

设定为标称值

5

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C最大功率的25%~33%b小于额定输入电压范围的10%将电压和频率跳闸设置

设定为标称值

a被测设备最大功率输出条件应利用最大允许输入功率实现。实际输出功率可以超过标称额定输出功率。

b如果被测设备的最小输出功率大于额定输出功率的33%，该项测试使用被测设备的最小输出功率进行。

c根据被测设备的输入电压范围计算。例如，如果输入电压范围在X和Y之间，那么额定输入电压的

90%=X+0.9×(Y-X)。在任何情况下，被测设备都不应在的允许输入电压范围以外工作。

d生产商应提供被测设备的电压和频率跳闸幅值和时间。如果被测设备的电压和频率跳闸幅值和时间可设

置，宜将参数设置为下表要求的设置值，可满足大多数公共电网的要求。

参数幅值时限（S）

过电压115%的标称电压2

欠电压85%的标称电压2

过频率高于标称频率1.5Hz1

欠频率低于标称频率1.5Hz1

如果被测设备可设置快速过压/欠压和过频/欠频，生产商应相应扩大值的范围。

检测步骤如下：

a)根据表5确定所测试被测设备的输出功率，PEUT。在测试过程中，可按照测试方便的原则任意

安排条件A、B、C的测试顺序；

b)调节直流电源，使被测设备工作在所确定的PEUT，按照以下步骤测量被测设备的无功功率QEUT。

合上开关S1。在本地负载不接入的情况下（S2开路，此时未连接RLC负载）将被测设备接

入测试系统，开启被测设备，使其在a)步骤确定的输出条件下运行，测量基频（50Hz）下有

功功率和无功功率,PAC和QAC。本步骤测得的无功功率QAC在接下来的测试中将做为QEUT；

注：通过直流电源提供足够的输入功率使被测设备在不自动保护的前提下达到最高输出，来实现条件A中被测设备

的输出功率。条件B中的被测设备输出功率宜通过调节直流电源来达到（如果被测设备允许该运行模式）。条

件C中的被测设备输出功率宜利用逆变器自身的控制功能限制到规定的输出（如果被测设备允许该运行模式）。

c)关闭被测设备并断开开关S1；

注：如果RLC负载可实时调节，则可以将S1保持闭合。

d)按以下步骤调整RLC电路，使Qf满足Qf=1.0±0.05：

1)利用关系式QL=Qf×PEUT=1.0×PEUT确定使RLC电路达到谐振所需的电感量；

2)将电感做为RLC电路的首先接入元件，将电感量调整到QL；

3)将电容器接入与电感并联连接，将电容量调整至QC+QL=-QEUT；

4)接入电阻器，使RLC电路中消耗的功率等于PEUT；

注：先调节感抗使测量环境在低谐波状态。其次调节容抗使阻抗增加时电压保持稳定。随后接入并调节阻性并联负

载。

e)闭合开关S2，将在步骤d)中确定的RLC负载电路与被测设备接合。再闭合开关S1，启动被

测设备，确定输出功率为步骤a)所确定的功率。按需要调整R、L、C，确保流过S1的每一相

电流IAC的基频分量为0A，允许误差为逆变器恒定状态时额定电流的±1%；

注：以上步骤的目的是使有功功率和无功功率的基频分量为零输出，或者使流过开关S1的电流值为零。系统发生谐

振时将在检测电路中产生谐波电流，这些谐波可能使流过开关S1的功率和电流值无法为零。由于检测设备固有

的测量误差以及可能受谐波电流的影响，应对检测电路进行微调，以达到最平衡的孤岛状态。

f)切断开关S1启动试验。记录切断S1开始直至被测设备输出降低并维持在其额定输出电流值

的±1%以内所需的时间，记为孤岛运行时间tR。附录C给出了使用门阻信号的测量方法；

g)对于表5中的检测条件A（100%），调整负载的有功功率和无功功率使其达到表6阴影区给

出的各个负载不平衡条件。表6中的值表征的是步骤d)和e)中所确定标称值的变化量，以这

些标称值的百分比表示。表6中的值给出的是流过图1中S1的有功功率和无功功率，正值代

表功率流从被测设备到交流电源。每次调整之后都要进行孤岛检测和记录孤岛作用时间。如果

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任一次测得的孤岛作用时间超过了额定平衡条件下测得的孤岛作用时间，那么就需要按照非阴

影区的条件参数进行检测。如果在不平衡条件下的孤岛运行时间没有超过平衡条件下测得的孤

岛运行时间，可以认为本部分的测试已顺利完成；

h)对于检测条件B和C，只需调整负载的无功功率，在表7给出的工作点的95％至105％总范

围内调整，每次试验调整量大约1.0%，表7中的值表示的是流过图1是S1的无功功率，正值

代表功率流从被测设备到交流电源，每次调整之后都要进行孤岛检测和记录孤岛作用时间。如

果在95％至105％的各点上，孤岛作用时间仍然增加，再以1％的增量继续进行测试，直至孤

岛作用时间开始下降。如果逆变器具备输出功率调节功能，检测条件C宜通过逆变器自身控

制措施控制输出功率来实现，而不是通过限制直流电源的输出来实现。

表6检测条件A的负载不平衡

与负载有功功率、无功功率标称值的百分比

-10，+10-5，+100，+10+5，+10+10，+10

-10，+5-5，+50，+5+5，+5+10，+5

-10，0-5，0+5，0+10，0

-10，-5-5，-50，-5+5，-5+10，-5

-10，-10-5，-100，-10+5，-10+10，-10

表7检测条件B和检测条件C的负载不平衡

与负载有功功率、无功功率标称值的百分比

0，-5

0，-4

0，-3

0，-2

0，-1

0，+1

0，+2

0，+3

0，+4

0，+5

7检测文件记录

至少应在检验报告中记录并保留下列信息：

a)被测设备的规格参数。表8给出了应记录和说明的参数示例。

b)检测结果，表9给出了应记录和说明的实际测量结果示例。

c)检测电路框图。

d)检测仪器和设备的技术规格。表10给出了应记录和说明的参数示例。

e)所有检测配置状况和程序的细节信息，例如，达到规定的负载条件和被测设备输出条件的方法。

f)检测实验室被认可要求的所有附加信息。

7

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表8生产商提供的被测设备规格参数（示例）

参数值备注

1）额定值

a)最大输出功率

b)直流电压范围

c)直流电流限制

d)交流电压范围

e)频率范围

f)交流电流限制

g)效率

h)电压和频率跳闸设定值

（幅值和时间）

i)其他软件设定值

j)软件版本

2）其它

a)显示

b)温度范围

c)湿度

d)尺寸

e)重量

表9检测条件和孤岛运行时间列表（示例）

输出功率逆变器输出负载无功孤岛运实测直流电

设定负载无

次数指令信号有功功率偏功率偏移行时间PEUTQf压

功功率（%）V

（%）移比例（%）比例（%）（ms）(W)DC

110010000

2666600

3333300

4100100-5-5

5100100-50

8

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输出功率逆变器输出负载无功孤岛运实测直流电

设定负载无

次数指令信号有功功率偏功率偏移行时间PEUTQf压

功功率（%）V

（%）移比例（%）比例（%）（ms）(W)DC

6100100-5+5

71001000-5

81001000+5

9100100+5-5

10100100+50

11100100+5+5

1266660-5

1366660-4

1466660-3

1566660-2

1666660-1

17666601

18666602

19666603

20666604

21666605

2233330-5

2333330-4

2433330-3

2533330-2

2633330-1

27333301

28333302

29333303

30333304

31333305

表10检测仪器和设备的技术规格（示例）

项目规格参数备注

9

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项目规格参数备注

1）直流电源

a)电压范围

b)电流范围

2）交流电源

a)输出相

b)输出容量

c)输出电压（含精度）

d)输出频率（含精度）

e)电压稳定性

f)输出电压失真

3）数字表

a)电压测量范围

b)电流测量范围

c)频率测量范围

d)测试项目

4）波形记录仪

a)采样速率

b)记录仪器

c)时间精度

5）交流负载

a)阻性负载

最大工作电压

电流范围

功率容量

b)感性负载

最大工作电压

电流范围

功率容量

10

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项目规格参数备注

c)容性负载

最大工作电压

电流范围

功率容量

11

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AA

附录A

（资料性附录）

光伏系统的孤岛效应

孤岛效应是指电网中的负载和发电电源的一部分与电网其余部分相互隔离后继续工作的状态。当为

负载提供的电力不受电力管理部门控制时（电压、频率等）非计划孤岛就发生了。这种状态是不受控的

也是不允许的。

公共电网停电有多种原因，例如：

—电力公司检测到某运行故障，控制断路装置切断电力；

—由于设备故障导致正常的公共电源断开；

—断开公共电网的配电系统和用户负载；

—人为失误或恶意破坏；

—自然因素。

鉴于以上诸原因，应避免由用户侧的分布式电源产生的非计划孤岛现象：

—由于电力公司不能控制和管理孤岛中的电压和频率，这种电力失控状态可能会对用户侧的设备造

成损坏。对于连接电力线上的用户设备，由于电压或频率超出可承受的范围将可能造成设备损坏。

—孤岛现象可能干扰电力部门恢复电网正常运行；

—如果出现孤岛现象，会导致线路在应该与所有电源断开的情况下仍然带电，可能会给线路工作人

员带来危险；

—孤岛重新接入后，由于相位差的原因，可能使电网再次跳闸或损坏配电设备和其它接入设备。

监控公共电力系统的电压和频率，且仅允许这些逆变器在其参数不超出规定限值的情况下并网工

作，可以较容易的避免大多数的孤岛现象。然而，存在下述可能性：由用户侧的发电电源（或多个电源

的集合）提供的电力与负载完全匹配，以至于电压和频率都没有超过规定限值。除非采用其它措施进行

控制，否则，只要用户侧电源和负载继续维持相对匹配，该系统会继续运行。尽管这种情况发生的概率

极低，但仍然是一个隐患。因此，有必要进行附加控制，监控非计划孤岛的发生，将光伏系统从电力线

路中分离，直至公共电力系统恢复正常运行。

可以缩短电压和频率的异常跳闸范围来进一步降低上述现象发生的概率，但是，该方法无法彻底避

免上述现象的发生，还会增加误跳闸的次数。

彻底解决电源和负载完全匹配状态下非计划孤岛的发生，比较有效解决办法是使用带有防孤岛保护

程序的逆变器，该逆变器能在失去公共电网控制的情况下测量有效参数或能主动使孤岛失去平衡。

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