什么是储能系统防孤岛保护，有哪些作用?

前  言

储能系统不仅能够优化能源供应，提高电网的稳定性和可靠性，还在可再生能源的整合与利用方面发挥着关键作用。然而，随着储能系统的广泛应用，一个潜在的风险——孤岛现象，也引起了广泛关注。为了确保储能系统的安全运行和电网的稳定，防孤岛保护成为了不可或缺的重要环节。

 

在光伏发电、风力发电、电化学储能和并网型微电网等10kV及以上电压等级并网系统中都配置有防孤岛保护装置，并且NB/T11054-2023《防孤岛保护装置技术规范》中对防孤岛保护装置提出了具体的技术要求、试验方法、检验规则及对标志、包装、运输和贮存要求。下面详细介绍相关防孤岛保护的知识。

 

一、什么是孤岛

孤岛是指在电网供电因故障或其他原因中断时，储能系统与本地负载形成的一个独立供电区域。在这个区域内，储能系统继续为负载供电，使其与主电网脱离，形成一个孤立运行的“岛屿”。这种情况可能会带来一系列问题，如电压和频率不稳定、电能质量下降、对维修人员造成安全隐患等。

 

孤岛可分为计划性孤岛和非计划性孤岛。计划性孤岛是事先划定的孤岛区域，在主电网断开后，孤岛内部可以稳定运行。非计划性孤岛是指因主电网系统侧故障跳闸，储能站继续向周围供电，成为一个主电网无法控制的自给供电孤岛。

 

二、孤岛的危害

首先，孤岛内的电压和频率可能不受控制，导致电能质量下降，影响负载设备的正常运行。其次，由于孤岛与主电网失去联系，维修人员在不知情的情况下进行电网维修操作，可能会面临触电的危险。此外，孤岛运行可能会导致电网重新并网时出现电流冲击和相位不同步等问题，对电网设备造成损害。

 

三、防孤岛保护要求

根据GB/T34120-2017《电化学储能系统储能变流器技术规范》5.5.9要求电网侧储能电站主电路主要由四部分组成，储能电池、逆变器PCS、滤波模块、升压变压器。

 

直流电通过逆变器PCS转换为交流电，经过升压变压器升压。当电网因故障或维修被断开时，某些电气设备可能仍然与电网保持连接，形成“孤岛”。如果此时其他电源(如储能电池系统等）接入这个孤岛，可能会对电力设备造成严重损害，甚至危及人员安全。因此，需要采取有效的措施防止孤岛现象的发生。合理配置电网侧储能电站的保护功能，使其在复杂运行方式下保证故障设备的隔离与切除，是防孤岛保护装置的基本要求功能。

 

四、防孤岛工作原理

储能系统防孤岛保护的工作原理基于对电网状态的精确监测和智能判断。其核心目标是及时察觉电网与储能系统及本地负载之间的连接异常，迅速采取措施防止孤岛的形成或在孤岛形成后及时切断供电。

 

1.电压和频率监测是防孤岛保护的基础手段之一。正常情况下，电网的电压和频率保持在相对稳定的范围内。当电网发生故障或断开时，由于储能系统和本地负载之间的功率不平衡，会导致电压和频率出现明显波动。通过高精度的电压和频率传感器，实时采集相关数据，并与预设的正常范围进行对比。一旦电压或频率超出允许的偏差范围，就可能预示着孤岛现象的发生。

 

2.相位监测也是防孤岛保护的重要环节。在电网正常运行时，电流和电压之间的相位关系相对固定。而当孤岛形成时，由于电源和负载的特性变化，相位会发生显著改变。通过专门的相位检测装置，持续监测电流和电压的相位差，一旦发现异常的相位变化，即可作为判断孤岛形成的重要依据。

 

3.有功功率和无功功率的监测也在防孤岛保护中发挥着关键作用。在电网连接状态下，有功功率和无功功率的输出受到电网的统一调度和平衡。当电网断开后，由于储能系统和负载之间的功率失衡，有功功率和无功功率的数值和变化趋势会发生明显变化。通过对功率的实时测量和分析，能够及时发现这种功率失衡的情况，从而推断出可能出现的孤岛状态。

 

在检测到可能出现孤岛现象后，防孤岛保护装置会迅速动作，通过控制开关或断路器等设备，切断储能系统与本地负载之间的连接。

 

储能系统的孤岛保护是确保电力系统稳定性和安全性的关键措施之一。通过实时监测和控制技术可以有效防止孤岛现象的发生，保障电力系统的安全稳定运行。