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智能配电网之分布式电源并网技术(3)

在DER 与配电网的连接点上,需要配备自动解列装置,即孤岛保护。在检测出现孤岛运行状态后,迅速跳开DER 与配电网之间的联络开关。一般来说,在孤岛运行状态下,DER 发电量与所带的负荷相比,有明显的缺额或过剩,从而导致电压与频率的明显变化,据此可以构成孤岛运行保护。孤岛保护的工作原理主要有以下3 种。

1) 反应电压下降或上升的欠压/ 过压保护。

2) 反应频率下降或上升的频率变化率保护。

3) 反应前后两个周波电压相量变化的相量偏移保护。

反映频率变化率的孤岛保护在电力系统功率出现缺额导致频率下降时也可能动作,这导致在电力系统最需要功率支持的时候切除DER ,使电网情况更为恶化。因此,实际应用中不宜将低频解列保护整定得过于灵敏,以避免这种不利局面的发生。

在线路故障切除后,重合闸时间需要与孤岛运行保护配合,其等待时间要确保DER 解列并留有足够的故障点熄弧时间。

4. 4 DER并网技术标准

一些工业发达国家已对DER 并网的技术标准进行制定。英国电力协会( Elect ricity Associa2tion) 早在1991 年就发布了《G59/ 1 嵌入式发电并入地区配电网的推荐技术标准》;国际电气电子工程师协会( IEEE) 于2003 年6 月发布了“DER并网技术标准IEEE Std. 1547”,2003 年10 月该标准被批准为国家标准。在我国,上海市电力公司和上海燃气集团公司联合制定了《分布式供能系统工程技术规程》,上海市政府于2005 年8 月发文要求在全市范围内贯彻实施这一规程。但总体来说,我国在这方面的工作还比较滞后。特别是接入配电线路的DER 的并网问题,没有可供参考的技术标准、规范,急需启动有关标准的制定工作。

5 分布式电源并网技术的发展

以上介绍的DER 并网技术是“有限接入”,即对于接入容量等做出严格限制。为了充分利用可再生能源,必须实现DER 并网的“宽限接入”和大量接入,这也是智能电网概念提出的根本原因之一,智能电网技术的发展,将使这问题能得到较好地解决。随着DER 的大量接入,配电网就由传统的无源网络将发展成为有源网络,当前,涉及这方面的技术研究主要有微电网技术与虚拟发电厂技术。

5. 1 有源网络的基本概念

有源网络(Active Network) 指的是分布式电源高度渗透、功率双向流动的配电网络。所谓“高度渗透”是指接入的DER 对配电网的潮流、短路电流产生了实质性的影响,使得传统配电网的规划设计、保护控制、运行管理方法不再有效。有源网络的概念是针对并网技术对DER 接入容量做出严格限制的配电网而提出的。

有源网络不再单纯地为了不影响现有配电网而严格限制DER 的接入,而是让DER 尽可能地多发电(特别是对可再生能源) 、充分地发挥其对配电网的积极作用以及节省电力系统的整体投资。DER 的容量客观上是可以替代一部分配电容量的,从而减少对发、输、配电系统的投资。因此,考虑DER 对配电容量的替代作用,也是有源网络的一个重要的特征。

有源网络给配电网的保护控制、运行管理提出了新挑战,它包括电压控制、继电保护、短路电流限制、故障定位与隔离、DER 调度管理等方面的问题。

5. 2 微电网技术

微电网(Micro Grid) 简称微网,是指由DG、DES 装置和监控、保护装置汇集而成的并为相应区域供电的小型发配电系统,能够不依赖大电网而正常运行,实现区域内部供需平衡。一般来说,微网是一个用户侧的电网,它通过一个公共连接点(Point of Common Connection ,PCC) 与大电网连接。图3 是美国电力可靠性技术解决方案协会(CERTS) 提出的微电网基本结构。

图3 CERTS 提出的微电网结构

按照常规的做法,DER 必须配备孤岛保护,在大电网停电时自动与主网断开。而微网可以在与大电网脱离后独立运行,由DER 维持区域内所有或部分重要负荷的供电,能够发挥出DER 在提高供电可靠性方面的作用。

微网仅在PCC 点与大电网连接,避免了多个DER 与大电网直接连接。通过合理地设计,可使微网中DER 主要用于区域内部负荷的供电,做到不向外输送或输送很小的功率,使得大电网可以不考虑其功率输出的影响,继续采用“即接即忘”的并网方法。这样,就较好地解决了DER 大量接入与不改变配电网现有保护控制方式之间的矛盾。

就微网本身来说,它是一个“有源网络”,需要解决功率平衡、稳定控制、电压调整、继电保护等一系列问题。微网技术还在研究发展之中,是智能配电网的重要研究内容。

5. 3 虚拟发电厂技术

虚拟发电厂(Virt ual Power Plant ,VPP) 技术是将配电网中分散安装的DER 通过技术支撑平台实现统一调度并将其等效为一个发电区,实现分布式电源大量并网,达到DER 的优化利用、降低电网峰值负荷、提高供电可靠性的目的。

VPP 的调度对象主要是可随时启动并且功率可调节的DER ,如热电联产微型燃气轮机、应急供电柴油发电机组以及各种DES 等。对于风能、太阳能发电等可再生能源发电来说,其输出具有不确定性,且一般需要在具备条件时让其足额发电,因此不能对其进行有效地调度。

实施VPP 要有配网自动化系统(DAS) 作为技术支撑平台。VPP 是DAS 的一个高级应用功能。DAS 需要采集、处理分布式电源的实时运行数据,并能够对其进行调节、控制。

除技术问题外,实施VPP 还涉及电价、政策法规等一系列问题,目前处于研究探讨阶段,还缺少成熟的经验。

致谢

本讲座写作过程中承蒙山东大学马士聪博士的帮助,表示感谢!

参考文献

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来源:《供用电》
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