智能配電網(wǎng)之分布式電源并網(wǎng)技術(shù)

(3) 影響重合閘的成功率。在線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí),如果在主系統側斷路器跳開(kāi)時(shí)DER 繼續給線(xiàn)路供電,會(huì )影響故障電弧的熄滅,造成重合閘不成功。如果在重合閘時(shí),DER 仍然沒(méi)有解列,則會(huì )造成非同期合閘,由此引起的沖擊電流使重合閘失敗,并給分布式發(fā)電設備帶來(lái)危害。

(4) 影響備用電源自投。如果在主系統供電中斷時(shí),DER 繼續給失去系統供電的母線(xiàn)供電,則由于母線(xiàn)電壓繼續存在,會(huì )影響備用電源自投裝置的正確動(dòng)作。

3) 對短路電流水平的影響。直接并網(wǎng)的發(fā)電機都會(huì )增加配電網(wǎng)的短路電流水平,因此提高了對配電網(wǎng)斷路器遮斷容量的要求。

4) 對配電網(wǎng)供電質(zhì)量的影響。風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電輸出的電能具有間歇性特點(diǎn),會(huì )引起電壓波動(dòng)。通過(guò)逆變器并網(wǎng)的DER ,不可避免地會(huì )向電網(wǎng)注入諧波電流,導致電壓波形出現畸變。

3. 3 分布式電源并網(wǎng)對配電網(wǎng)運行管理的影響

1) DER 的接入,會(huì )增加配電網(wǎng)調度與運行管理的復雜性。風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電等輸出的電能具有很大的隨機性,而用戶(hù)自備DER 一般是根據用戶(hù)自身需要安排機組的投切;這一切給合理地安排配電網(wǎng)運行方式、確定最優(yōu)網(wǎng)絡(luò )運行結構帶來(lái)困難。

2) DER 的接入,給配電網(wǎng)的施工與檢修維護帶來(lái)了影響。由于難以對眾多的DER 進(jìn)行控制,停電檢修計劃安排的難度增加,配電網(wǎng)施工安全風(fēng)險加大。

3. 4 分布式電源對配電網(wǎng)規劃建設與經(jīng)營(yíng)的影響

DER 的大量應用,給配電網(wǎng)的規劃建設與經(jīng)營(yíng)帶來(lái)了新挑戰。

1) 對配電網(wǎng)規劃設計、負荷預測的影響。由于大量的用戶(hù)安裝DER 為其提供電能,使得配電網(wǎng)規劃人員難以準確地進(jìn)行負荷預測,進(jìn)而影響配電網(wǎng)規劃的合理性。

2) 分布式發(fā)電并網(wǎng)的經(jīng)濟問(wèn)題。由于DER的接入,特別是對于自備DER 的用戶(hù),為保證其自備DER 停運時(shí)仍能正常用電,供電企業(yè)需要為其提供一定的備用容量,這就增加了供電企業(yè)的設備投資與運行成本,這些費用理應有一部分由DER 業(yè)主來(lái)分擔。因此,需要完善電價(jià)政策,合理地調整供電企業(yè)與DER 業(yè)主的利益。

4 分布式電源并網(wǎng)技術(shù)

4. 1 分布式電源并網(wǎng)基本技術(shù)要求

為確保配電網(wǎng)的安全運行和供電質(zhì)量,DER并網(wǎng)要滿(mǎn)足以下基本要求。

1) 保證配電網(wǎng)電壓合格,所引起的電壓偏移不超過(guò)允許的范圍。

2) 配電設備正常運行電流不超過(guò)額定值,動(dòng)熱穩定電流不超過(guò)允許值。

3) 短路容量不超過(guò)開(kāi)關(guān)、電纜等配電設備的允許值。

4) 電能質(zhì)量合格,所引起的電壓驟升、驟降、閃變、諧波不超過(guò)規定值。

4. 2 分布式電源接入方案的選擇

DER 并網(wǎng)對配電網(wǎng)的影響與DER 的容量以及接入配電網(wǎng)的規模、電壓等級有關(guān)。一般情況下,DER 容量在250 kVA 以?xún)鹊慕尤?80 V/ 400V 低壓電網(wǎng); DER 容量在1 ～ 8 MVA 的接入10 kV等級中壓電網(wǎng);DER 容量更大一些的則接入更高電壓等級的配電網(wǎng)。具體接入方式一般是大容量的DER 通過(guò)聯(lián)絡(luò )線(xiàn)接到附近變電所的母線(xiàn)上,如圖2 (a) 所示。對于小型的DER ,為減少并網(wǎng)投資,就近并在配電線(xiàn)路上,如圖2 (b) 所示。

圖2 DER 接入配電網(wǎng)的方式

美國電氣電子工程師協(xié)會(huì )( IEEE) 的第21 標準化工作組起草的DER 并網(wǎng)系列標準中,定義了以下兩個(gè)參數來(lái)衡量DER 并網(wǎng)對配電網(wǎng)的影響。

1) 剛度系數,指配電網(wǎng)中DER 接入點(diǎn)的設計短路電流與DER 額定電流的比值。

2) 短路電流貢獻比,指配電網(wǎng)在DER 接入點(diǎn)發(fā)生短路時(shí),來(lái)自DER 的短路電流與來(lái)自配電網(wǎng)的短路電流的比值。

剛度系數越大,短路電流貢獻比越小,則配電網(wǎng)運行電壓與短路電流受DER 并網(wǎng)的影響越小。一般認為,如果剛度系數大于20 ,則DER 并網(wǎng)不會(huì )對配電網(wǎng)運行帶來(lái)實(shí)質(zhì)性影響。

在我國,熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電與小水力發(fā)電有著(zhù)很廣泛的應用,它們一般是并到配電變電所的母線(xiàn)上。這些DER (小電源) 的并網(wǎng)以及保護控制技術(shù)已比較成熟,有大量的技術(shù)標準、規程可供參考。近年來(lái),太陽(yáng)能光伏發(fā)電、微型燃氣輪機發(fā)電等容量在數百千瓦及以下的小型分布式電源有了很大發(fā)展,為降低成本,它們一般是就近接到配電線(xiàn)路上,這些小型DER 的并網(wǎng)及其保護控制技術(shù)還需進(jìn)一步探討。

為減少投資、簡(jiǎn)化工作程序與運行管理,一些國家的供電企業(yè)對于小型DER 并網(wǎng)采取“即接即忘(Connect and Forget ) ”的原則,即忽略其對配電網(wǎng)安全性、供電質(zhì)量與保護控制方式的影響。為達到這一目的,需要對DER 的接入容量做出嚴格限制。例如, 美國對于小型( 容量小于200kVA) DER 的并網(wǎng), 供電企業(yè)要求接入線(xiàn)路的DER 總容量小于線(xiàn)路最小負荷的10 %。

4. 3 分布式電源并網(wǎng)保護

分布式電源并網(wǎng)保護除分布式電源機組的保護外,主要是配備孤島運行保護,簡(jiǎn)稱(chēng)孤島保護。

“孤島”是指配電線(xiàn)路或部分配電網(wǎng)與主網(wǎng)的連接斷開(kāi)后,由分布式電源獨立供電形成的配電網(wǎng)絡(luò )。如圖2 (a) 中,變壓器低壓側斷路器QF1 跳開(kāi)后,分布式電源和母線(xiàn)上其他線(xiàn)路形成的獨立網(wǎng)絡(luò )就是一個(gè)孤島。這種意外的孤島運行狀態(tài)是不允許的,因為其供電電壓與頻率的穩定性得不到保障,并且線(xiàn)路繼續帶電會(huì )影響故障電弧的熄滅、重合閘的動(dòng)作,危害事故處理人員的人身安全。對于中性點(diǎn)有效接地系統的電網(wǎng)來(lái)說(shuō),一部分配電網(wǎng)與主網(wǎng)脫離后,可能會(huì )失去接地的中性點(diǎn),成為非有效接地系統,這時(shí)孤島運行就可能引起過(guò)電壓,危害設備與人身安全。

在DER 與配電網(wǎng)的連接點(diǎn)上,需要配備自動(dòng)解列裝置,即孤島保護。在檢測出現孤島運行狀態(tài)后,迅速跳開(kāi)DER 與配電網(wǎng)之間的聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)。一般來(lái)說(shuō),在孤島運行狀態(tài)下,DER 發(fā)電量與所帶的負荷相比,有明顯的缺額或過(guò)剩,從而導致電壓與頻率的明顯變化,據此可以構成孤島運行保護。孤島保護的工作原理主要有以下3 種。

1) 反應電壓下降或上升的欠壓/ 過(guò)壓保護。

2) 反應頻率下降或上升的頻率變化率保護。

3) 反應前后兩個(gè)周波電壓相量變化的相量偏移保護。

反映頻率變化率的孤島保護在電力系統功率出現缺額導致頻率下降時(shí)也可能動(dòng)作,這導致在電力系統最需要功率支持的時(shí)候切除DER ,使電網(wǎng)情況更為惡化。因此,實(shí)際應用中不宜將低頻解列保護整定得過(guò)于靈敏,以避免這種不利局面的發(fā)生。

在線(xiàn)路故障切除后,重合閘時(shí)間需要與孤島運行保護配合,其等待時(shí)間要確保DER 解列并留有足夠的故障點(diǎn)熄弧時(shí)間。

4. 4 DER并網(wǎng)技術(shù)標準

一些工業(yè)發(fā)達國家已對DER 并網(wǎng)的技術(shù)標準進(jìn)行制定。英國電力協(xié)會(huì )( Elect ricity Associa2tion) 早在1991 年就發(fā)布了《G59/ 1 嵌入式發(fā)電并入地區配電網(wǎng)的推薦技術(shù)標準》;國際電氣電子工程師協(xié)會(huì )( IEEE) 于2003 年6 月發(fā)布了“DER并網(wǎng)技術(shù)標準IEEE Std. 1547”,2003 年10 月該標準被批準為國家標準。在我國,上海市電力公司和上海燃氣集團公司聯(lián)合制定了《分布式供能系統工程技術(shù)規程》,上海市政府于2005 年8 月發(fā)文要求在全市范圍內貫徹實(shí)施這一規程。但總體來(lái)說(shuō),我國在這方面的工作還比較滯后。特別是接入配電線(xiàn)路的DER 的并網(wǎng)問(wèn)題,沒(méi)有可供參考的技術(shù)標準、規范,急需啟動(dòng)有關(guān)標準的制定工作。

5 分布式電源并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展

以上介紹的DER 并網(wǎng)技術(shù)是“有限接入”,即對于接入容量等做出嚴格限制。為了充分利用可再生能源,必須實(shí)現DER 并網(wǎng)的“寬限接入”和大量接入,這也是智能電網(wǎng)概念提出的根本原因之一,智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,將使這問(wèn)題能得到較好地解決。隨著(zhù)DER 的大量接入,配電網(wǎng)就由傳統的無(wú)源網(wǎng)絡(luò )將發(fā)展成為有源網(wǎng)絡(luò ),當前,涉及這方面的技術(shù)研究主要有微電網(wǎng)技術(shù)與虛擬發(fā)電廠(chǎng)技術(shù)。