微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行存在的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施

1、    微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行存在的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施    苗宏 董星亞 劉笑晗 賈志軍 徐寧【摘要】微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行成為現(xiàn)代電力企業(yè)研究的熱門，本文首先介紹了微網(wǎng)的相關(guān)知識(shí)，然后提出了微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行存在的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施，最后說(shuō)明了微網(wǎng)運(yùn)行的保護(hù)措施，希望能對(duì)實(shí)際工作有一定的指導(dǎo)作用?！娟P(guān)鍵詞】微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)策中圖分類號(hào)：f407.61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：近年來(lái)，隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，發(fā)電方式呈現(xiàn)兩極化的趨勢(shì)，一方面向用電需求量大且負(fù)荷相對(duì)較多的地區(qū)集中供電，一方面對(duì)負(fù)荷相對(duì)分散且具有清潔能源的地區(qū)采用分布式發(fā)電。而分布式發(fā)電污染少，發(fā)電方式靈活，能源利用率高，

2、安裝地點(diǎn)靈活，并且與集中式發(fā)電相比，節(jié)省了輸配電資源和運(yùn)行費(fèi)用，減少了集中輸電的線路損耗。分布式發(fā)電可以減少電網(wǎng)總?cè)萘?，改善電網(wǎng)峰谷性能，提高系統(tǒng)的供電可靠性和靈活性。我們稱基于分布式發(fā)電和負(fù)荷的系統(tǒng)為微網(wǎng)。一、微網(wǎng)的概述1、微網(wǎng)的含義國(guó)際上對(duì)微網(wǎng)的基本定義是：微網(wǎng)是由各種分布式電源/微電源、儲(chǔ)能單元、負(fù)荷以及監(jiān)控、保護(hù)裝置組成的集合；具有靈活的運(yùn)行方式和可調(diào)度性能，它在工作中存在與主網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行、孤島(自主)運(yùn)行兩種典型的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)和兩種過(guò)渡狀態(tài)，過(guò)渡狀態(tài)是指正常運(yùn)行下微網(wǎng)與主網(wǎng)間解列、并列以及微網(wǎng)從停運(yùn)通過(guò)黑啟動(dòng)恢復(fù)控制向穩(wěn)態(tài)運(yùn)行轉(zhuǎn)移的系統(tǒng)恢復(fù)。微網(wǎng)的分布式電源(dg)采用的是一種分散、非

3、集中式的發(fā)電方式，具有以下特點(diǎn)：接近終端用戶；容量很小，一般為幾十千瓦到幾十兆瓦；以孤立方式或與配電網(wǎng)并網(wǎng)方式，運(yùn)行在380v或10kv或稍高的配電電壓等級(jí)上(一般低于66kv)；采用潔凈或可再生能源(天然氣、沼氣、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、風(fēng)能-小風(fēng)電、或水能-小水電）。微網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1微網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)2、微網(wǎng)的特點(diǎn)通過(guò)微網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和定義可知，微網(wǎng)技術(shù)是新型電力電子技術(shù)和分布式發(fā)電、可再生能源發(fā)電技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。具有以下主要特點(diǎn)：(1)微網(wǎng)提供了一個(gè)有效集成應(yīng)用dg的方式，繼承擁有了所有單獨(dú)dg系統(tǒng)所具有的優(yōu)點(diǎn)；(2)微網(wǎng)作為一個(gè)獨(dú)立的整體模塊，不會(huì)對(duì)大電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響，不需要對(duì)大

4、電網(wǎng)的運(yùn)行策略進(jìn)行修改；(3)微網(wǎng)可以以靈活的方式將dg接入或斷開(kāi)，即dg具有“即插即用”的能力；(4)多個(gè)dg聯(lián)網(wǎng)的微網(wǎng)增加了系統(tǒng)容量，并有相應(yīng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，使系統(tǒng)慣性增大，減弱電壓波動(dòng)和電壓閃變現(xiàn)象，改善電能質(zhì)量；(5)微網(wǎng)在上級(jí)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)可以孤立運(yùn)行繼續(xù)保障供電，提高供電可靠性。二、微網(wǎng)并網(wǎng)存在問(wèn)題分析與對(duì)措施1、對(duì)電網(wǎng)電壓、頻率的影響傳統(tǒng)的配電網(wǎng)是一個(gè)放射狀結(jié)構(gòu)的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，潮流是單向流動(dòng)的，為了使配電網(wǎng)在不同的負(fù)荷下維持相對(duì)穩(wěn)定的電壓水平，其電壓調(diào)整主要依靠上級(jí)變電站內(nèi)變壓器有載調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)的切換及無(wú)功補(bǔ)償電容器的投退來(lái)實(shí)現(xiàn)，vqc裝置根據(jù)主變壓器負(fù)載情況、電壓水平等因數(shù)來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)分

5、接開(kāi)關(guān)位置，一般采用逆調(diào)壓方式即當(dāng)主變壓器負(fù)荷增大時(shí)，調(diào)高主變壓器二次側(cè)電壓。微網(wǎng)接入后，其內(nèi)的dg向電網(wǎng)注入有功功率和無(wú)功功率改變了配電網(wǎng)單向潮流流向。微網(wǎng)接入電后電網(wǎng)無(wú)功增加所以節(jié)點(diǎn)電壓升高。u'=u+u(u'為接入微網(wǎng)后節(jié)點(diǎn)電壓；u為未接入微網(wǎng)時(shí)節(jié)點(diǎn)電壓)?，F(xiàn)在就需要根據(jù)電壓波動(dòng)情況來(lái)調(diào)節(jié)變壓器分接頭以適應(yīng)變化，增加了電網(wǎng)調(diào)度的難度。而當(dāng)微網(wǎng)突然退出時(shí)，無(wú)功補(bǔ)償迅速減少，使電網(wǎng)電壓下降很大，給電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)威脅。同時(shí)微網(wǎng)內(nèi)部的風(fēng)電、光伏等電源出力一方面受天氣等影響，一定程度上也受用戶或業(yè)主控制，給電網(wǎng)的控制和管理又增加了困難。此外，微網(wǎng)不同的接入點(diǎn)與微網(wǎng)容量的大小都會(huì)對(duì)

6、電網(wǎng)電壓帶來(lái)不同的影響。微網(wǎng)內(nèi)分布式電源實(shí)際上一個(gè)諧波源，微網(wǎng)內(nèi)電力電子器件產(chǎn)生的大量諧波也注入電網(wǎng)，給電網(wǎng)頻率穩(wěn)定帶來(lái)挑戰(zhàn)?，F(xiàn)階段電網(wǎng)對(duì)微網(wǎng)的接納還很差，只能是電網(wǎng)選擇它能接受的微網(wǎng)，而不能隨機(jī)大量的微網(wǎng)接入電網(wǎng)，最主要原因在于微網(wǎng)并網(wǎng)還不能達(dá)到柔性并網(wǎng)。為克服這些問(wèn)題，應(yīng)從以下幾點(diǎn)做起。(1)研制產(chǎn)生諧波盡量少的的電力電子器件；(2)進(jìn)行無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償(svc，svg，statcom等)；(3)根據(jù)實(shí)際情況合理設(shè)置微網(wǎng)容量，使電網(wǎng)盡可能消納微網(wǎng)產(chǎn)生的問(wèn)題；(4)考慮微網(wǎng)蓄電池儲(chǔ)能。2、對(duì)電網(wǎng)保護(hù)整定的影響微網(wǎng)即是“電源”又是“負(fù)載”。當(dāng)微網(wǎng)內(nèi)分布式電源能夠滿足微網(wǎng)內(nèi)負(fù)載供電時(shí)向大電網(wǎng)送電，呈

7、現(xiàn)“電源”特性。當(dāng)不能滿足時(shí)電網(wǎng)向微網(wǎng)饋電，呈現(xiàn)“負(fù)荷”特性。微網(wǎng)的接入改變了配電網(wǎng)功率單向流動(dòng)的特點(diǎn)(成為雙向潮流)。大量微網(wǎng)的接入使電網(wǎng)產(chǎn)生了大量的隨機(jī)性潮流，使電網(wǎng)潮流流向和分布發(fā)生改變。傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)在微電網(wǎng)接入前是輻射狀單端電源供電系統(tǒng)，無(wú)源放射性網(wǎng)絡(luò)配電網(wǎng)的繼電保護(hù)是根據(jù)配電網(wǎng)這個(gè)特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)和運(yùn)行的。饋線上的保護(hù)不需要安裝方向元件，且多為三段式電流保護(hù)。微網(wǎng)引入后，配電網(wǎng)成為一個(gè)有源網(wǎng)絡(luò)(active distribution)，使得原來(lái)的繼電保護(hù)不能滿足要求，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生系統(tǒng)故障后其原有的故障電氣特征將發(fā)生巨大變化，此時(shí)微電網(wǎng)可能呈現(xiàn)電源特性，即向故障供出故障電流。傳統(tǒng)的檢測(cè)故障方

8、法和繼電保護(hù)不能再滿足要求。對(duì)微網(wǎng)接入電網(wǎng)的保護(hù)應(yīng)借鑒輸電系統(tǒng)的一些保護(hù)設(shè)計(jì)原則，例如方向、阻抗、差動(dòng)等加以分析并重新配置；對(duì)傳統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)的適應(yīng)性和技術(shù)進(jìn)行改造；制定電網(wǎng)、微網(wǎng)保護(hù)的協(xié)調(diào)配合機(jī)制。3、對(duì)重合閘的影響眾所周知，在電力系統(tǒng)中發(fā)生的故障大多為瞬時(shí)性故障，重合閘的應(yīng)用提高了系統(tǒng)供電可靠性，減少了電網(wǎng)維護(hù)的工作量。在傳統(tǒng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，重合閘的工作不會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生任何沖擊和破壞。當(dāng)微網(wǎng)接入后，由于dg的存在可能產(chǎn)生威脅。應(yīng)對(duì)措施如下：(1)對(duì)自動(dòng)重合閘裝置進(jìn)行改進(jìn)。在微網(wǎng)dg處安裝低周期、低壓解列裝置。(2)研究一種新的繼電保護(hù)與重合閘配合方式，使微網(wǎng)在重合閘之前解列，或加設(shè)通訊線路使微網(wǎng)解列

9、。4、孤島效應(yīng)孤島效應(yīng)是指由于某種原因電網(wǎng)斷電而微網(wǎng)繼續(xù)向電網(wǎng)提供電能。微網(wǎng)接入電網(wǎng)運(yùn)行有可能會(huì)產(chǎn)生孤島效應(yīng)。孤島效應(yīng)的產(chǎn)生會(huì)對(duì)電網(wǎng)、工作人員等產(chǎn)生很大影響。(1)孤島效應(yīng)發(fā)生后微網(wǎng)內(nèi)電壓、頻率失去電網(wǎng)的支撐會(huì)發(fā)生較大波動(dòng)，從而損壞配電設(shè)備和用戶設(shè)備。而當(dāng)電網(wǎng)回復(fù)時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生很大沖擊電流給設(shè)備帶來(lái)?yè)p壞。(2)干擾電網(wǎng)的正常合閘。(3)孤島效應(yīng)發(fā)生后微網(wǎng)內(nèi)的dg有可能對(duì)電網(wǎng)故障點(diǎn)繼續(xù)供電，這給維修工作人員帶來(lái)危險(xiǎn)。應(yīng)對(duì)孤島效應(yīng)的危害主要是預(yù)防為主，通過(guò)各種檢測(cè)方法提前知道是否發(fā)生孤島效應(yīng)。主要的檢測(cè)方法有：被動(dòng)檢測(cè)、主動(dòng)式檢測(cè)。5、對(duì)短路容量的影響及對(duì)策微網(wǎng)即是“電源”又是“負(fù)載”。當(dāng)微網(wǎng)內(nèi)分

10、布式電源能夠滿足微網(wǎng)內(nèi)負(fù)載供電時(shí)向大電網(wǎng)送電，呈現(xiàn)“電源”特性。當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí)，微網(wǎng)內(nèi)的dg會(huì)向故障點(diǎn)注入短路電流，如果并網(wǎng)的大量微網(wǎng)都呈現(xiàn)“電源”特性，會(huì)對(duì)電網(wǎng)的短路容量產(chǎn)生很大的影響。(1)將增加電網(wǎng)的短路容量，可能會(huì)對(duì)電氣設(shè)備的動(dòng)熱穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。(2)對(duì)于短路容量接近額定遮斷容量的斷路器而言，其影響甚至是危險(xiǎn)的。對(duì)策如下。(1)改變配電網(wǎng)的運(yùn)行方式，或在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)裝設(shè)限流電抗器；(2)在選址階段，根據(jù)電網(wǎng)狀況選擇合適的dg接入位置。三、微網(wǎng)的保護(hù)微電網(wǎng)的保護(hù)問(wèn)題與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的保護(hù)有很大區(qū)別，主要表現(xiàn)為：潮流的雙向性和并網(wǎng)運(yùn)行與獨(dú)立運(yùn)行兩種工況下短路電流差異較大兩方面。因此，如何保證保護(hù)的選擇性、快速性、靈敏性與可靠性，是微電網(wǎng)保護(hù)研究的關(guān)鍵和難點(diǎn)?？梢葬槍?duì)單相接地故障與線間故障給出了基于對(duì)稱電流分量檢測(cè)的保護(hù)策略，以零序、負(fù)序電流分量作為主保護(hù)的動(dòng)作值，并結(jié)合傳統(tǒng)的過(guò)電流保護(hù)，取得了良好的效果。也可以研制出微電網(wǎng)保護(hù)的硬件裝置。但由于微網(wǎng)的特點(diǎn)，發(fā)電機(jī)和負(fù)荷容量對(duì)保護(hù)的影響、不同類型發(fā)電機(jī)對(duì)保護(hù)的影響及微電網(wǎng)不同運(yùn)行方式和結(jié)構(gòu)對(duì)保護(hù)的影響等，都是微電網(wǎng)保護(hù)策略研究中的關(guān)鍵問(wèn)題，仍需大量的研究工作。結(jié)束語(yǔ)微網(wǎng)技術(shù)雖然在中國(guó)還不成熟，還有很多技術(shù)方面的、政策方面的、管理方面的問(wèn)題有待解決，但它順應(yīng)了中國(guó)大力促進(jìn)可再生能源發(fā)電、走可持續(xù)發(fā)展