微網(wǎng)并網(wǎng)運行存在的問題及應(yīng)對措施

1、    微網(wǎng)并網(wǎng)運行存在的問題及應(yīng)對措施    苗宏 董星亞 劉笑晗 賈志軍 徐寧【摘要】微網(wǎng)并網(wǎng)運行成為現(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，然后提出了微網(wǎng)并網(wǎng)運行存在的問題及應(yīng)對措施，最后說明了微網(wǎng)運行的保護措施，希望能對實際工作有一定的指導(dǎo)作用?！娟P(guān)鍵詞】微網(wǎng)并網(wǎng)運行對策中圖分類號：f407.61 文獻標(biāo)識碼：a 文章編號：近年來，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，一方面向用電需求量大且負荷相對較多的地區(qū)集中供電，一方面對負荷相對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、安裝地點靈活，并且與集中式發(fā)電相比，節(jié)省了輸配電資源和運行費用，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)萘浚纳齐娋W(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)電和負荷的系統(tǒng)為微網(wǎng)。一、微網(wǎng)的概述1、微網(wǎng)的含義國際上對微網(wǎng)的基本定義是：微網(wǎng)是由各種分布式電源/微電源、儲能單元、負荷以及監(jiān)控、保護裝置組成的集合；具有靈活的運行方式和可調(diào)度性能，它在工作中存在與主網(wǎng)并網(wǎng)運行、孤島(自主)運行兩種典型的穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)和兩種過渡狀態(tài)，過渡狀態(tài)是指正常運行下微網(wǎng)與主網(wǎng)間解列、并列以及微網(wǎng)從停運通過黑啟動恢復(fù)控制向穩(wěn)態(tài)運行轉(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：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，運行在380v或10kv或稍高的配電電壓等級上(一般低于66kv)；采用潔凈或可再生能源(天然氣、沼氣、太陽能、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)的特點通過微網(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)和儲能技術(shù)的有機結(jié)合。具有以下主要特點：(1)微網(wǎng)提供了一個有效集成應(yīng)用dg的方式，繼承擁有了所有單獨dg系統(tǒng)所具有的優(yōu)點；(2)微網(wǎng)作為一個獨立的整體模塊，不會對大電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響，不需要對大

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

5、接開關(guān)位置，一般采用逆調(diào)壓方式即當(dāng)主變壓器負荷增大時，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)無功增加所以節(jié)點電壓升高。u'=u+u(u'為接入微網(wǎng)后節(jié)點電壓；u為未接入微網(wǎng)時節(jié)點電壓)?，F(xiàn)在就需要根據(jù)電壓波動情況來調(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，無功補償迅速減少，使電網(wǎng)電壓下降很大，給電網(wǎng)穩(wěn)定運行帶來威脅。同時微網(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)不同的接入點與微網(wǎng)容量的大小都會對

6、電網(wǎng)電壓帶來不同的影響。微網(wǎng)內(nèi)分布式電源實際上一個諧波源，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)定帶來挑戰(zhàn)?，F(xiàn)階段電網(wǎng)對微網(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)還不能達到柔性并網(wǎng)。為克服這些問題，應(yīng)從以下幾點做起。(1)研制產(chǎn)生諧波盡量少的的電力電子器件；(2)進行無功動態(tài)補償(svc，svg，statcom等)；(3)根據(jù)實際情況合理設(shè)置微網(wǎng)容量，使電網(wǎng)盡可能消納微網(wǎng)產(chǎn)生的問題；(4)考慮微網(wǎng)蓄電池儲能。2、對電網(wǎng)保護整定的影響微網(wǎng)即是“電源”又是“負載”。當(dāng)微網(wǎng)內(nèi)分布式電源能夠滿足微網(wǎng)內(nèi)負載供電時向大電網(wǎng)送電，呈

7、現(xiàn)“電源”特性。當(dāng)不能滿足時電網(wǎng)向微網(wǎng)饋電，呈現(xiàn)“負荷”特性。微網(wǎng)的接入改變了配電網(wǎng)功率單向流動的特點(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)，無源放射性網(wǎng)絡(luò)配電網(wǎng)的繼電保護是根據(jù)配電網(wǎng)這個特點來設(shè)計和運行的。饋線上的保護不需要安裝方向元件，且多為三段式電流保護。微網(wǎng)引入后，配電網(wǎng)成為一個有源網(wǎng)絡(luò)(active distribution)，使得原來的繼電保護不能滿足要求，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)的檢測故障方

8、法和繼電保護不能再滿足要求。對微網(wǎng)接入電網(wǎng)的保護應(yīng)借鑒輸電系統(tǒng)的一些保護設(shè)計原則，例如方向、阻抗、差動等加以分析并重新配置；對傳統(tǒng)保護系統(tǒng)的適應(yīng)性和技術(shù)進行改造；制定電網(wǎng)、微網(wǎng)保護的協(xié)調(diào)配合機制。3、對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)維護的工作量。在傳統(tǒng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，重合閘的工作不會對電網(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)對措施如下：(1)對自動重合閘裝置進行改進。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)運行有可能會產(chǎn)生孤島效應(yīng)。孤島效應(yīng)的產(chǎn)生會對電網(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)的支撐會發(fā)生較大波動，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，可能會產(chǎn)生很大沖擊電流給設(shè)備帶來損壞。(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有可能對電網(wǎng)故障點繼續(xù)供電，這給維修工作人員帶來危險。應(yīng)對孤島效應(yīng)的危害主要是預(yù)防為主，通過各種檢測方法提前知道是否發(fā)生孤島效應(yīng)。主要的檢測方法有：被動檢測、主動式檢測。5、對短路容量的影響及對策微網(wǎng)即是“電源”又是“負載”。當(dāng)微網(wǎng)內(nèi)分

10、布式電源能夠滿足微網(wǎng)內(nèi)負載供電時向大電網(wǎng)送電，呈現(xiàn)“電源”特性。當(dāng)電網(wǎng)故障時，微網(wǎng)內(nèi)的dg會向故障點注入短路電流，如果并網(wǎng)的大量微網(wǎng)都呈現(xiàn)“電源”特性，會對電網(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，可能會對電氣設(shè)備的動熱穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。(2)對于短路容量接近額定遮斷容量的斷路器而言，其影響甚至是危險的。對策如下。(1)改變配電網(wǎng)的運行方式，或在適當(dāng)?shù)攸c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)的保護微電網(wǎng)的保護問題與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的保護有很大區(qū)別，主要表現(xiàn)為：潮流的雙向性和并網(wǎng)運行與獨立運行兩種工況下短路電流差異較大兩方面。因此，如何保證保護的選擇性、快速性、靈敏性與可靠性，是微電網(wǎng)保護研究的關(guān)鍵和難點?？梢葬槍蜗嘟拥毓收吓c線間故障給出了基于對稱電流分量檢測的保護策略，以零序、負序電流分量作為主保護的動作值，并結(jié)合傳統(tǒng)的過電流保護，取得了良好的效果。也可以研制出微電網(wǎng)保護的硬件裝置。但由于微網(wǎng)的特點，發(fā)電機和負荷容量對保護的影響、不同類型發(fā)電機對保護的影響及微電網(wǎng)不同運行方式和結(jié)構(gòu)對保護的影響等，都是微電網(wǎng)保護策略研究中的關(guān)鍵問題，仍需大量的研究工作。結(jié)束語微網(wǎng)技術(shù)雖然在中國還不成熟，還有很多技術(shù)方面的、政策方面的、管理方面的問題有待解決，但它順應(yīng)了中國大力促進可再生能源發(fā)電、走可持續(xù)發(fā)展