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          智能配電網(wǎng)之分布式電源并網(wǎng)技術(shù)

          作者: 時間:2012-08-06 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          (3) 影響重合閘的成功率。在線路發(fā)生故障時,如果在主系統(tǒng)側(cè)斷路器跳開時DER 繼續(xù)給線路供電,會影響故障電弧的熄滅,造成重合閘不成功。如果在重合閘時,DER 仍然沒有解列,則會造成非同期合閘,由此引起的沖擊電流使重合閘失敗,并給分布式發(fā)電設(shè)備帶來危害。

          (4) 影響備用電源自投。如果在主系統(tǒng)供電中斷時,DER 繼續(xù)給失去系統(tǒng)供電的母線供電,則由于母線電壓繼續(xù)存在,會影響備用電源自投裝置的正確動作。

          3) 對短路電流水平的影響。直接并網(wǎng)的發(fā)電機都會增加配電網(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、太陽能光伏發(fā)電輸出的電能具有間歇性特點,會引起電壓波動。通過逆變器并網(wǎng)的DER ,不可避免地會向電網(wǎng)注入諧波電流,導(dǎo)致電壓波形出現(xiàn)畸變。

          3. 3 并網(wǎng)對配電網(wǎng)運行管理的影響

          1) DER 的接入,會增加配電網(wǎng)調(diào)度與運行管理的復(fù)雜性。風(fēng)力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電等輸出的電能具有很大的隨機性,而用戶自備DER 一般是根據(jù)用戶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(jié)構(gòu)帶來困難。

          2) DER 的接入,給配電網(wǎng)的施工與檢修維護帶來了影響。由于難以對眾多的DER 進行控制,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 對配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)與經(jīng)營的影響

          DER 的大量應(yīng)用,給配電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)與經(jīng)營帶來了新挑戰(zhàn)。

          1) 對配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計、負荷預(yù)測的影響。由于大量的用戶安裝DER 為其提供電能,使得配電網(wǎng)規(guī)劃人員難以準確地進行負荷預(yù)測,進而影響配電網(wǎng)規(guī)劃的合理性。

          2) 分布式發(fā)電并網(wǎng)的經(jīng)濟問題。由于DER的接入,特別是對于自備DER 的用戶,為保證其自備DER 停運時仍能正常用電,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(shè)備投資與運行成本,這些費用理應(yīng)有一部分由DER 業(yè)主來分擔(dān)。因此,需要完善電價政策,合理地調(diào)整供電企業(yè)與DER 業(yè)主的利益。

          4

          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允許的范圍。

          2) 配電設(shè)備正常運行電流不超過額定值,動熱穩(wěn)定電流不超過允許值。

          3) 短路容量不超過開關(guān)、電纜等配電設(shè)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、諧波不超過規(guī)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(guī)模、電壓等級有關(guān)。一般情況下,DER 容量在250 kVA 以內(nèi)的接入380 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 通過聯(lián)絡(luò)線接到附近變電所的母線上,如圖2 (a) 所示。對于小型的DER ,為減少并網(wǎng)投資,就近并在配電線路上,如圖2 (b) 所示。

          智能配電網(wǎng)之分布式電源并網(wǎng)技術(shù)

          圖2 DER 接入配電網(wǎng)的方式

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

          1) 剛度系數(shù),指配電網(wǎng)中DER 接入點的設(shè)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 接入點發(fā)生短路時,來自DER 的短路電流與來自配電網(wǎng)的短路電流的比值。

          剛度系數(shù)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(shù)大于20 ,則DER 并網(wǎng)不會對配電網(wǎng)運行帶來實質(zhì)性影響。

          在我國,熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電與小水力發(fā)電有著很廣泛的應(yīng)用,它們一般是并到配電變電所的母線上。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(guī)程可供參考。近年來,太陽能光伏發(fā)電、微型燃氣輪機發(fā)電等容量在數(shù)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路上,這些小型DER 的并網(wǎng)及其保護控制技術(shù)還需進一步探討。

          為減少投資、簡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)要求接入線路的DER 總?cè)萘啃∮诰€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,簡稱孤島保護。

          “孤島”是指配電線路或部分配電網(wǎng)與主網(wǎng)的連接斷開后,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(cè)斷路器QF1 跳開后,分布式電源和母線上其他線路形成的獨立網(wǎng)絡(luò)就是一個孤島。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(wěn)定性得不到保障,并且線路繼續(xù)帶電會影響故障電弧的熄滅、重合閘的動作,危害事故處理人員的人身安全。對于中性點有效接地系統(tǒng)的電網(wǎng)來說,一部分配電網(wǎng)與主網(wǎng)脫離后,可能會失去接地的中性點,成為非有效接地系統(tǒng),這時孤島運行就可能引起過電壓,危害設(shè)備與人身安全。

          在DER 與配電網(wǎng)的連接點上,需要配備自動解列裝置,即孤島保護。在檢測出現(xiàn)孤島運行狀態(tài)后,迅速跳開DER 與配電網(wǎng)之間的聯(lián)絡(luò)開關(guān)。一般來說,在孤島運行狀態(tài)下,DER 發(fā)電量與所帶的負荷相比,有明顯的缺額或過剩,從而導(dǎo)致電壓與頻率的明顯變化,據(jù)此可以構(gòu)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(yīng)電壓下降或上升的欠壓/ 過壓保護。

          2) 反應(yīng)頻率下降或上升的頻率變化率保護。

          3) 反應(yīng)前后兩個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(tǒng)功率出現(xiàn)缺額導(dǎo)致頻率下降時也可能動作,這導(dǎo)致在電力系統(tǒng)最需要功率支持的時候切除DER ,使電網(wǎng)情況更為惡化。因此,實際應(yīng)用中不宜將低頻解列保護整定得過于靈敏,以避免這種不利局面的發(fā)生。

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

          4. 4 DER標準

          一些工業(yè)發(fā)達國家已對DER 并網(wǎng)的技術(shù)標準進行制定。英國電力協(xié)會( Elect ricity Associa2tion) 早在1991 年就發(fā)布了《G59/ 1 嵌入式發(fā)電并入地區(qū)配電網(wǎng)的推薦技術(shù)標準》;國際電氣電子工程師協(xié)會( IEEE) 于2003 年6 月發(fā)布了“DER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(tǒng)工程技術(shù)規(guī)程》,上海市政府于2005 年8 月發(fā)文要求在全市范圍內(nèi)貫徹實施這一規(guī)程。但總體來說,我國在這方面的工作還比較滯后。特別是接入配電線路的DER 的并網(wǎng)問題,沒有可供參考的技術(shù)標準、規(guī)范,急需啟動有關(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,必須實現(xiàn)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,將使這問題能得到較好地解決。隨著DER 的大量接入,配電網(wǎng)就由傳統(tǒng)的無源網(wǎng)絡(luò)將發(fā)展成為有源網(wǎng)絡(luò),當(dāng)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)電廠技術(shù)。

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