微电网并网标准及影响因素研究.doc

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微电网并网标准及影响因素研究

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2015
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二0一五—二0一六 学 期

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摘要 1
1 微电网并网总则 2
2 并网基本要求 2
3 微电网并网要求 3
3.1 普通并网 3
3.2 并网不上网 4
4 微电网并网运行要求 4
4.1 有功功率 4
4.1.1 基本要求 4
4.1.2 有功功率调节 4
4.2 无功功率 5
4.2.1 无功电源 5
4.2.2 无功容量 5
4.3 电压调节 5
4.4 电能质量 6
4.4.1 谐波和波形畸变 6
4.4.2 直流注入 6
4.5 电能计量 7
5 微电网解列 7
5.1 正常解列 7
5.2 事故解列 7
5.2.1 电网侧故障解列 7
5.2.2 微电网侧事故解列 8
6 通信及信号 8
6.1 正常运行信号 8
6.2 故障信息记录与传输 9
7 结论 9
参考文献 10

摘要
根据现有的国内外相关标准和规范，从电力系统的角度初步研究了微电网并网、并网运行以及解列过程的技术要求。提出了微电网并网的基本要求和并网准则，基于配电网可靠性考虑，对微电网并网时接入点、接入容量和接入方式提出了要求。对微电网接入电网引起的电能质量、有功功率和无功功率控制、电压调节、继电保护、通信、监测和电能计量等问题进行了分析。本文研究了微电网接入电网时应该考虑的几个重要因素，如：微电网接入系统的基本要求、微电网并网要求、电能质量、功率控制和电压调节、继电保护、并网监测、微网解列、通信、电能计量等。通过对上述九方面的研究，从电网的角度提出了微电网接入电网的技术规定，为今后制定微电网接入标准和微电网大规模的发展提供了一定的基础。
关键词：微电网；电力系统；并网；并网运行；解列；电能质量；继电保护。
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1 微电网并网总则
微电网在并网、并网运行、解列时不能对电网以及电网中的其他用户产生不利影响，且需在电网运行管理部门的监管和调度下进行。
2 并网基本要求
微网需向电网运行管理部门提供微电网中所包含的微电源的组成、总体性能以及微电网中的负荷特性，微电网并网如图 1 所示。

图1 微电网结构

微电网需在电网运行管理部门的建议和监督下合理选择接入点、接入容量和接入方式。一般情况下，微电网的总容量不超过上一级变压器供电区域内最大负荷容量的 1/4 或者最小负荷容量的 1/3。微电网接入的电压等级为：200 kW 及以下微电网接入0.38 KV 电压等级电网；200 kW 以上微电网接入 10 KV及以上电压等级电网。微电网采用低一电压等级接入优于高一电压等级接入时，可采用低一电压等级接入。 微电网的并网以及并网方案需经过电网运行管理部门同意，由后者实施。
3 微电网并网要求
微电网的并网方式可分为普通并网和并网不上网两种方式。
3.1 普通并网
微电网带电并网时，会存在并网点两侧的电压、幅值和相角不匹配的情况，例如微电网与电网之间的相角异相时并联会造成同步发电机电枢铁芯末端过热，并由于极高的扭矩而损坏微网中的发电设备；当微电网电压低于电网电压且超过一定幅值时，并网后微电网将立即遭受大量的流入发电设备的无功功率，使得电网出现低电压；反之，当微电网电压高于电网电压且超过一定幅值时，并联后微电网将立即遭受大量的流出发电设备的无功功率，使得电网出现过电压。 因此，在微电网并网前，必须使并网点两侧的电压、频率和相角尽可能接近，以减小并网过程中对微电网和电网同时存在的暂态过程。 综上所述，并网时微电网的电压、频率、相角和相序应与电网的相匹配，且两者上述参数的差值必须满足表 1 中的要求。

表 1 微电网并网时的同步参数限值

3.2 并网不上网
此种并网方式严格禁止微电网的功率倒送，即并网点功率流向只能从电网流向微电网。此时需配置逆功率保护。
4 微电网并网运行要求
4.1 有功功率
4.1.1 基本要求
微电网并网运行时的最大负荷容量与多个因素有关，如配电网电压指标约束、相间短路影响、谐波影响、对潮流优化的影响等。其中对电压、谐波等的影响可集中到对并网点的约束中。因此，微电网并网运行时的最大负荷容量主要考虑电网的继电保护，同时计算容量时应该计入储能装置。对并网上网运行，微电网向电网输送的功率也应该根据电网的短路容量、负荷特性来给出确定的限值。
4.1.2 有功功率调节
微电网中的部分微电源，例如风力发电具有有功功率调节能力，其应配备功率协调控制系统。要求微电网不主动参与电网的有功调节，但能根据负荷的变化不断调节微电源的有功输出，维持内部的频率在规定的范围内。同时要求微电网在电网的控制下为电网提供一些辅助的有功调节，在电网紧急情况下，微电网能够根据电网的指令来协调控制微电网内各微电源的有功输出，以防止输配电设备发生过载，确保电力系统稳定性。在电网频率高于 50.5 Hz 且常规调频电厂容量不足时，可以通过降低微电源的有功功率输出来保证电网频率恢复到正常值。
4.2 无功功率
4.2.1 无功电源
微电网中的无功电源包括具有无功输出及调节能力的微电源和无功补偿装置。微电网应具备协调控制微电源和无功补偿装置的能力，能够自动快速调整无功总功率，从而提高用户的功率因数、减少电网的有功损耗以及提高电力系统的电压水平，改善电能质量，提高系统的抗干扰能力。首先应充分利用微电源的无功容量及其调节能力，仅依靠微电源的无功容量不能满足系统电压调节需要或功率因数要求的，应在微电网内加装无功补偿装置。
无功补偿装置可以是分组投切的电容器或电抗器，也可以使用能连续调节的快速无功补偿装置或其他先进的无功补偿装置。
4.2.2 无功容量
微电网应具备无功功率调节能力，其调节范围根据微电网特性、电网结构和电网运行管理部门的要求决定。 在并网运行时，微电网所能吸收/发出的无功功率应使其功率因数可以在一定范围内调节。 微电网吸收感性无功功率时，PCC 点的功率因数应该满足《电力系统电压和无功电力管理条例1998》的要求。
4.3 电压调节
微电网控制系统接受在恒定功率因数或恒定无功功率输出方式下运行，其本身允许采用自动电压调节器，但在进行电压调节时应遵照已有的相关标准和规程，不造成并网点的电能质量问题。一般而言不应由微电网承担并网点的电压调节，而应由电网运行管理部门来承担。微电网只有在电网管理部门允许的条件下主动参与电压调节。微电网的无功功率应该能够在其允许范围内进行自动调节，使并网点的电压或功率因数保持在一定范围内或为某一给定值。
4.4 电能质量
微电网接入电网时，在并网点处的电能质量指标主要有：谐波和波形畸变、电压波动和闪变、直流注入、电压不平衡度、电压偏差、频率。
4.4.1 谐波和波形畸变
微电网的引入会带来大量的谐波，谐波的类型和严重程度取决于功率变换器技术、微电网内微电源的组成及特性、所连接的负荷设备。 在向平衡线性负荷供电时，在并网点处注入电力系统的谐波电流不应超出表 2 所列出的限值。同一范围内的偶次谐波应小于低的奇次谐波限值的25%，总谐波畸变率小于 5%。

表2 最大谐波电流百分比
4.4.2 直流注入
微电网中由于逆变器以及负荷电流中的直流分量会向电网中注入直流电流，将造成电压波形的直流偏置，对典型的配电变压器铁芯，10%到 20%的偏置会导致磁通波形某个方向上的顶部出现深度饱和。当磁通峰值超过饱和点时，瞬时励磁电流将急剧增加，其结果将是励磁电流严重的畸变，产生励磁电流尖峰，这种励磁电流尖峰含有丰富的奇次和偶次谐波。必须防止微电网的这种间接地注入过量的谐波。 为了限制配电变压器因直流而产生的谐波，规定微电网注入电网的谐波不超过配电变压器额定电流的 0.5%。
4.5 电能计量
计量数据主要作为用户商业和经济考虑，计量表计（以及相关的电流互感器和电压互感器）安装于不同的点上，通过对并网点的功率流动方向、有功、无功进行计量，以按合同或税则的要求来确定负荷、毛发电量和净发电量。要求以 15 min 或 1 h的时间间隔进行数据收集，对这些数据一般不作实时性要求。需特别指出的是，对可逆流运行需安装具有双向计量计费功能的表计。
5 微电网解列
5.1 正常解列
正常解列时（图 1 中断开 B1），微电网按照事先设定的方式和解列点进行解列，其解列时间以及解列后微电网孤岛运行的持续时间可由微电网和电网运行管理部门协商。在微电网解列过程中，保证电网不受微电网解列的影响。且需同时配置手动解列和自动解列措施。
5.2 事故解列
5.2.1 电网侧故障解列
正常状况下，重要负荷是通过 DR 和电网同时供电的，在电网侧发生故障或电网的电能质量不能满足重要负荷要求时，可在图 1 中断开 B1（在 DR不能同时满足一般负荷和重要负荷供电时，断开B2），使微电网与电网快速分离，进而更好地保障重要电力用户的用电要求。
同时，在电网故障时，微电网的快速分离避免了微电网给电网中的故障点提供故障电流。
5.2.2 微电网侧事故解列
在微电网内部发生故障时，如图 1 中的 K1（或K2），此时 B2（或 B3）迅速的断开，非故障 DR 与电网同时向重要负荷供电，保证重要负荷的供电质量。
当微电网内部的故障不能通过内部断路器来隔离时，B1 迅速断开，使微电网内部的故障不会影响到电网。
6 通信及信号
电网调度中心需要有与微电网通信的能力，以从微电网中获得特定的信息来实现电网向负荷的不间断供电，并做出控制。电网的能量管理/SCADA系统与配电管理系统集成和微电网之间同样需要通信能力，以对微电网进行监测和控制。 由于调度、通信和控制系统中使用的大量传感器和控制器由多个厂商开发。这意味着将同时使用多种通信协议，因而通信协议的兼容性将成为突出的问题。因此，微电网与电网之间的通信方式和信号传输必须作出一致规定。同时由于检测和控制信号的种类多样以及实时性要求不同，必须对微电网与电网之间互相提供的模拟和开关信号种类、提供信号的方式以及实时性要求做出明确规定。
6.1 正常运行信号
根据检测和计量的要求，在微电网正常运行时，微电网向电网运行管理部门提供的信号至少应包括：并网点微电网侧的电压、电流、有功、功率因数、频率和电量。
6.2 故障信息记录与传输
微电网需要安装故障录波装置，且需记录故障前 10 s 到故障后 60 s 的瞬态波形。该装置应该包括必要数量的通道。
7 结论
微电网在并入电网时我们需要考虑很多问题，如微电网接入电网引起的电能质量，有功功率和无功功率控制、电压调节、继电保护、通信、监测和电能计量等。而且将微电网的解列分为正常解列和事故解列，着重强调事故解列时孤岛区域的划分原则及解列要求。
本文通过对微电网接入电网所需考虑的关键问题进行了分析和探讨，提出了必须满足的技术要求，为今后微电网标准的发展提供了一定的基础和参考。

参考文献
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