分布式直流电源（共12篇）
分布式直流电源 篇1
0 引言
随着电力技术的发展、时代的进步, 配网设备也越来越自动化、智能化。在智能测控装置层出不穷的今天, 制约配网向自动化智能化发展的一大阻力便是缺少适合配网的、稳定、可靠的操作电源。配网现阶段设备操作电源主要有采用直流屏作为操作电源以及将PT将10k V系统电压逆变为交流220V来作为操作电源这两种方式。在实际使用上这两种方案各具优势和特色。但配网本身具有设备数量十分巨大、设备分布广且空间局促、设备运行环境恶劣复杂、维保工程量大等特点决定了配网直流电源设备必须满足体积小、对运行环境要求低、坚强可靠、尽可能免维护这些苛刻的条件。而这些苛刻的条件也就决定了直流屏作为操作电源以及PT逆变AC220V操作电源这两种方式都不能完全满足配网设备的实际要求。分布式直流电源是近年出现的新型的直流电源设备, 其本身特点满足未来配网发展的要求, 将会在配网自动化、智能化的发展趋势下不断推广使用。
1 PT逆变作为操作电源的情况分析
在小型10k V配电室配网典型设计中, 出于造价、运维成本等方面因素考虑, 通常是通过PT将10k V电源逆变为AC220V为高压柜等配电设备提供操作、控制、保护、信号等回路所需的电源。在一些带有保护装置的环网柜、柱上开关也经常采用这种方式作为操作电源。这种操作电源的方式占用空间小、实施简单、易于安装、经济实用、维护费用低, 但控制电源输出不稳定、可靠性不高。
1.1 PT逆变的方式在设备发生故障时易失去操作电压
2013年, 襄阳市余家湖工业园某建材厂变压器发生低压绕组内部线圈短路时, 高压进、出线柜由于采用PT逆变的方式作为操作电源, 保护装置无法正确动作, 造成故障越级跳闸。类似的案例还有很多, 这些案例充分暴露出以PT逆变为AC220V做为操作电源最大的安全隐患在于当设备发生短路故障时, PT一次侧电压迅速降低, PT二次侧产生的电压也将很难满足工作要求, 这将会造成设备完全失去控制电源, 高压设备及机电保护装置将无法启动。
其次, 当PT本身发生故障或PT一、二次保险发生熔断时, 也会造成配网设备失去操作电压, 配网设备失去保护。2012年1月, 在襄阳地区PT逆变作为操作电源的某居民配电室发生了一起严重的设备损伤事故, 后经查明造成此次事故的主要原因便是当系统出现过电压时, 造成PT一、二次保险熔断, 导致设备完全失去操作电源, 当故障发生时, 保护无法正确动作。
1.2 PT逆变作为操作电源易造成保护装置误动作
电源往往含有大量高频杂波和直流涟波, 而以PT逆变作为操作电源的方式并没有滤波设计, 如果输出的操作电源含有谐波过多, 提供电压质量不高时, 会干扰到保护装置敏感的芯片正常工作, 容易造成保护装置的误动作, 在电网波动较大的极端情况, 甚至可能造成保护装置、控制回路的烧毁。
如果作为控制电源的PT为双绕组PT, 同时负担保护、信号、操作电源时, 当控制回路发生接地或者短路的情况下, 都会造成PT二次侧开关跳闸, 将会造成低电压保护误动作。另外, 当需要接入控制回路元器件过多的时, PT自身容量难以满足需求, 影响保护和测量的准确性。此外PT逆变作为操作电源的方式, 不能提供通讯接口, 无法实施远程监控, 不能满足配网自动化智能化的要求。
综上所述, 在配网系统以自动化、智能化为发展方向, 对供电可靠性要求越来越高的大背景下, 传统的以PT逆变AC220V作为配网设备操作电源的方式已经严重不能满足配网发展的要求。
2 直流屏作为配网操作电源的情况分析
直流屏作为发电厂、变电站最可靠的操作电源, 已有了严格的技术标准和要求, 是一种成熟、稳定、可靠的操作电源, 并且功能齐备, 带有485通信接口, 可以实时远程监控。但是直流屏所需要严格的运行环境、较高的建设成本、严格的维护要求、独立的空间要求, 这些因素都限制了直流屏在配网中大规模推广。
2.1 直流屏的体积及建设成本制约了直流屏作为操作电源在配网中的应用
直流屏作为操作电源可靠性高, 但投资大, 配电室面积和运行维护工作量会有明显增加。对于中小用户而言, 受限于投资与维护的成本, 配网小型配电室一般不会考虑直流电源供电方式。而对于配有独立保护装置、需要操作电源的配网柱上开关、环网柜、箱式变电站而言, 直流屏所需的空间很难满足并且会大大增加建设成本。
2.2 配网设备运行的恶劣环境制约了直流屏作为操作电源在配网中的应用
直流屏蓄电池组对运行环境有着严格的要求, 一般应在环境温度5~35℃范围内运行。环境温度低于5℃或高于35℃都会降低蓄电池组寿命。当前大多数配电室未安装空调系统, 环境温度无法保证。且直流屏对充电电压也有严格的要求, 如果充电电源输出超出规定范围将造成蓄电池损坏、容量降低、寿命缩短等现象。而在配网中, 充电电源只能直接来源于配网终端, 充电电压波动较大, 难以满足对充电电压的要求。而且配网系统中分布最为广泛的室外设备的运行环境更为恶劣, 进一步极大限制了直流屏的在配网中的广泛运用。如果在配网系统中大规模推广使用直流屏, 将会造成直流电源无法达到直流屏应有的效果并且将极大增加电网维护成本。
2.3 蓄电池组严格的维护要求限制了直流屏作为操作电源在配网中的应用
按照蓄电池组运行维护管理规定, 在运行中, 运维人员应时刻监视蓄电池组的端电压值, 浮充电流值, 每只蓄电池的电压值、蓄电池组及直流母线的对地电阻和绝缘状态。还应时刻监视蓄电池组每只电池充电状态, 若因为单只电池严重过充电, 将使得电池组寿命严重缩短甚至出现安全隐患的现象。配网设备数以万计, 如果均采用直流屏作为操作电源严格按照蓄电池组运行维护规定进行维护, 对配网的运维人员将是一项巨大的挑战。
此外, 电池组的容量由最低容量的电池来决定。因单只蓄电池容量不满足运行要求拖垮整个蓄电池组的事例屡见不鲜。随时监视配网中蓄电池组每只电池的状态的工作量又必将是巨大的。而当直流屏蓄电池组达到使用寿命若需更换时, 更换直流屏整组蓄电池组耗时长, 费用高。
在襄阳地区带有保护装置的10k V高压柜等电气设备数以万计, 若全部采用直流屏供电, 高昂的造价将让电力企业难以负担;安装直流屏单独的空间要求在寸土寸金的市区稍显奢侈;基于庞大数量之下的直流屏严格的维护要求也将使设备管理单位疲于应付。故直流屏在配网系统中只适用于大型、关键性中心开闭所, 并不适合全面推广使用。
3 分布式电源的特点及优势
分布式直流电源是近年出现的新型的直流电源设备, 主要应用于小型开关站和用户末端为微机保护装置、仪表、指示灯等各种二次回路元件提供可靠不间断工作电源。避免交流失电时导致保护装置、控制回路失去作用, 为一次设备提供可靠地操作电源。
分布式直流电源可直接安装在开关柜等设备的仪表箱内, 可节约直流屏的占地面积。同时因电源在开关柜内, 可减少电缆使用量, 节约一次设备投资及电缆施工工作量。在一次设备数量不多时, 采用分布式直流电源的工程造价将远小于直流屏系统, 同时在运行中减少线损, 节约运行成本, 充分满足配网设备分散、体积小、环境恶劣、要求尽可能少维护的特殊要求。
目前市场上出现的直流分布式电源已具有以下特点与优势:充电器、蓄电池组、监控设备三合一、组成独立的直流电源系统;二次设备按工作性质及负荷大小分组, 每组二次设备由一面与设备并列布置的直流电源屏供电, 即直流电源屏下放到二次设备安装地。各直流电源屏的监控设备通过现场总线或局域网受控于上位控制机, 可以实现远程监控, 节省大量人力物力。当前的逆变开关、监控模块同样是体积小、容量大、效率高且自动化程度高, 还可实现远程监控和维护。分布式直流电源充电方式灵活, PT逆变为AV220、市电AV220、AC380、乃至太阳能充电都可以满足需要, 充分适合柱上开关、环网柜、箱变等必须在室外安装的设备。智能化管理维护, 智能化高频电源技术, 自监测、自诊断, 可当地显示、报警, 也可联网通信, 实现无人值守的自动化远程管理。内置蓄电池自动充电管理模块, 自动对电池进行智能化均浮充管理, 大大延迟蓄电池的寿命, 使运行更加可靠和安全。此外, 分布式直流电源采用的少量 (通常为1~2只) 免维护电池, 降低了维护要求的同时, 大大减少了当电池需要更换时的工作量及费用。
综合对比以上三种操作电源的运行方式、可靠性、造价、维护量等特点, 得到下表。从表中对这三种操作电源对比中不难得出在小型化、分散化的配网条件下, 分布式直流电源具有和配网的天然契合性, 值得在配网建设中大力推广使用。
4 关于现阶段使用分布式直流电源使用的建议
虽然分布式直流电源具有等一系列优点, 但是由于时近年来新出现的产品, 在对它的设计、安装、维护上也尚无明确的规定。在现阶段使用分布式直流电源的方法也正处于百花齐放、百家争鸣的阶段。下面作者将结合工作实际对分布式直流电源的使用提出自己的一些看法与建议。
4.1 分布式直流电源实际应用中电池容量选择的分析
图2所示为在某小型配电室分布式直流电源的实际应用, 在如图所示的小型配电室为装设VS1型断路器的KYN28型高压柜, 共有3面开关柜、1面PT柜。而设计人员为保证操作电源的可靠性, 为每一面带有断路器的开关柜均配有一台分布式电源。但是笔者认为这种设计方式并不经济, 又不能满足操作电源可靠性的要求。下面, 笔者将以图2为例, 提出在实际应用中对分布式直流电源电池容量的算法。
图2中, 每台高压柜的微机保护及信号灯用电总功率约为20W。其采用的VS1型断路器的具体参数为:额定电流3150A, 额定分断电流40k A, 合闸时间不大于100ms, 合闸功率不大于468VA;分闸时间不大于50ms, 分闸功率不大于368VA, 储能时间不大于10s, 功率不大于100W, 以备用时间为10小时计算。按照主流分布式直流电源技术说明, 分别按照考虑按持续放电负荷计算电池容量及冲击负荷计算电池容量计算方法如下:
(1) 按持续放电负荷计算电池容量。
电流大小为:I=60W/24V=2.5A
取可靠系数为1.4, 蓄电池容量为C10=10× (1.4×0.27) /1=35Ah
(2) 按折算至24V电池电压冲击负荷计算电池容量。
电流大小为:Ich= (468+60) /24=22A
取可靠系数为1.4, 电池放电曲线得冲击系数为0.78,
蓄电池容量为C10= (1.4×22) /0.78=39.4Ah
(3) 比较两个计算值知, 在本例中蓄电池容量由冲击负荷决定。即选用一台分布式直流电源, 配置2节12V的蓄电池, 容量选用40Ah, 在图2所描述的小型供电时, 可备用时间为10个小时。若要求备用时间较短或者断路器合闸电流较小时, 电池容量会适当变小, 一般的配置应为一台分布式直流电源, 需配置容量为40Ah的蓄电池即可完全满足需要。
4.2 现阶段分布式直流电源应用方式改进的建议
图3所示为某采用分布式直流电源的KYN28高压柜二次图, 在此高压柜已安设有10k V/220V的PT作为照明及电磁锁电源的情况下, 未将PT低压侧作为分布式电源的充电电源, 仍需外接交流220V作为充电电源, 这样设计增加了建设费用、占用了宝贵的低压出线、增加了故障点, 降低了运行可靠性。
如果分布式直流电源安装于重要设备, 对可靠性有很高要求。可以采取安装两台分布式直流电源通过电压继电器、中间继电器组成的二次回路来实现直流电源自动切换。这样当一台分布式直流电源电池用完或需要检修时, 另一台分布式直流电源可以为设备提供不间断的操作电源, 这样将大大提高了设备可靠性。
5 结束语
分布式直流电源具作为一种新型的操作电源, 有建设成本低、体积小、重量轻、维护量小、可靠性高、可远程监控等一系列优势与特点。在现阶段配网系统对可靠性要求越来越高, 同时不断迈向自动化、智能化, 分布式直流电源必将得到更加广泛的应用。
参考文献
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分布式直流电源 篇2
一般可以根据分布式电源的技术类型、所使用的一次能源及和与电力系统的接口技术进行分类。按照技术类型可分为小型燃气轮机、地热发电、水力发电、风力发电、光伏发电、生物质能发电、具有同步或感应发电机的往复式引擎、燃料电池、太阳热发电、微透平等，按照一次能源可分为化石燃料、可再生能源;按照与电力系统的接口可分为直接相联、逆变器相联;按照并网容量分，可分为小型分布式电源和大、中型分布式电源。小型分布式电源主要包括风力发电、光伏发电、燃料电池等;大、中型分布式电源主要包括微型汽轮机、微型燃气轮机、小型水电等。
2.2微网技术简介
微网是一个小型发配电系统，由分布式电源、相关负荷、逆变装置、储能装置和保护、监控装置汇集而成，具有能量管理系统、通讯系统、电气元件保护系统，能够实现自我调节、控制和管理。微网既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。从其内部看，微网是一个个小型的电力系统。从外部看，微网是配电网中的一个可控的、易控的“虚拟”电源或负荷。微网系统如图3所示。
2.3将分布式电源组成不同类型的微网
目前，比较成熟的分布式发电技术主要有风力发电、光伏发电、燃料电池和微型燃气轮机等几种形式。在城镇配电网中，风力发电、燃料电池、光伏发电发电容量远小于配网负荷，对于这些小容量的分布式电源，采用与附近负荷组成微网的形式并入配网系统，通过技术措施使微网内的发电功率小于其负荷消耗的功率，使这些“不可见”的分布式电源完全等效为一个负荷。针对发电出力达到最大、负荷功率最小的工况，根据发电出力与负荷消耗功率的差值及持续时间计算出需要存储的电量，该电量作为储能装置容量的一个约束条件，再考虑其他的约束条件，为微网配置容量合理的储能装置。当出现发电出力大于负荷消耗功率时，将这部分电量存到储能装置中，在负荷功率高于发电出力时，再将这部分电量释放掉。大型的微型燃气轮机多用于需要稳定的热源、冷源的工商企业，以实现热、电、冷三联供，这些企业的负荷稳定，易于预测。微型燃气轮机的发电功率由用户对供热和供冷的要求决定，发电功率也易于预测。这样，以这些微型燃气轮机为分布式电源的微网是可控、易控的。将分布式电源纳入到微电网，并将其分为纯负荷性质的微网和发电、负荷可控的微网两种，有效的解决了分布式电源潮流不可控的难题，给配电网的调度、运行带来的极大的方便。
2.4微电网接入系统方案
纯负荷性质的微网在配网中是一个内部带有电源的负荷，将其接入到配网馈线的中间至末端，可有效地改善配电网电压分布，降低配电网网损。当微网内分布式电源突然故障或者失电时，由配电网对微网内的负荷进行供电，此时配电线路潮流增大，微网内的电压会发生跃变，如电压幅值变化超过用电设备允许值，将会对用电设备造成损坏。针对这种情况，可以利用微网内的储能装置将存储的`能量进行逆变，有效地支撑电压，避免产生电压跌落，减少电压波动，有效的保护用电设备。当配电网失电时，微网自动脱网孤岛运行，孤岛的运行方式由微网内部自行控制，对配电网的故障分析、检修、试验不产生影响。对于发电、负荷可控的微网，尤其是容量较大的，在配电网规划及接入系统设计时，需统一考虑中接入位置对配电网电压、继电保护、安全自动装置的影响，需要进行充分的论证，必要时可采用专线接入系统，以确保配电的安全、可靠运行，充分发挥分布式电源的经济效益和社会效益。
3结束语
分布式电源的配电网潮流计算 篇3
关键词：分布式电源；配电网；潮流计算；前推回代；网损
中图分类号：TM744 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2015）01-0044-03
分布式发电系统（Distribute Generation，DG）因具有灵活、高效、可靠等优势而发展迅速。在电力系统稳定运行的情况下，大量DG的接入对配电网的稳定性、网络损耗及电压分布造成了较大影响。因此，需要采用改进传统潮流分析的方法来处理DG接入问题。
传统的配电网潮流算法主要有牛顿拉夫逊法、直接法和前推回代法3种。DGs种类的各异性使其不适用于传统潮流计算方法，加之与传统发电机组计算模型不一致，这使得含DGs的配电网潮流计算更加复杂。因此，建立各种DGs的潮流模型是求解含DGs配电网潮流的关键所在。前推回代法具有易编程、收敛性好、计算效率高、占用内存少、不需要求Jacobi矩阵等优点，在配电系统中应用广泛。但是该方法要求配电网除首端平衡节点以外的节点都为PQ节点。在此基础上，建立新的DG计算模型，提出一种改进的前推回代算法有效处理PV节点。通过反复仿真分析，确定该算法有效，可用于含DG配网的运行分析。
1 DG潮流计算模型
DG模型与传统发电机组模型不同，需要考虑不同DG的数学模型。通常情况下，DG功率在几千瓦至50 MW之间，DG发电特性不同，并网接口的形式也不同。现对几种常见的DG并网模型潮流模型进行分析。
1.1 微型燃气轮机
微型燃气轮机并网应用电力控制，其输出电压和有功功率为恒定值，因此在潮流计算中可作为PV节点进行处理。
1.2 光伏发电系统
光伏发电系统将光能转化成电能，通过逆变器将直流电能转换为交流电（与配网相位频率相符）并网，具有恒定的有功功率（P）和输出电流（I），潮流计算中作为PI节点处理。
2.2 计算步骤
根据上述分析，采用MATLAB2007a编制新的潮流程序，计算步骤如下：
1） 输入原始数据，列出PV型DG节点电抗矩阵X。
2） 设置各符合节点给定值。PV节点P，U为给定值；PI节点P，I为给定值；PQ节点P为给定值，电压设定为U=1.0∠0°。
3） 从线路末节点开始，以初值电压和功率为已知条件，计算出支路功率和首端功率。
4） 从根节点开始，以首端功率和首端电压为已知条件，计算各节点电压。
5） PV型节点与PQ（V）型节点无功功率计算。根据步骤4）获得各节点电压，PV型节点的无功功率按照式（8）、（9）进行调整，PQ（V）型节点按照式（2）进行调整。
6）收敛判断，所有非PV型节点满足max≤ε。
3 算例分析
IEEE 33节点配电系统如图1所示，其中0为平衡节点，基准功率10 MVA，电压10.5 kV，计算精度ε=10-4。
3.1 PV型DG并网对潮流的影响
在配网不同节点接入不同数量的PV型DG，并进行潮流分析，结果如表1所示。结果表明：随着DG节点数量的增加，迭代次数无明显增加，迭代时间稳定，表明该算法有很好的适应性。
3.2 DG接入不同位置后配网的节点电压
在测试中，分别在节点8，10，16处接入风力机组（PQ（V）节点型DG），计算系统不同节点的电压幅值。由表2数据可知，各节点电压趋势递增且PQ（V）型DG并网位置越靠近系统电源电，网络中测试节点的电压越低。因此，在配网运行中应考虑PQ（V）型DG接入位置对系统电压的影响。
3.3 不同DG并网对系统的影响
图2为种测试方案：方案1为未接入任何DG的配电系统；方案2在31节点处接入1个PQ（V）型DG；方案3在31节点处接入1个PI型DG；方案4在31节点处接入1个PV型DG；方案5为在网络中（节点14，20，31）分别接入1个PQ（V），PI，PV型DG。
分析图2曲线可知：在3种不同类型DG中，PV节点型提高电压和降低网损的效果较理想，其次分别为PI节点型和PQ（V）节点型；方案5中，DG混合并网运行减小系统网损和提高电压水平的效果最理想。
4 结论
在分析不同DG类型的基础上，确定符合的计算模型，提出改进前推回代算法在IEEE33节点网络中具有良好的收敛性。测试数据表明：DG的类型、并网接入位置对配网的电压和网络损耗都有一定影响。
参考文献
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Abstract： The parallel operation of distributed generation （DG） has big influences on the safety and operation of distribution power network. The article raises improved forward and backward substitution method based on the analysis of the general DG model. With the consideration of poor ability of PV nodes treatment in the method， the reactive power correction is used； meanwhile it also analyzes the influences of DG interconnection to the system. With the process of verified feasibility in IEEE33 nodes system， the result comes out that the access of DG has influences on system voltage and power loss， the injection of a certain amount reactive power will reduce power loss.
Key words： distributed generation； power distribution； power flow calculation； forward and backward substitution； power loss
分布式电源并网相关问题初探 篇4
随着人类面临的能源紧缺、环境恶化等问题日趋严重,世界各国纷纷将目光投向一种清洁、环保、经济的能源——分布式电源。分布式电源(distributed resources,DR)指靠近用户,为满足某些终端用户的需求,功率为从几千瓦到50 MW的小型模块式、与环境兼容的独立电源,主要包括风力发电场、燃料电池、微型燃气轮机、光伏电池、地热发电装置、储能装置等[3]。智能电网支持DR的大量接入,具有削峰填谷平衡负荷、减少传输损耗、提高供电可靠性、推迟电网投资等积极影响,但同时也给系统调压、继电保护和供电质量带来新的技术性问题。因此,作为新世纪重要的能源供应选择方式,DR的并网规划意义重大,必须在配电网规划中研究DR并网问题。
含DR配电网规划的基础仍然是配电网规划,本文分析了DR接入对系统的影响,在传统配电网规划方法的基础上进行改进,提出了DR并网规划方法思路。根据国家相关标准列举了分布式电源接入配电网的部分技术要求,通过萧山光伏电站规划应用,说明了萧山光伏并网项目要点。
1. DR的特点及其并网对系统的影响
1.1 DR的特点
分布式电源主要布置在电力负荷附近,一般接入到配电网,可用于工厂企业、办公楼、医院、体育场所、居民家庭等用户的供电。分布式电源与远离负荷中心依靠远距离输电的传统电源相比具有如下的特点:
(1)环保。风力、水力、潮汐、地热等天然可再生资源的分布式电源不必考虑能源的枯竭,环境污染问题。对减少碳排放起到至关重要的作用。
(2)出力间歇性、随机性。一些新型DR,如风能、太阳能发电,其运行受到自然条件的影响很大,出力呈现出很大的波动性。
(3)影响供电可靠性。一方面:安装在用户附近的分布式电源与大电网配合,当电网发生故障停运,DR可维持重要用户的供电,提高系统供电可靠性。
另一方面:由于风电、光伏等分布式电源自身的不稳定性和故障,也会对系统可靠性带来一定的负面影响。
1.2 DR并网对系统的影响
分布式电源接入现有电网并网运行,将使配网将从辐射状网络变为遍布电源和用户的互连系统。配电网中各支路的潮流不再是单方向流动,从而改变了传统电力系统的运行模式,在潮流、网损、电能质量和继电保护等方面造成重大影响。
1.2.1 对潮流、网损的影响
DR会改变线路潮流的方向和大小,可能增大也可能减小线路损耗,这取决于DR的位置、与负荷量的相对大小以及网络的拓扑结构等因素。
1.2.2 对电能质量的影响
在接入配电网后,分布式电源会引起配电网的各种扰动,从而对系统的电能质量产生影响,主要表现在以下几个方面[8]:电压闪变,谐波污染,稳态电压升高和电压波动。
1.2.3 对继电保护的影响
传统配电网呈辐射状运行,潮流分布呈现从电源到用户的单向性。配电网大量引入DR后,配电网成为一个多电源系统。若线路发生故障,短路电流的大小、流向以及重合闸的动作都会受到DR的影响,影响电力系统的可靠性和安全性。
1.2.4 DR对负荷预测的影响
DR接入配电网后,承担了部分由公共电网供电的负荷。DR的出力受到其类型的约束,有些分布式电源作为备用电源使用,并没有抵消负荷的增长。只有长期并网运行的分布式电源才能起到抵消负荷增长的作用。含DR的负荷预测,可先按传统电网规划中的负荷预测方法,预测电网的总体负荷水平,然后计算分布式电源对负荷的削减作用。可采用两种方法近似计算[11]:分布式电源总容量乘以利用系数;年或者月平均使用率乘以分布式电源的总容量。
1.2.5 DR对电力电量平衡的影响
(1)电力平衡。由于在负荷预测时,已经考虑了DR对负荷的削减作用,因此在进行电力平衡分析时通常不再考虑DR的影响,可以按传统电力平衡进行分析。
(2)电量平衡。在DR接入容量较大的情况下,有必要对规划方案进行电量平衡分析。通常单纯依靠区域内电量很难达到完全平衡,必然要依靠区外的电量才能实现平衡。电量平衡可由下式表示:
式中A为区域全网所需电量,k W·h;B1为送出外网的电量,k W·h;B2为购买外网的电量,k W·h;C为区内网电量,k W·h;D为自备电厂出力;E为DR的出力。
2 DR并网标准和规划方法
分布式电源本身并不是一种全新的形式,许多地区的小水电也属于DR。可参考传统电网规划对这些电源的处理,并根据新型DR的特点,对传统的配电网规划方法、标准做出相应的改变以适应新的要求。
2.1 DR并网规划标准
国家电网公司先后于2010年和2011年发布了《分布式电源接入电网技术规定》(Q/GDW 480—2010)、《光伏电站接入电网技术规定》(Q/GDW617—2011)、《风电场接入电力系统技术规定》(GB/T19963—2011)[12,13,14]。
2.1.1 接入系统原则
(1)并网点的确定原则为电源并入电网后能有效输送电力并且能确保电网的安全稳定运行。
(2)分布式电源并网点的短路电流与分布式电源额定电流之比不宜低于10。
(3)分布式电源接入电压等级宜按照:200 k W及以下分布式电源接入380 V电压等级电网;以上分布式电源接入10 k V(6 k V)及以上电压等级电网。经过技术经济比较,分布式电源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。
2.1.2 电能质量
分布式电源发出的电能,在谐波、电压偏差、电压不平衡度、直流分量、电压波动和闪变等方面应满足GB/T 14549、GB/T 24337、GB/T 12326、GB/T 15543、GB/T 15543等国家相关标准。
2.1.3 有功功率控制
通过10 k V(6 k V)~35 k V电压等级并网的分布式电源应具有有功功率调节能力,并能根据电网频率值、电网调度机构指令等信号调节电源的有功功率输出,确保分布式电源最大输出功率及功率变化率不超过电网调度机构的给定值,以确保电网故障或特殊运行方式时电力系统的稳定。
2.1.4 电压/无功调节
分布式电源参与电网电压调节的方式包括调节电源的无功功率、调节无功补偿设备投入量以及调整电源变压器的变比。通过各电压等级并网的分布式电源功率因数应满足相关要求。
2.1.5 光伏电站典型接线模式
光伏电站接入公用电网的连接方式分为专线接入公用电网、T接于公用电网以及通过用户内部电网接入公用电网的三种方式。
2.2 DR并网规划思路和流程
传统配电系统规划的主要任务是根据规划期间网络中负荷预测、电力电量平衡分析的结果和现有网络的基本状况确定最优的系统建设方案,在满足负荷增长和安全可靠供应电能的前提下,使配电系统的建设和运行费用最小。DR并网规划仍以配电网规划为基础,主要区别是在规划过程中要考虑DR的影响,体现在:负荷预测、电力电量平衡中考虑DR的影响,规划方案还要包含DR的类型、安装容量、接入方式及接入点的选择等。
2.2.1 合理选择DR类型、容量、接入方式及接入点
DR包括光伏发电、风力发电、燃料电池等,这些清洁能源的发电量受到自然条件限制,输送电能波动性较大,对电网产生较大影响。在规划中要结合当地电网的发展特点及本地的自然资源合理选择DR类型。
同时,DR并网后会对潮流、损耗、电能质量及保护产生影响,要根据相关国家标准合理选择DR容量、接入方式及接入点。
2.2.2 DR并网规划流程
基于前文提出的DR并网规划思路以及并网标准,可得到以下绍DR的并网规划流程:
(1)电网现状调查分析。分析地区的经济发展情况、电网布局和负荷分布现状,找出现状电网存在的问题。
(2)负荷预测。以电网负荷、电量的历史数据为基础,结合经济发展规划进行综合分析,采用几种方法对总体、分区负荷进行预测。
(3)电力电量平衡。电力电量平衡必须根据负荷预测的结果进行综合分析,选择适当容载比确定规划期逐年新增的变电容量。
(4)网架规划方案。根据负荷预测、电力电量平衡结果以及相应的技术原则,在新增变电站、原有变电站增容改造以及供电分区优化结果的基础上,改造现状电网中不合理的网架结构,更换不满足技术要求的电力设备以及不符合标准的供电线路,合理选择分布式电源的容量、接入方式及接入点,规划合理的网架结构。
(5)技术性分析。对提出的规划方案进行潮流计算、短路计算,检验潮流、无功、电能质量、负载率、短路电流等指标是否符合技术要求。由于DR出力不恒定,系统在正常情况下将面临两种最严重的运行方式:DR最大出力,负荷最小;DR最小出力,负荷最大。分别在这两种运行方式下对系统进行电气计算,检验最严重的情况下系统是否满足要求。
(6)方案择优。在论证提出的几种方案在技术要求及对未来发展和对环境的适应性的基础上,进行经济性评价,选出较优的规划方案。
3 萧山DR并网项目简介及要点
萧山地处长三角洲南翼,杭州湾西端,属北亚热带季风区,气候温和湿润,降水丰沛,四季分明,地势平坦,光照充足,太阳能资源较为丰富,年平均太阳总辐射量在108 kcal/cm2以上,日照时数超过2 000 h,日照百分率大于45%,属我国太阳能资源四类区域,适合建设太阳能光伏发电项目。且萧山光伏产业规模较大、产业链完善,宜采用光伏发电作为主要的分布式电源。
3.1 萧山DR并网项目简介
3.1.1 胜达光伏电站工程
该工程为金太阳示范工程,项目所在地为杭州市萧山区河上镇,光伏规模4 MW。光伏电站所发电量为自发自用、余量上网,采用10 k V电压等级并网。
光伏电站通过新建1回10 k V电缆线接入35 k V用户变电站10 k V母线,再通过35 k V接入上级电网。
光伏电站具备快速监测孤岛且立即断开与电网连接的能力,光伏电站并网涉及其他主要保护配置方案如下:
(1)用户35 k V变电所10 k V联络线两侧开关分别配置三段式方向过流保护。
(2)并网断路器侧装设故障解列装置,配置低周低压及高周高压解列功能,低压解列应具备判断短路功能和交流电压断线闭锁功能。分别在用户35 k V变电所进线和光伏电站10 k V并网线配置低周低压及高周高压解列保护。
遥测量:有功、无功、电流、电压;遥信量:光伏电站两侧开关合、分信号低周解列及低电压解列信号等;遥控:35 k V进线、10 k V联络线及光伏电站两侧开关。
通信采用无源光网络(EPON)技术来建设数据通信网。采用统一的接口与主站系统对接,实现“统一通信接入、统一通信接口规范、统一通信网管”的建设目标。
由萧山调控中心调度。
3.1.2 童关平光伏发电项目
该项目位于杭州市萧山区新塘街道下燎社区居民童关平业主的屋顶,光伏规模3 k W,所发电量自发自用,余量上网。通过低压220 V电压等级并入公用电网。
为保证系统安全运行,配置齐全的接入系统继电保护及安全自动装置,具体如下:
(1)并网点安装易操作,具有明显开断指示、具备开断故障电流能力的低压并网专用开关,专用开关应具备失压跳闸及检有压合闸功能,失压跳闸定值宜整定为20%Un、10 s,检有压定值宜整定为大于85%Un。
(2)逆变器符合国家、行业相关技术标准,具备低电压闭锁、检有压自动并网功能(推荐采用于20%Un、0.2 s闭锁发电,检有压85%Un自动并网控制参数)。
(3)信号采集:要求上传相关的电量,有条件时,应上传开关和保护信号。
3.1.3 万向集团光伏电站
位于萧山经济技术开发区建设二路118号万向三号工业园,光伏总装机容量为2.7 MW。为并网光伏发电站,光伏电站通过新建1回10 k V专线接入110 k V公用变。
光伏电站侧需配置低周、低压及高周、高压解列保护,低压解列应具备判断短路功能和交流电压断线闭锁功能。并网线路两侧配置光纤差动保护。配置主动式及被动式防孤岛保护各一套(频率突变、电压相位跳动等),防止孤岛运行倒冲线路。
由于光伏电站的接入,110 k V惠兴变10 k V侧带有小电源出线,故110 k V惠兴变1号、2号主变压器中性点需增加放电间隙及放电间隙流变,主变压器增设间隙零序电流保护和零序电压保护。同时,需加装避雷器防止操作过电压,加装单相电压互感器用于无压鉴定。
万向光伏项目10 k V配电站由萧山调控中心调度。
3.2 萧山DR并网项目要点
综合萧山的项目,可以看出在具体光伏电站接入系统时,应注意以下几点:
(1)依据容量选择接入电压等级。
(2)依据发用电性质选择接入方式。
(3)配置主动式及被动式防孤岛保护避免孤岛运行。
(4)配置充足的无功补偿装置确保功率因数。
(5)装设易操作,具有明显开断指示、具备开断故障电流能力的专用并网开关。
(6)需配置低周、低压及高周、高压解列保护,低压解列应具备判断短路功能和交流电压断线闭锁功能确保安全运行;并网线路两侧配置光纤差动保护。以确保安全运行。
(7)容量较大的光伏电站(10 k V以上)应纳入萧山区调一级调度,实现三遥,供电公司可控制光伏电站运行方式,确保公网电能质量;较小的(0.4 k V)实现两遥,并自动投切。
(8)安装双向计量装置。
4 结论
分布式直流电源 篇5
摘 要：针对目前配电网中存在的分布式电源规划问题，在最大化电压静态稳定性、最小化配电网损耗以及最小化全年综合费用三个方面建立了分布式电源规划的优化模型。在规划模型的基础上，采用拥挤距离排序的多目标量子粒子群优化算法（MOQPSO-CD）以及基于量子行为特性的粒子群优化算法（QPSO），来更新和维护外部存储器中的最优解，通过对全局最优最小粒子的选择引导粒子群能够对分布式电源的配置容量与接入点位置的真实Pareto最优解集进行查找，获得对多个目标参数进行合理优化。最后采用IEEE33节点的配电系统，在模拟仿真实验过程中获得了分布式电源容量配置以及介入位置的合理方案，验证了优化算法的可行性。
【关键词】分布式电源规划 Pareto最优解 配电网
分布式电源（Distributed Generation，DG）由于其在减少环境污染、节约成本、发电方式灵活、减少发电输送中的线路损耗、改善电网中的能源质量以及提高电网供电稳定性等方面具有优点，在配电网中发展迅速。然而，在配电网中加入分布式电源会使电网中原有的结构发生改变，从而导致节点电压、线路损耗与网络损耗产生了不同程度的变化。如果分布式电源注入容量与接入点位置的配置出现问题，会加大电网中线路与网络等损耗，并且会对电网供电的可靠性产生严重影响，因此，针对这一现象，对DG的容量与配置参数进行合理的优化具有重要意义。
国内外许多学者曾对DG的参数配置优化问题进行了较为深入的研究并取得了一定进展。文献[1]针对分布式电源中的地址定容问题采取了单一目标的优化方法，但是该方法在实际电网中的可行性存在问题。文献[2]采用传统的模糊理论提出将电网中具有多目标优化方案转变为只有单一目标的优化方法，并且采用遗传算法，优化了分布式电源中的容量与位置。文献[3]对于配电网中DG的容量与选址通过改进遗传算法进行优化，但是该方法存在计算时间长、算法过于复杂有时会计算得出局部的最有求解等缺点。文献[4]通过改进的自适应遗传算法，搭建了基于DG环境效益与政府关于可再生能源补贴的最小化经济模型。
在实际应用中，对于配电网中分布式电源的优化需要考虑许多变量，一般都具有比较复杂的目标函数，对其进行优化时将多个目标函数转化为单一函数非常困难，因此必须采取有效措施节约分布式电源多目标模型建立中的相关问题。本文以分布式电源的配置容量及其在配电网中的接入位置为两个切入点进行研究，建立配电网在单位年中的费用最小、电网网络以及线路损耗最低、静态电压在最优系统中的稳定性3个目标函数的分布式电源优化模型。在粒子群优化（QPSO）算法中量子行为特性的理论上加入拥挤距离排序技术，维护与更新外部存储器中的最优解，将生成分布式电源的最优配置方案问题转化为求解全局最优的领导粒子问题。最后，运用Matlab仿真软件对本文所提出的方案进行验证。配电网中DG的多目标规划模型
1.1 目标函数
1.1.1 网络损耗最小目标函数为
那么，求解出配电网中电压稳定指标的最小值minL即可知最大化静态电压的稳定裕度。
1.2 约束条件
1.2.1 等式约束
约束方程可以用潮流方程表示为：
式中，Pdi、Qdi为配电网中第 台发电机的有功、无功输出，PDGmax为分布式电源有功输出上限，PDGmin为分布式电源有功输出下限，QDGmax为分布式电源无功输出上限，QDGmin为分布式电源无功输出下限，Uimax为节点i电压上限Uimin为节点i电压下限，SDGi为配电网中拟接入的第i个DG的容量大小，SDGmax为配电网中可以接入的DG最大装机容量，Pl为线路l的传输功率。基于拥挤距离排序的粒子群优化算法
2.1 量子行为特性的粒子群优化算法
传统的粒子群优化（PSO）算法在求解方面具有不同程度的缺点，如容易陷入局部求解最优，收敛精度低等。为了防止粒子群算法进入早熟，并且尽可能加快算法的收敛减少计算时间，文献[10-11]给出了改进粒子群算法，使得具有量子行为特性的粒子群算法的实用性大大提高，在局部精度方面得到明显的提高，并且与PSO相比较仅具有一个位移更新公式。在本文中基本粒子群的集合设定为不同负荷节点处DG的输入功率，因此得到的集合为：
其中，i（i=1，2，???，P）为粒子群中的第i个粒子，j（j=1，2，???，N）为粒子在粒子群中的第j维，N为搜索空间的维数；ui，j（t）和φi，j（t）均为在区间[0，1]上随机均匀分布的数值，t为进化代数，xi（t）为在t代进化时粒子i的当前位置，pi（t）为在t代进化时粒子i的个体吸引子位置，yi（t）为在t代进化时粒子i的个体最好粒子位置，为群体在t代进化时的最好位置，C（t）为粒子在第t代进化时的平均最好位置，定义为全部粒子个体位置最好时的平均位置；α为扩张-收缩因子，是在迭代次数与除群体规模以外的唯一参数。
2.2 MOQPSO-CD算法
由于粒子群算法具有记忆特性，利用这一特性可以解耦特性粒子的解空间，求出解空间后可以适时调整控制策略，并能够通过记忆功能对当前动态进行搜索，同时具有优良的鲁棒特性和在全局范围内的搜索能力。然而，QPSO收敛的速度过快，导致了算法收敛过快，因此Pareto的解不具有多样性特点。为了寻找该问题的解决方案，本文通过利用外部存储器储存Pareto在求解过程中所产生的非劣解，从而可以较快地达到Pareto前沿。这样可以达到减少计算时间，更快获得领导粒子的目的。由于领导粒子是在所有粒子中表现最好的个体中得到的，它可以体现出整体粒子群体的认知能力，对于群体在搜索中的方向起着引导作用。为了即时更新外存储器中的非劣解，本文所采用的拥挤距离排序算法属于第2代非支配排序遗传算法（NSGA-II），通过对其进行操作，可以尽快地通过领导粒子找到Pareto的最优解。与此同时，为了使多样性在粒子种群中得到丰富，基于此算法的基础上加入高斯变革算子对粒子种群寻优过程中解的多样性进行扩充。
2.2.1 领导粒子的选择
在领导粒子选择的过程中即时对新外部存储器中粒子集进行维护更新是很有必要的。其目的在于保证粒子群的多样性，并能确保Pareto最优解集的合理分布。在此算法条件下，外部存储器中的粒子集必然会存在当前代数最优的粒子，然后通过拥挤距离值算法计算器内部粒子集中每个个体距离值，通过计算拥挤距离值的方法，将粒子集合内的个体进行量化，当出现拥挤距离值最大的粒子时，表明在目标空间中该粒子成为领导粒子可能性增加。当有两个或多个领导粒子的拥挤距离值相等时，领导粒子将会在之对应的最优粒子中随机选取。
2.2.2 拥挤距离值的计算
拥挤距离排序方法描述了在一个最优解周围分布其他最优解的密度情况。以下简单阐述了本文所用到的拥挤距离计算方法，具体实现可参考文献[13]。Gj（i）（j=1，2，3）依次表示网络损耗、年综合费用和静态电压稳定指标3个目标函数值；P为粒子群集合的大小，亦可描述可行解的数量。首先，对于存储在外外部存储器的全部最优粒子，在所有需要优化目标上的函数取值进行升序排列，然后可以得到在所有优化空间上与最优粒子相接近的其它最优粒子，然后可以计算得出在统一空间内两个优化粒子的距离；最后最优粒子的拥挤距离可以通过所有最优粒子距离的求和方式得出。以本文为例详细说明拥挤距离值的特征，逐一计算并遍历相邻最优粒子的空间距离，粒子i和相邻粒子i+1在优化目标空间的距离：
2.2.3 外部存储器更替算法
在本文中人为设定两条存储器更新规则，以便满足外部存储器中存在最优粒子的目的，规则如下：
（1）位于存储器中的粒子被新生成的粒子支配时；
（2）如若外部存储器已满，则需运用拥挤距离排序算法对其内部所有进行重新排序，根据公式（16）计算所有粒子的拥挤距离值，并且按照计算出数值的大小进行排列。
2.2.4 算法实施步骤
本文选用借鉴第2代非支配排序遗传算法的基于量子行为特性的粒子搜索解空间算法对配电网中的分布式电源进行优化配置，图1所示为算法具体流程，计算过程为：
（1）初始化起始数据，数据内容为事先已规划内容，初始化算法基本参数（粒子群的规模、粒子群的初始位置、并设定最大迭代次数），系统对分布式电源位置，以及初始粒子群数据集进行随机采样。
（2）依照步骤（1）中设置的规则，对外部存储器中的粒子进行初始化设置。
（3）需要对粒子进行排位，排位的算法由公式（1）～（4）给出，可以计算出目标函数值，同时，根据公式（16）可以计算出拥挤距离值，根据以上两个参数进行排位。“2.2.1节”的方法选出粒子群中的领导粒子，最后利用QPSO位移更新方程对每个粒子进行重置。以上计算过程将会计算采样粒子集合内任意粒子的拥挤距离值。评价其是否达到Gauss变异算法条件，若达到该算法条件，则进行Gauss变异操作（Gauss mutation operator），否则转到步骤④。
（4）对③中运用QPSO位移更新算法计算出的所有粒子进行评价，并算出所有粒子的潮流数值，将其接入位置以及配置容量用数值量化，并对比量化后的函数值，按照柏拉图最优解定律计算出个体最优粒子及外部存储器最优粒子集。与计算出的上一个最优粒子相比较，新产生的粒子群中某粒子更优，则将新出现粒子作为最优粒子；若二者不能相互支配，那么二者中任意一个将被选为最优粒子，并将其放入外部存储器，然后转步骤⑤；否则舍弃更新后的粒子并转⑥。
（5）对已进入外部存储器中的粒子，按照公式（16）对其进行计算，已达到随时更新存储器中粒子的目的。通过步骤（5）可以达到将最优粒子存入外部存储器的目的。
（6）计算进化代数，若满足终止代数，则将存储器中现有的粒子作为输出，此时输出的粒子集就是所寻找的柏拉图最优输出集；否则转步骤③。算例分析
利用本文建立的模型，对IEEE 33节点配电系统进行模拟仿真，配电网系统如图2所示，对分布式电源的位置以及其容量进行重新配置。该配电系统中，额定电压为12.66kV，有功负荷的取值为3715kW，总无功负荷的取值2300kVar，总节点数为33个，总支路数为32条（其中5条为联络开关）。配电系统基准容量设为10MVA，其中平衡节点选在0号节点，分布式电源接入比例小于30%，安装节点集合为?x1，2，???，31?y（图2中的32节点将不会接入分布式电源中，因为该节点是尾端节点，并且同变压器支路侧相连，因此不需接入）。根据文献[3]可知，在计算分布式电源时，可以将其近似看成负的PQ节点，根据经验公式，选取功率因数值为0.9。初始采样粒子群集合规模为90，进行100次迭代。
按照本文所搭建的数学模型及算法计算出分布式电源配置的柏拉图最优解，及其目标函数的空间分布，如图3所示。根据图3可知，计算出的所有解相互独立分布，每个不同解均可表示出当前条件下的配置效果。以图中所列出的解
1、解2及解3为例，说明不同情况下的DG配置结果。解1情况下电压稳定指标大于0.02，相比其他两种情况最不稳定，网络损耗为80kW，损耗过大，但是年综合用最小；解3和解2相比较而言，解3在网络损耗和电压稳定性方面要优于解2，然而解3在年综合费方面是三种情况中最大的；对于解2来说，无论是年综合费用或者网络损耗以及电压稳定性指标这三个参数指标适均介于解1和解3之间，因此，考虑综合因素以解2最好。表1所示为解
1、解2和解3的DG配置方案，3个解分别与3个方案对应。
通过对比表1中的方案配置可以看出，不同DG配置方案会对年综合费用、网损和电压稳定性产生影响。在对电源在辐射线路中放置位置的分析后发现，放置位置越靠前，线路潮流受到的影响就越小。根据表1配置DG方案接入配电网，配电网络损耗将会有一定幅度下降，同时电压稳定性指标也会达到满意的效果，按照该配置方案规划，最为突出的优点是电网网络损耗方面，按照方案3配置后，电网网络损耗下降了80%。
结语
以减少电网网络损耗及年综合费用为优化目标，同时兼顾静态电压稳定性为原则，建立了DG规划的模型，在计算方面选取具有量子行为特性的粒子群优化算法（QPSO），以及基于拥挤距离排序的多目标量子粒子群优化算法（MOQPSO-CD），同时采用模拟仿真对33节点配电系统进行优化，得出了基于DG配置的Pareto最优解集，由此实现了对DG优化规划的目的。并得出以下结论：为了尽可能的降低电网损耗，同时提高电压稳定性，需要将DG配置在主变电站远端位置，即馈线末端，此时DG配置收益最高。
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分布式直流电源 篇6
关键词：分布式电源；配电网；影响；继电保护
中图分类号：TMI文献标识码：A文章编号：1007-3973(2010)010-013-02
1、概述
分布式发电系统通常是指分散在电力负荷附近、容量在几千瓦至数十兆瓦之间的、为环境兼容的、节能的发电装置，如燃气轮机、太阳能电池、燃料电池、风能发电装置等。分布式发电技术在本世纪初开始在我国得到蓬勃发展，尤其是2006年政府和相关部门颁布了《可再生能源法》之后，大量的分布式发电项目开始计划和建设。分布式发电技术相较于传统的大功率的发电机组有着很多优点：第一，分布式发电技术应用的是太阳能、风能等可再生的能源，生产电能的过程对环境是清洁无污染的；而传统的发电技术多数采用的是火力发电，煤这种自然资源是在不断减少的，而且在生产过程中还会产生大量的有害气体；第二，由于分布式发电装置都分散建立在电力负荷附近，减少了远距离传输电能过程中的能源损失；第三，传统的供电系统是单一、集中的高压供电，系统的安全性很容易受到影响，每一个微小环节都会影响的整个系统的供电质量和安全：因此采用大电网系统和分布式发电系统相结合是节省投资，降低能耗，提高系统安全性和灵活性的主要方法。
2、分布式电源的接入对原有的供电网络产生的影响
目前西方国家采用的大电网系统和分布式发电相1结合的供电网络，会因为分布式电源的接入对原有的供电网络产生影响。
(1)分布式电源的接入可能导致配电网保护系统无法正常启动：配电网络上游的保护检测电流值会被分布式电源降低，使整个供电网络的保护系统因达不到最低的动作值而无法正常启动，使整个供电网络存在一定的安全隐患。当分布式电源上游线路发生永久性故障时，分布式电源输出的故障电流不足以使上游的线路快速切断并隔离出故障点，如果要使故障线路的两端均切断从而切除故障，就要在分布式电源上游两侧均匀的设置保护装置：而当分布式电源下游线路发生永久性故障时，分布式电源输出的故障电流可能使下游线路的保护范围增大，而上游线路的保护范围减小，失去选择性。由于对各处电流的影响程度是随分布式电源容量变化而变化的，因此需要考虑根据注入容量进行整定值自适应调整的方案。
(2)分布式电源的接入可能导致配电网保护系统错误启动：当供电网络中的某个线路发生故障时，分布式电源输出的反向电流会使其所在的相邻的正常线路的保护装置错误启动，造成所在线路出现故障的假象。当分布式电源所在线路周围的线路发生瞬时性故障时，其继续提供的故障电流会引起分布式电源线路的重合闸装置错误启动，虽然不会对故障线路产生不利的影响，但是会导致重合闸装置的非同期重合失败，扩大停电范围：而当分布式电源所在线路周围的线路发生永久性故障时，分布式电源上游提供的故障电流也可能会引起定时限过流保护装置的错误启动。因此在建设相关项目时要注意加设方向原件防止保护装置的错误启动。
(3)分布式电源的接入可能导致配电网故障电流水平出现偏差：这种偏差既可以是电流值的增加也可以是减少，所以添加了分布式电源的配电网要根据分布式电源的输出容量，对其保护装置的容量进行适当的更改。
(4)分布式电源的接入可能导致配电网供电可靠性降低：接入了分布式电源的配电网可能出现非同期重合闸的情况，这时产生的冲击电流会引起保护系统错误启动、甚至导致设备受损，大大降低了供电网络的可靠性，线路的修复也会给居民的生活造成不便。当分布式电源所在的线路发生瞬时性故障时，分布式電源在前加速重合闸装置断开后继续供电，此时输出的是故障电流，可能导致重合闸失败，扩大了停电范围。
(5)分布式电源的接入可能导致配电网电压失调：大容量的分布式电源会使所在线路电压越上限，而当其因故停运时，又可能引起线路电压越下限。
分布式电源接入配电网络后会使原有的单端电源系统变为多端电源的供电系统，直接影响整个网络的拓扑结构和潮流方向。因此，原有的基于单端供电系统的保护系统必须做出适当调整，适应新的多端电源供电系统，否则供电系统的保护装置会失去原有的作用，不能够快速、准确的切除故障，甚至会对配电系统及其设备的安全稳定运行造成破坏。
针对接入分布式电源的新的综合配电系统，目前己提出的保护方案主要分为两种：一是，为了满足引入分布式电源的要求，对原有的保护系统进行更新改进，从而改进保护系统的灵敏度和准确性，提高系统切除故障的效率，提高配电网输送电能的效率；二是，将距离保护、纵联保护等原理应用在综合配电系统中，这些已经完备的保护原理势必会提高整个配电网络的保护作用。另外，随着配电网络趋于智能化，能够反映系统故障和运行情况的继电保护装置已经开始投入使用，并取得了很好的保护效果。将智能监控装置和保护装置结合应用，会大大提高配电网保护系统的功能性，为分布式电源的进一步发展提供坚实的基础。
3、故障时不同容量的分布式电源对配网保护的影响
分布式电源接入位置一般是在用电荷载附近的配电网母线上，位置相对固定，但是分布式电源的能量来源是太阳能、风能等自然资源，会随着季节变化等因素其电能输出量也会发生变化，确切的说分布式电源的输出的电能是不断变化的，因此有必要分析故障时不同容量的分布式电源对配网保护的影响。
当DG机组在同一地点接入系统，也就是DO至接入点处的等效阻抗与接入点处至系统s的等效阻抗比值一定时，DG机组容量越小，它向故障线路提供的短路电流就越小，对原有保护的影响就越小；反之，DG机组容量越大，对原有保护的影响就越大。当相同容量的DG机组接入时，通过高压母线接入时对原有保护定值的影响较通过中压母线接入时小。
随着能源和环境问题日益突出，人类发展可再生能源将是大势所趋，而利用可再生能源的分布式发电技术必将得到广泛应用。目前，可再生能源已经越来越多的被广泛应用到生产建设中，清洁、可再生的太阳能、风能等必将是未来的主角。
以2006年颁布的《可再生能源法》为契机，我国分布式发电技术也正在蓬勃发展。正是由于我国一次能源地理分布不均，传统电源建设所需的煤和水力资源主要在西部，因此在我国开展分布式电源和传统发电机组相结合的综合项目建设有极其重大的现实意义。通过科研人员对分布式电源给配电网保护系统所带来影响进行的深入分析，制定相应的调整措施和解决方案，为将来更多带有分布式电源的配电网的正常稳定运行打好基础。促进分布式发电技术在我国的良性发展，保障居民生活和满足工业生产要求。
参考文献：
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[2]汪如松，张强，分布式电源接入配电系统方式探讨[J]，电气世界,2009，08
含分布式电源配电网保护方案 篇7
近年来,分布式电源(DG)已经受到越来越广泛的关注。但当DG接入配电网后,必然会改变配电网的潮流分布,配电线路的保护装置不可避免地会受到影响[1,2,3,4]。因此,研究针对含DG配电网的新的保护方案成为目前面临的一个新课题。
文献[5]提出了限制DG注入容量的方法,但是随着DG应用的日益广泛,其注入的容量也越来越大,这种方法显然无法满足未来DG发展的要求。文献[6]提出采用加装方向元件的方法,但是对于像风力发电和太阳能发电,其出力随自然条件变化随机波动,有可能会出现故障时流过方向元件的短路电流太小使其不能动作,从而导致保护的不正确动作。文献[7]将距离纵联保护引入配电网中,但其针对的是环网系统,同时也未考虑DG出力随机变化的情况,切除瞬时性故障的时间也较长。文献[8]提出用多代理系统来实现保护间的协调,但其需要依靠复杂的通信网络,在配电网中应用并不十分可行。
本文提出一种新保护方案,对原有保护配置进行改进。本保护方案原理简单,可行性强,无论DG的输出功率如何变化,都能对故障进行可靠切除。
1 DG接入配电网后对保护的影响
目前,国内配电网系统大多是单侧电源、辐射型网络,在现有保护配置[9]下,如果在配电网中接入DG,将会对配电网的保护产生较大的影响。
如图1所示,当DG下游发生故障时,对于DG下游的保护1和保护2,DG的接入增加了流过它们的电流,对过电流保护动作有利,但是有可能会使2处的电流速断保护范围延伸到下一条线路,从而使速断保护动作失去选择性;对于保护2和保护3,由于保护2处的过电流保护检测到的短路电流增大,保护3处检测到的短路电流减少,使得保护2处的过电流保护动作灵敏性增大,保护3处的灵敏性降低,因此,DG的接入将更有利于保护2处和保护3处的过电流保护的协调。当DG上游发生故障时,对于保护3和保护4,其感受到的故障电流只由系统提供,故DG的接入不会对其构成影响。当相邻馈线发生故障时,DG供出的反向短路电流有可能导致DG上游的保护误动作,从而中断健全线路的正常供电[2,3,4]。根据DG接入的数量以及DG接入点和故障点位置的不同,文献[2,3,4]还详细分析了其他一些情况下DG对保护的影响。
2 含DG配电网新的保护方案
2.1 保护方案介绍
由于DG接入配电网后会对传统的电流保护产生影响,为消除此影响,本文提出一种新的保护方案,对原有配置进行了改进,并保留了过电流保护。根据DG接入点位置的不同,保护配置也略有区别。
2.1.1 所有DG均接在母线处
当只有一个DG接到母线C处时,如图2所示。
本方案根据DG接入的位置将馈线2分成2个区域:区域1为DG的上游区域,由线路AB和BC组成;区域2为DG的下游区域,由线路CD和DE组成。在DG接入点的上游侧加装断路器以及保护装置5。在区域1中保护4处和保护5处配置方向纵联保护,当区内故障时它将瞬时动作保护整个区域;在保护3处和保护4处还要配置带有方向元件的定时限过电流保护。考虑到当区域1发生故障时,如果此时DG的输出功率较小或者已经退出运行,可能导致方向纵联保护5侧的方向元件灵敏度不足,不能动作,所以在保护5处还应配置弱馈保护,以保证无论DG的输出功率如何变化,方向纵联保护都能可靠地保护整个区域1。在保护4和保护5处还设置了重合闸功能,当保护4处的断路器跳闸后,将启动保护4处的重合闸重新恢复供电。由于此时保护5处断路器已经断开且未重合,因此保护4只需配置一般的重合闸,不要求有检同期功能。保护5的重合闸功能只有在保护4判为瞬时性故障时才由保护4来启动,当然由于此时DG仍然存在,因此这里的重合闸需要检同期。如果区域1发生的故障是瞬时性的,则在重合闸动作之后就恢复供电;如果故障是永久性的,则故障由过流保护3或保护4有选择性地切除。
区域1的保护配置类似于配电网系统中常用的由电流速断和过电流保护组成的重合闸前加速方式,只是这里用同样瞬时动作的方向纵联保护代替了电流速断保护。区域2是一个单端电源网络,在保护1处和保护2处分别配置定时限过电流保护,并根据实际情况采取重合闸前加速或后加速方式。对于没有接入DG的馈线1,还是按照传统的重合闸前加速或后加速方式的电流保护进行配置。
对馈线2进行上述保护配置以后,由第1节中的分析可知,DG的接入将不会对馈线2原来没有DG接入时的定时限过电流保护之间的配合产生影响,整条馈线的过电流保护完全可以保留原有的定值和时限上的配合关系,不需要重新进行整定。
对于有多个DG接入的情况,分析方法类似(见图3)。馈线2接有2个DG,将馈线2分为3个区域,分别给区域1和区域2配置方向纵联保护,区域1和2中的定时限过流保护也加装方向元件。
2.1.2 至少有一个DG不接在母线处
当一条馈线上至少有一个DG不接在母线处时,如图4所示。DG接在母线B和C之间的K点,此时需要在K点两侧分别加装断路器和保护4和保护5。这样不可避免地需要进行过电流保护的重新整定配合,为了能在发生故障时较快地切除故障,以减小短路对DG的破坏,可以用反时限过电流保护来代替定时限过电流保护。如果把DG的接入点K当做新的母线,那么此时对各个断路器处保护的配置将与2.1.1节中介绍的完全一样。
对反时限过流保护的整定原则是:启动电流仍然按躲开最大负荷电流来整定;同时,为了保证保护之间的选择性,要求在最大运行方式下,下一级线路出口短路时,上一级保护在动作时限上要比下一级保护高一个时间阶梯Δt,这样即可保证在其他运行方式下保护的动作时限均能满足选择性要求[9,10,11]。按照这一原则,对图4中馈线2的反时限过电流保护进行整定配合。
首先对区域2中保护1处和保护4处的反时限保护进行整定配合,在最大运行方式下,即DG以最大出力运行,保护1的出口发生短路时,保护1可整定为瞬时动作;为保证选择性,此时保护4的动作时限应比保护1高出一个时间阶梯Δt。这样整定以后,当DG输出功率变小或退出运行时,保护1和保护4仍然能够保证可靠配合。
对于区域1中保护2处的反时限过流保护,考虑在DG没有接入的情况下,保护4出口短路时,保护2的动作时限应整定为比保护4高出一个时间阶梯Δt,这样就能保证当DG接入以后,保护2和保护4仍然能够保证选择性。对于保护3处的反时限保护,按照相同方法与保护2进行时限上的配合。
当有多个DG接入以后,保护的配置以及整定方法完全类似。
在采用本文提出的保护方案以后,对文献[2,3,4]中提到的所有保护问题均能有效解决。
2.2 保护的动作行为分析
以图4为例,分析不同地点发生故障时保护的动作行为。
当区域1即线路AB和BK的任一点发生故障,方向纵联保护两侧的方向元件均判断为正方向,故认为发生了区内故障,将可靠动作断开保护3处和保护5处的断路器。随后保护3处断路器进行快速重合,如果是瞬时性故障,重合后故障将消失,接着保护5处断路器将重合,从而恢复对整条馈线的供电;如果是永久性故障,将由保护2处和保护3处的反时限过流保护选择性动作切除故障。如果DG的输出功率变小或者DG退出运行,将导致保护5处的方向元件灵敏度降低,无法启动。但是,由于在保护5处装设了弱馈保护,可以保证弱电源侧也能可靠动作。
当区域2即线路KC和CD发生故障时,保护的动作行为因采取的重合闸方式的不同而异。以重合闸前加速方式为例,此时将在保护4处配置电流速断保护用于保护整个区域2。当区域2内发生故障时,首先保护4处的电流速断保护瞬时动作,随后进行重合。如果是瞬时性故障,重合后故障将消失;如果是永久性故障,则由保护1处或保护4处的反时限过流保护选择性动作切除故障。由于DG下游的反时限保护按DG的最大出力来进行配合,因此当DG的输出功率变小或退出运行时,DG下游发生故障后它们仍然能够有选择性地动作,不会受DG输出功率变化的影响。
当相邻馈线1发生故障时,由于对区域1的反时限过流保护都加设了方向元件,流过保护2处和保护3处的是反方向的电流,因此它们不会误动作。
保护动作以后有可能会形成孤岛,对此可以进行孤岛的划分,以维持孤岛内功率的平衡以及电压频率的稳定。
3 仿真验证
图5所示为天津市某10 kV配电网,系统基准容量500 MVA,基准电压10.5 kV。线路AB,BC,AF为架空线路,线路参数为x1=0.347 Ω/km,r1=0.27 Ω/km;CD,DE,FG为地下电缆,线路参数为x1=0.093 Ω/km,r1=0.259 Ω/km。在每个节点处接入额定容量为6 MVA、额定功率因数为0.85的负荷。利用PSCAD/EMTDC仿真软件对此系统进行仿真分析。
在不接入DG的情况下,馈线2上各保护流过的最大负荷电流以及相应的过流保护定值见表1。
为保证各保护之间的时限配合关系,保护1整定为瞬时动作,而各保护之间的时限阶梯Δt整定为0.3 s。在母线C处接入额定容量为10 MVA的DG后,需要为线路AC配置方向纵联保护;另外,由于线路CD和DE为电缆线路,故不再对保护1和保护2配置重合闸装置。在系统最小运行方式下,馈线2的各段线路末端发生两相短路时流过各保护的短路电流如表2所示。综合表1、表2可知,无论DG的出力如何变化,当DE末端发生故障时,保护1能可靠动作切除故障;当CD末端发生故障时,保护2能可靠动作;当BC末端发生故障时,属于区内故障,即使DG的出力为0,方向纵联保护也能可靠动作,随后保护4处的断路器重合,如果是永久性故障,保护3将可靠跳闸;同样,当AB末端发生永久性故障时,保护4也能可靠动作。
当相邻馈线1首端发生故障且此时DG出力最大时,流过保护3和保护4的短路电流分别为1.26 kA和1.212 kA,但是由于保护3处和保护4处分别加装了方向元件,故它们不会误动作。
通过仿真分析看出,对于接有DG的配电网,在采用本文提出的保护方案后,能可靠切除故障。
4 结语
本文介绍了一种新的保护方案,对传统的保护配置进行了改进,并保留了过电流保护。本方案根据DG接入点的位置,对被保护馈线进行分区。在DG的上游区域,将配置方向纵联保护来保护整个区域,同时对该区域中的过电流保护加装方向元件。整条馈线的过电流保护将根据DG接入位置的不同进行不同的配置:
1)如果所有DG均接在母线处,由于在DG上游区域对电流保护加装了方向元件,DG的接入将不会对原来DG未接入时的定时限过电流保护之间的配合产生影响,因此完全可以保留原来DG未接入时的定时限过电流保护的定值,这将给保护的整定工作带来很大的方便。
2)如果至少有一个DG没有接在母线处,由于此时不可避免需要进行过电流保护的重新整定,为了能更快地切除故障,将用反时限过电流保护代替定时限过电流保护。
通过对一10 kV系统进行仿真分析,验证了本保护方案的有效性。
参考文献
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分布式电源接入配网的影响分析 篇8
1对配网的影响分析
1.1电压
1.1.1对电压波动的影响
有功、无功负荷会随着时间的变化从而引起传统配电网系统电压的波动。电压波动会在线路末端方向逐渐增大。负荷一旦在电网系统的末端集中起来, 那么电压所产生的波动影响主要有以下两种方式。
(1) 分布式电源与本地负荷两者之间进行相互协调运行, 就是当分布式电源的输出量在增加或者减小的时候, 负荷上也会随着分布式电源的增加或者减小, 而这样就会对系统的电压波动进行抑制。
(2) 分布式电源不能与当地的负荷协调运行。只要该分布式电源处于运行状态, 分布式发电系统对系统电压波动的影响属于固有问题, 其波动的功率输出就会对电网电压造成不同程度的影响, 因此, 电压波动在某些情况下已经成为制约分布式电源装机容量的主要因素。
1.1.2谐波问题
谐波问题是分布式电源接入系统后可能引发的另一个问题。谐波的来源有两种可能[1]:一是分布电源本身就是一个谐波;二是分布式电源中采用的一些电子设备。我们以风力发电为例, 无论什么类型的风电机组, 发电机本身产生的谐波是可以忽略的, 谐波电流的真正来源是风电机组中的电力电子元件。在常态下, 谐波干扰的程度取决于变流器装置的设计结构及其安装的滤波装置状况, 同时也与电网的短路容量有关。
1.2分布式电源对系统可靠性的影响
如果把分布式电源系统接入备用电源, 那么就会消除电网的一部分过负担, 使电网的输电裕度提高。要想在系统发生故障时还能继续运行, 低电压穿越能力是分布式电源必须具有的, 并且会缓解电压的骤降, 提高电压的调节性能。但如果分布式电源并网运行, 那也可能降低系统的安全可靠性。通常系统发生故障的时候会要求从电网中切除该分布式电源, 如果分布式电源通常系统发生故障的时候会要求从电网中切除该分布式电源, 如果所接的线路故障重合时, 电压跌落就会加重;且如果分布式电源没有及时跳闸脱网, 造成的非同期重合可能引起设备受损、保护误动作, 从而使设备不能快速重新运行, 就会使停电时间增加。此外, 分布式电源容量和连接方式以及不适当的安装地点都会使电网安全性降低[2]。
1.3分布式电源介入配电网后, 由于配电网结构发生变换, 将给继电保护带来下面几个问题
1.3.1对配网电流保护的影响
当分布式电源接入配电线路之后, 由于线路保护的范围很小, 灵敏度降低, 使得速断保护在某些点上无法启动, 并且线路故障不能及时切除, 故而, 形成一个死区。如果分布式电源的并网点处于这个死区内, 在保护系统没有变化下, 只能运用后备电流保护动作进行排除故障, 这增加了故障对电网的影响。若调整速断保护整定值, 则可能造成速断、过流保护和其他控制装置之间无法协调, 导致保护误动作。
1.3.2分布式电源对距离保护的影响
距离保护是一种通过整定阻抗动作的保护, 可以大程度距离上克服电流保护的缺陷。保护测量元件的输入是该处的母线电压和流经该线路上的电流, 各母线处的母线相电压和流经该线的电流之比为该处保护的测量阻抗Zm。根据分析[3]分布式电源对距离保护的I段一般不会产生, 但是对于距离保护的Ⅱ段将会产生一定的影响。
1.3.3分布式电源对重合闸的影响
配电线路在接入分布式的电源之后, 如果发生跳闸的故障时, 就会产生孤岛的现象, 而这样就使得电压与功率在额定值的范围上运行, 而在进行重合闸的动作的时候, 分布式电源级的路线并没有调理, 这样就会产生了一定威胁[4]。
(1) 重合闸当中的非同期。当电网中电源没有时, 电力孤岛就很那与电网保持一致, 当电网电源跳开后, 到重合闸的时间段中, 两者的相角差会出现在0°~360°的任何一个位置。而线路保护就会在改作用下产生误动作, 导致重合闸迅速恢复能力。
(2) 电弧会在故障点上重燃。就是在电网失去电源之后, 分布式电源可以维持, 而故障点反而没有消除。当重合闸时, 由于电网电源的作用, 没有消除的故障会引起电流跃边、电弧的重燃和绝缘击穿, 使事故进一步恶化。
目前国内分布式电源还存在某些障碍影响其进一步发展。 (1) 分布式电源项目建设成本仍然较高, 与常规能源相比经济性差。 (2) 分布式电源并网对大电网的影响。 (3) 利用可再生能源及能源综合利用的政策、法规不齐全, 税收等优惠政策不如其他大容量机组, 应用范围不断扩大, 不仅可作为传统供电模式的一种重要补充及备用, 还将在能源综合利用上拥有一席之地, 成为未来新能源领域的一个重要发展方向。
参考文献
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主动配电网分布式电源规划研究 篇9
主动配电网作为电力网中具备独立分配电能作用的网络, 利用主动服务分布式电源的特殊性质, 为用户提供电网应用服务。对于电网企业来说, 主动配电网的投入可降低电网运营成本, 通过多电源协同的方式解决地区输配电问题, 达到保障电网稳定运行功效;与此同时, 投运主动配电网可实现可再生能源全部消纳, 对智能化电网关键技术具备积极影响。目前, 相关供电部门正在积极投运主动配电网工程项目, 以期满足用户的电力体验需求。
2 试验工程概况
在2015年中期, 上海市某供电公司进行了配网试点运行实验, 涉及了整个城区配电网, 实现城区配网SCADA功能、配网高级应用分析功能、基于地理信息系统的配网管理功能。由于城区配网具备点多、面广等特点, 以原有的695k W高压供电方案为参照标准, 利用JN-6000配网自动化管理系统, 保障分层分级控制, 经由250k W、10k V双路电源运行方式, 完成配网试点安全检测工作, 达到检测主动配电网下的并网情况目的 (采用100k V电缆网) [1]。依据城市主动配电网系统的应用情况, 以城区45台户外开关、15座开闭所为基本考虑对象, 综合设计配电网分布式电源规划方案, 协调电源、电网、负荷内在关系, 满足承担大概率负荷的实际需求, 合理规划配电网络结构, 为地方电网运行整体经济效益提供实际保障。
3 主动配电网分布式电源规划
3.1 引入经济性计算
结合上海市某供电公司主动配网试点运行实验, 针对间歇式能源经济性计算、主动配电网储能配置方式, 综合考虑分布式电源规划所带来的配网效益。在主动配电网的实施范畴中, 间歇式能源经济性计算主要针对运行实验中电源设计、接入系统方案情况, 明确间歇式能源发电成本核算情况, 减少停电损失带来的估算误差, 达到主动配电网经济计算、优化评估目标;而主动配电网储能配置方式则主要通过检测配电网中间歇式、分布式能源接入手段, 从配电网储能容量的优化配置方面入手, 具体依据为经济性最优原则、电网纳入容量等。从试点实验来看, 由于JN-6000配网自动化管理系统的实际要求, 经济性计算需考虑主动配电网储能情况, 按照区域电网某一电压等级来拟定优化方案, 满足经济最优需求。
3.2 结合间歇式能源
在主动配电网分布式电源规划设计中, 由于传统配电网存在缺陷问题, 难以全面保障用电负荷需求, 利用配电系统间歇式能源介入主动配电网, 为其提供路线网络保护功能, 具备可再生能源的安全、可靠性特点。结合本次电网试点运行试验, 为防止失电配电系统电路重新供电现象, 以间歇式能源接入220/380V配电网、T接接入10k V线路为参考依据 (接入容量控制在60MW范围内) , 避免配电网分布式机组故障与电网潮流分配事故。由于主动配电网的线路组成较为复杂, 结合传输数据、通信系统的可靠性设计, 可构建分布式电源和储能系统的优化方案, 在明确一定区域内的分布式电源比例基础上, 依据主动配电网系统供电的运行需求, 为主动配电网提供稳定性能保障。
3.3 注重关键性技术
为维持电网系统的正常运行, 整合试点实验的运行情况, 主动配电网关键技术通过大规模间歇式能源并网发电, 弥补被动配电网分布式能源并网漏洞, 保障配用电的可持续发展效益。通过试点实验的运行情况, 综合设计电源规划内容, 协调电源、电网、负荷内在关系, 在承担大概率负荷的前提条件下, 依据电源设计、接入系统的具体方案, 合理规划配电网络结构, 为电网运行整体经济效益提供实际保障[2]。在《关于促进职能电网发展的指导意见》中, 针对不同地区的配电网发展情况, 提出柔性化、智能化的主动配电网技术, 满足分布式电源规划的大规模接入需求, 成为主动配电网关键技术应用的实际保障。
3.4 体现控制性策略
由于主动配电网并网的外界环境和负荷需求具有变动性, 运行参数的变化对主动配电网也会产生一定影响。为此, 结合本次试点实验的运行情况, 利用主动配电网区域自治控制策略, 小幅度缩减间歇式功率波动、并网负荷影响程度, 并在确保实际负荷曲线及预测曲线偏差的基础上 (间歇式能源发电) , 满足主动配电网的全局最优需求。与此同时, 结合电网功率输出情况, 以配电网分布式能源规划设计的最大化利用率为基本要求, 降低运行成本和符合预测值, 匹配一定的电源输出功率变化曲线 (可控分布式) , 验证电网系统实际运行状态的优化目标 (主动配电网的主动管理、智能管理等实际应用) 。
4 结束语
综上所述, 主动配电网作为未来配电网高度兼容分布式能源的关键依据, 具备智能化管理优势。通过上海市某供电公司的配网试点运行实验的探究活动, 针对正常状态下的主动配电网运行情况, 从经济新计算、间歇式能源、关键性技术、控制性策略等方面来考虑, 为主动配电网的分布式电源规划提供实际保障。
参考文献
[1]陈炯聪, 宋旭东, 余南华.主动配电网及其关键技术研究[J].广东电力, 2014, (10) :79-83+94.
新能源分布式电源可免费并网 篇10
日前, 国家电网发布《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》, 从3月1日起, 电网企业为分布式电源并网开辟绿色通道, 在并网申请受理、接入系统方案制定、并网调试、政府补助计量和结算等全过程中不收取服务费用。单位和个人的富裕电力均可上网, 分布式风电免收系统备用费。
根据意见, 分布式电源包括太阳能、天然气、生物质能、风能、地热能、海洋能、资源综合利用发电等类型。
分布式电源发展在出台支持分布式光伏并网办法的基础上, 将范围扩大到所有类型分布式电源, 而且进一步明确自然人也可以申请并网, 还可将电卖给电网, 上、下网电量分开结算, 电网免费提供关口计量装置和发电量计量用电能表。
分布式直流电源 篇11
《意见稿》对光伏发电，特别是分布式光伏发电的补贴远低于此前预期，让分布式发电前景充满不确定性，奥克股份（300082）、爱康科技（002610）、阳光电源（300274）等相关上市公司未来的业绩预期也再度蒙上阴影。
逼不得已的分布式光伏
作为光伏应用的主要模式，居民分布式光伏发电在欧洲诸国已经发展多年，并且造就了德国光伏市场的繁荣。但受电力体制的制约，这一模式此前在国内一度无从下手。2011年以来，受欧洲各主要光伏装机国纷纷下调补贴，欧美光伏“双反”的影响，为拉动内需拯救我国光伏产业，国家连续出台政策支持分布式光伏发电发展。为了响应国家政策，国家电网公司发布《分布式光伏发电相关管理办法》和《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》两份文件。
个人分布式光伏发电是一个广阔的市场，这个市场的启动，不仅有可能激活民间巨大的投资潜力，对我国光伏应用以及清洁能源的发展带来巨大的推动，还将对能源结构调整以及能源体制变革产生深刻的影响。
分布式光伏发电近3年呈现爆发式增长，可是，个人分布式光伏电站仍然屈指可数。此前已并网的国内首个居民分布式光伏电站业主、山东青岛市民徐鹏飞，竟然成了业内外名人。让人在欣喜之后，又陷入深思：中国个人分布式光伏发电的未来到底在哪里？
《意见稿》或阻碍分布式推广
据本刊记者了解，与以往全国除西藏地区外统一上网电价的政策不同，新的《意见稿》按照光照情况，将全国划分为4个资源区，分别执行不同的上网电价。同时，新的《意见稿》对分布式发电和大型地面电站发电进行了区分。自发自用部分给予度电补贴，额度定为0.35元/度；富余电量上网，并由电网公司按照当地火电脱硫标杆电价收购。0.35元/度的补贴额度远低于此前0.4-0.6元/度的预期。
分布式自发自用的补贴力度显著低于预期，收益率严重偏低，表明国家对产业整合、促进成本下行的重视程度高于对激活国内市场的重视程度。按照5天自发自用，2天上网，其中自发自用采用合同能源管理电价0.7元/度，上网按照0.35元/度计算。如果按照9%的内部收益率要求，则电站持有成本需从现在的10元/wp下降30%至7元/wp左右，如果按照8%的内部收益率测算，成本需要降至7.4元/wp，短期来看分布式推广面临较大压力。
相关企业前景堪忧
对于在泥沼中苦苦挣扎的中国光伏企业来说，任何政策上的风吹草动都可能让其草木皆兵。十八大以来，受各种政策利好因素影响，光伏相关企业的股价一改之前的低迷状态，呈现震荡上行的态势。然而，《意见稿》的公布让原本低迷的市场雪上加霜，光伏产业的春天变得更加遥不可及。
2013年2月27日，国内主要的切割液厂商，奥克股份发布2012年业绩快报，年报显示，2012年公司营业总收入20.77亿元，同比下降19.29%，归属上市公司股东的净利润9720万元，同比下降42.37%。以中报披露分产品营收数据来看，2012年上半年，公司切割液营业收入同比下降超过7成。如果光伏行业能够触底回暖，考虑到奥克股份部分产品市占率一直稳定，业绩将会有较大的增长。然而，《意见稿》打击了市场对光伏复苏的预期。一位证券从业人士表示，“分布式光伏发电作为后续国内市场最大的增长点，补贴的幅度低于预期，按金额计，今年国内市场容量基本无增长，并可能导致2013-2015年期间，年均市场规模不足10GW。”严重依赖下游市场拉动需求的奥克股份未来业绩堪忧。
切割液只是奥克股份业务的一部分，尚且对公司的业绩造成如此重要的影响。对于那些以光伏及紧密相关产业为主业的企业来说，2012年的业绩更加惨不忍睹。据本刊记者了解，自2011年下半年以来，光伏企业之间，“谁亏得少谁就是赢家”已经成为一种常态。江苏爱康太阳能科技股份有限公司最新发布的2012年财务数据显示，2012年公司营业收入13.6亿元，同比上年减少10.4%，归属上市公司股东的净利润5386万，同比下降127.31%。在公告中，爱康科技将公司业绩和净利润大幅下滑主要归咎于：光伏市场需求不振，公司主要产品毛利率下降；电站建设投资规模以及建设过程中政府核准文件取得时间的影响使得融资成本增加；欧美“双反”使得组件厂商降低了对配件采购的需求。
2011年8月1日，国家发改委发布了《关于完善太阳能光伏发电上网电价政策的通知》，通知明确规定当年7月1日前后核准的光伏发电项目的上网电价分别为每千瓦时1.15元和1元，宣告中国光伏发电由此正式进入每千瓦时1元的时代。2011年中国的光伏装机总量达到2.9GW，一举成为全球第三大新增光伏装机国和第四大光伏应用国，同时给后续增长留下了巨大的想象空间。
在2012年早些时候，陷入美国“双反”和欧盟各主要太阳能光伏装机国下调补贴恐慌中的国内太阳能光伏企业纷纷将目光转向光伏电站这棵救命稻草。一时之间，不管有经验的还是没经验的企业，都摩拳擦掌试图分得一杯羹。在2009年金融危机中深受重创的江浙光伏组件企业甚至抱团进军光伏电站领域，引发不小的争议。
国内兴起的光伏电站热潮使得光伏逆变器的需求激增，逆变器成为2012年光伏产业链中景气度最佳的环节，特变电工（600089）、科士达（002518）等公司纷纷抢滩光伏逆变器市场。可是，喧闹之后，真实的业绩并不像人们当初想象的那么夺人眼球。在光伏逆变器需求量暴增的形势下，作为国内光伏逆变器的龙头企业，2012年阳光电源的营业总额同比2011年的8.73亿仅上升23.53%，净利润为7777万，同比上年大幅下挫54.93%。《意见稿》若最终确定，必将加剧原本激烈的国内光伏逆变器市场竞争，2013年的光伏逆变器市场行情不容乐观。
3月10日披露的国务院机构改革和职能转变方案称，将重新组建国家能源局——将现国家能源局、国家电力监管委员会的职责整合，重新组建国家能源局，由国家发展和改革委员会管理。这预示着国家将继续坚定不移地推进电力改革，现存高度垄断的电力利益集团或面临拆分，更加市场化的电力市场或为分布式光伏发电带来新的活力，随着并网障碍的清除，个人通过自建分布式电站来发电获利在国内也成为了可能。但是，在更多的细则出台和落实之前，这些都只是一厢情愿的憧憬，分布式光伏发电的未来仍然迷雾重重，相关企业业绩下行压力巨大。
分布式直流监测系统的设计与实现 篇12
作为变电站继电保护、自动化等二次设备的运行电源,直流系统的安全运行是变电站保护及控制系统正常工作的基础,其重要性不言而喻。长期以来,直流系统中主要有两个重大隐患:直流接地和寄生回路。直流接地和寄生回路的发生,轻则使设备运行处于不正常工作状态,为运行人员提供错误信息,从而对正常运行操作和故障处理带来困难;重则引起继电保护误动或拒动,酿成大面积停电事故甚至设备损坏。在继电保护工作中,直流接地和寄生回路的查找较为困难,为此,本文研发了直流监测端子Dog,直流监测端子Dog可以通过检测支路差流及系统网络拓扑结构的变化及时发现直流接地或寄生回路。
直流监测端子Dog用以监测变电站直流系统负载侧,当有直流接地和寄生回路发生,Dog就会提示,基于此装置的分布式直流监测系统在220 kV、110 kV、35 kV等各等级变电站的应用中都产生了良好的效果。本文主要介绍基于直流端子Dog的分布式直流监测系统在变电站中的应用。
1 分布式的直流系统
如图1所示为典型的变电站直流系统,分为电源侧和负载侧,中间配置一个集中式的直流报警系统用以监视负载侧的直流对地绝缘状况。从图1中可以看到,负载通过直流母线引出,形成一个配电网式的多级树形结构。直流电源从电源侧引出是先上一条小母线;通过小母线再到负载或次一级的小母线;而次一级小母线可以继续向下到负载或再次一级小母线;以此类推,所以直流系统是一个分布式的系统。
直流端子Dog安装在任意空气开关的下侧,用以监测空气开关下的负载侧。由于直流系统的分布式结构,直流端子Dog也相应分布式的安装于直流系统的各个位置。相对于现有的集中式的直流报警装置,基于Dog的检测系统被称之为分布式直流监测系统。
2 直流监测端子Dog的工作原理
直流端子Dog是通过捕捉正负极间差流及网络拓扑改变来实现对直流接地和寄生回路的检测。正负极间的差流检测主要基于基尔霍夫电流定律。如图2所示,当异常发生时,相当于在负载或线路与接地网之间多出一条支路,会有电流通过地网和接地电阻流回电源,从而使得电源正负极出线流进电流与流出电流不相等,即有:
通过差流的检测即可识别异常。与此同时,由于支路的存在,直流回路的网络拓扑发生变化,从接地一侧的电源端看出去阻抗发生了变化。
以直流接地故障为例,如图2所示,i1,i2是流过端子的反相电流。当直流系统没有接地正常运行时(即设图中A点没有接地),△i=0,i1+i2=0,不存在差流,直流监测端子Dog不会报警。当直流系统中有接地故障发生时,如图所示,A点接地,就会产生差流Δi,使得i1+i2=△i;此时由于接地,直流回路的网络也发生变化,此时直流监测端子Dog就能检测出拓扑变化的存在,红灯常亮发出报警,工作人员就能知道直流系统内发生了直流接地故障。
对于寄生回路的检测也是相同,当两路直流系统之间出现了寄生回路,寄生回路上就会产生差流,并且整个网络拓扑也发生了变化,两边直流监测端子Dog会同时报警,就能及时发现寄生回路的存在。
3 分布式直流监测系统
3.1 全分布监测系统
直流监测端子Dog可分布于整个直流系统中任意一个点,为了完整的监测整个直流系统,在系统中每一个空气开关下侧都安装上直流端子,这样的分布方式称之为全分布监测系统。
图3所示为一个简化的全分布直流系统图。为了方便对全分布监测系统的描述,对系统中安排的直流端子Dog进行了编号。下面举例说明全分布直流监测系统的工作情况。
3.1.1 直流接地
如果图3所示的直流系统中负载1发生直流接地故障,那么毫无疑问,总的直流报警装置会报警,提示直流系统故障。此时,直流端子的情况,从高级到低级,依次Dog1,Dog1.1,Dog1.1.1都会发出报警信号。工作人员可以通过逐层查找,最后把接地的范围确定在负载1的区域。同样地,如果负载5区域发生直流接地,那么Dog1,Dog1.3就会报警,以提示接地点发生的最小范围。
当然也可能不是最底层负载接地,而是线缆或小母线接地,相应地也可以确定最小范围。例如Dog1.1和Dog1.1.1之间的线缆发生接地,此时Dog1,Dog1.1会报警,而Dog1.1.1,Dog1.1.2都会报警,这样,就可以把范围缩小到Dog1.1之下,Dog1.1.1,Dog1.1.2之上。
目前的变电站直流系统的配置中,当发生直流接地时,总报警装置会报警,但要查找到具体的接地点,需要耗费大量的时间和精力,不利于系统的运行。全分布监测系统能把接地范围确定到一个很小的区域内,能使工作量大大减少,大幅提高工作效率。
3.1.2 直流寄生回路
如图3所示,当负载1和负载2之间存在寄生回路时,Dog1.1.1,Dog1.1.2报警,而其他直流端子都不报警;当负载1和负载3之间存在寄生回路时,Dog1.1,Dog1.1.1,Dog1.2,Dog1.2.1会报警,其他直流端子不报警;如果负载1和负载5之间存在寄生回路,Dog1.1,Dog1.1.1,Dog1.3会报警,其他直流端子不报警。根据上述分析,可以简单地判别出寄生回路发生的支路。
综合上述直流接地与寄生回路的情况,可以总结为:
a)从第一层直流端子到N层X直流端子,均发出报警,可以知道,在X端子下侧负载以下,N+1层端子以上发生了直流接地;如果某层有两个直流端子发出报警,而他们的上一层端子没有发出报警,那么可以确认,这两个端子的下侧负载之间存在了寄生回路。
b)如果两个直流系统之间发生寄生回路时,无法确认是存在寄生回路还是两个系统都存在直流接地,那么可以采用拉掉其中一个回路的方法;如果存在寄生回路,两个系统中直流端子的报警都会消失;如果是直流接地,那么另一路的直流端子报警仍会存在。
3.2 底层分布监测系统
所谓底层分布监测系统,即指整个分布式系统中,直流监测端子Dog只安装在最底层负载之上。比之全分布系统,这样做可以使成本大幅度降低,而直流系统中,在小母线和线缆上发生直流接地和寄生回路的概率很小,大部分故障发生在控制回路、保护、信号回路等负载侧。所以这是一种不完全但性价比较高的分布方式。
图4所示为一个简化的底层分布直流系统。由于Dog只安装在最底层负载区域之上,它将只能监测负载区域,它是全分布系统的一个简化版。
底层分布系统不具有全分布系统那么多层次,它只有一层。每一个直流端子都只监测其下的一个负载区域,其对故障的判断也相对简单:当某个直流端子发出故障报警,即意味着其下侧的负载区域发生了直流接地或与其他负载之间存在寄生回路。
3.3 按需配置的分布式监测系统
以上两种分布方式是较为常用的两种分布方式,然而并不是一定要按这两种方式来配置直流端子在系统中的分布,完全可以根据现场需求来对分布式系统做出调整。
从直流监测端子Dog的工作原理可以知道,即使系统中只安装一个直流端子,它也能够对其下侧的直流负载区域起到监测作用。当然单个的直流端子会使我们对其故障原因(直流接地或寄生回路)的判断发生困难。
因此,完全可以根据实际的需要,在直流系统中必要的位置安装直流监测端子,而在不重要或不必要的部分不进行安装。这样,分布式监测系统能获得最大的性价比和效率。
3.4 依据端子颜色判断端子位置
当采用了分布式的直流监测系统后,在现场有更简单的判断方式,那就是根据端子的颜色。
直流监测端子的外壳具有不同的颜色,利用这一点在设计分布式监测系统时可以根据端子所在的不同层次和不同回路使用不同颜色的端子。这样,在现场打开一个保护屏时,可以很容易地在一排直流端子中判断出哪个端子是用于哪个回路的。
例如,在一个35 kV线路保护屏,直流回路一般有保护回路、控制回路和信号回路,假设分别使用黑色、白色和绿色的端子对应不同的回路。如果发生接地,检查保护屏,会发现白色的端子告警,那么就知道是控制回路发生直流接地,方便检查。
4 结束语
基于直流监测端子Dog的分布式直流监测系统是现有的集中式直流报警系统的良好补充,其具有如下优点:
a)直流端子Dog能够发现寄生回路的存在,这是现有的直流报警系统所不具备的功能。
b)直流接地故障发生时,能够将可能故障区域确定在一个更小的范围内,方便工作人员的查找及维护。现有直流报警系统只能确定直流接地的存在,但不能发现直流接地的具体位置。
c)可按需配置的分布式监测系统。基于Dog的特点,使得这个分布式系统的配置完全可以取决于需要,既能够采用全分布的方式以使监测系统的功能达到最强,也可以采用底层分布方式或自配置方式以减低成本,提高性价比和效率。
综上所述,采用基于直流监测端子Dog的分布式监测系统对变电站直流系统的保护更完善、更高效、更安全。
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