微网与大电网的低压并网运行控制研究范莉平

微网与大电网的低压并网运行控制研究范莉平

范莉平

(国网山西省电力公司汾西县供电公司山西临汾031500）

摘要：微电网并网切换过程中，若电压、频率不满足要求，会产生冲击电流，严重影响并网逆变器、大电网及本地负载的正常工作。本文从电力系统的角度初步研究了微电网低压并网、并网运行的技术。详细分析了分布式电源接入形成的微电网对电压、频率和谐波的影响，并提出了相应的技术措施。

关键词：微电网；低压并网；准同期

0引言

微电网（microgrid）是相对传统大电网的一个概念，是指多个分布式电源（DistributedGeneration，DG）及其相关负载按照一定的拓扑结构组成的网络，并通过静态开关联至常规电网。

微电网相对于大电网存在着并网运行、大电网故障时解列孤岛运行、重新并网等多种运行状态。微电网的大规模接入必将对大电网的稳态潮流分布、暂态故障特性产生重大影响,给大电网的规划设计、调度运行和保护控制及紧急控制方案等方面带来新的问题[1],因此有必要对微电网的安全并网及并网稳定运行展开系统研究。

微网并网对配电网的影响与分布式电源的容量以及接入配电网的规模、电压等级有关。一般情况下，DG容量在500kW及以下的接入380V电压等级电网；DG容量在1MW以上的接入10kV（6kV）及以上电压等级电网。具体接入方式一般是大容量的DG通过联络线接到附近变电所的母线上;对于小型的DG，为减少并网投资,就近并在配电线路上，如图1所示。

在传统电力系统中，由于系统中存在惯量，可

通过频率的轻微变化满足负荷变动时的初始功率平衡，然后功率调节器使系统的频率恢复到额定值[4]。当微电网与主网联接时，负荷的变化可由主网来平衡，但微电网孤岛运行时，为了保证响应的快速性和减小频率和电压波动，可在DG直流部分装设储能装置，如超级电容，全钒液流电池等。

1.2.3谐波

微网内DG实际上是一个谐波源。DG并网时，由于大量电力电子器件的应用，不可避免地给系统带来大量谐波，谐波的幅度和阶次受发电方式以及转换器工作模式的影响，同时对电压的稳定性和电压的波形都产生不同程度的影响，给电网频率稳定带来挑战。抑制和消除微电网的谐波，基本上有两种途径：一是从改变非线性负荷本身性能考虑，减少它们注入系统中的谐波电流，这主要适用于微电网主要谐波源是电力电子装置的情况；二是装设谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都适用。

现阶段电网对微网的接纳较差，只能是电网选择它能接受的微网，而不能随机大量的微网接入电网，最主要原因在于微网并网还不能达到柔性并网。

2并网继电保护相关问题

微网既是“电源”又是“负载”。当微网内DG能够满足微网内负载供电时向大电网供电，呈现“电源”特性。当不能满足时电网向微网馈电，呈现“负荷”特性。传统的配电系统在微电网接入前是辐射状单端电源供电系统，无源放射性网络配电网的继电保护是根据配电网这个特点来设计和运行的。微网引入后，配电网成为一个有源网络(activedistribution)，使得原来的继电保护不能满足要求。当电网发生系统故障后其原有的故障电气特征将发生巨大变化，此时微电网可能呈现电源特性，即向故障供出故障电流。传统的检测故障方法和继电保护不能再满足要求。

2.1对过电流保护的影响

电流保护是配电网中最为常用的保护，它是用电流突然增大使保护动作的保护装置。DG接入配电网之后，原有配电网络的结构发生了较大变化。在故障发生时，由于DG助增电流的作用，流经故障点的故障电流将增大。DG的引入改变了分布式电源附近节点的短路水平，它将对保护的正确动作带来影响。

针对以上问题，应该采取适当的措施以尽量减小DG对原有继电保护装置的影响。可以采用利用电抗器的高阻抗值特性限制分布式电源提供的短路电流，进而有效地解决DG与保护之间的协调性问题。也可以将系统分区，各个分区间通过断路器连接，由变电站处的继电器完成在线感应、识别故障类型和故障范围、并向相应的短路器发送跳闸信号，切除故障区的分布式电源，实现故障的隔离。

2.2对自动重合闸的影响

在电力系统中发生的故障大多为瞬时性故障，重合闸的应用提高了系统供电可靠性，减少了电网维护的工作量[4]。在传统电网结构下，重合闸的工作不会对电网产生任何冲击和破坏。当微网接入后，由于DG的存在可能产生威胁。下面就重合闸与继电保护的两种配合方式(自动重合闸前加速和自动重合闸后加速)进行分析。

(1)对自动重合闸前加速的影响

在某些情况下，当线路断路器断开后，微网未能解列，造成非同期合闸，使电网与微网遭受非同期合闸的冲击，如图2。

如图2所示，当A处发生故障断路器CB跳闸，而微电网并未解列，会出现两种情况：1）当微网呈现“电源”特性，线路断路器断开后，微网继续向故障处供电，使故障电流增大；2）当微网呈现“负荷”特性，线路断路器断开后，DG与系统电势有可能失去同步，使电网与微网受到非同期合闸的冲击。同时反向电流可能对设备造成损坏。

图2自动重合闸前加速故障

(2)对自动重合闸后加速的影响

与前加速保护不同的是当线路发生故障后，保

护有选择性地切除故障，重合闸进行一次重合后恢复供电。而且每台断路器都配有完备的保护系统和

重合闸装置。如图3所示，当A处故障时，CB1断开。微网DG向其提供短路电流，使故障点电弧不能熄灭。当微网DG提供的短路电流大于CB2处整定电流后CB2动作跳开，增大停电面积。然而CB1重合后又可能造成非同期重合问题。

应对措施如下：

1)对自动重合闸装置进行改进。在微网DG

处安装低周期、低压解列装置；

2）研究一种新的继电保护与重合闸配合方式，使微网在重合闸之前解列，或加设通讯线路使微网解列。

图3自动重合闸后加速故障

3结论

本文研究了小容量微电网的低压并网控制，在接入配电网时对电网的电压、频率和谐波，以及对电网过电流、自动重合闸等保护的影响，并提出了相应的应对措施。

参考文献

[1]撖奥洋，邓星，文明浩，等．高渗透率下大电网应对微网接入的策略[J]．电力系统及其自动化，2010，34（1）：78—83．

[2]黄伟，孙昶辉，吴子平，等．含分布式发电系统的微网技术研究综述［J］．电网技术，2009，33(9)：14－18．

[3]王军．带分布式发电的配电网谐波研究[D]．北京：中国科学院电工研究所，2006．

[4]黄伟，雷金勇．分布式电源对配电网相间短路保护的影响[J].电力系统自动化，2008，32(1)：93-97．