新型能源微电网的接入对电力系统的影响分析

江小玲 胡经伟

摘 要：社会经济的发展使能源的需求不断在增加，直接导致不可再生化石能源日趋枯竭，核能发展受到一定的限制，能源问题愈来愈成为世界面临的一个严峻挑战。近几十年来，随着世界经济的迅猛发展，人们对于能源的需求不断增加。同时，由于人们对于环境保护的进一步关注，使得高效清洁的绿色能源的合理开发使用成为解决未来能源问题的主要出路。因此一种新型可再生能源接入即微电网普遍接入电力系统中，间接对电力系统的稳定性产生一定性影响。

关键词：新型能源；微电网；损耗；影响

中图分类号：TM711 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）25-0069-02

Abstract： With the development of social economy， the demand for energy is increasing， which directly leads to the depletion of non-renewable fossil energy. The development of nuclear energy is restricted to a certain extent， and the energy problem is increasingly becoming a serious challenge to the world. In recent decades， with the rapid development of the world economy， people's demand for energy is increasing. At the same time， due to the further concern for environmental protection， the rational development and use of efficient and clean green energy has become the main way to solve the future energy problems. Therefore， a new type of renewable energy access， i.e.， micro-grid universal access to power systems， indirectly has a certain impact on the stability of power systems.

Keywords： new energy； microgrid； loss； impact

引言

分布式电源即目前学者所谈的DG，它一般是动态的能源负荷接入电力系统，但各种动态能源的接入配电网，它在一定的角度上改变了系统潮流分布，一般会减少支路潮流流动，从而有利于减少网损。但当DG注入容量过高时，支路潮流流动反而可能增大，网损可能增加。现有研究主要针对分布式电源接入配电网对配电网有功损耗的影响，嵌入DG的配电网也将可能导致网损的增大；网络中不同位置的负荷节点对网损的敏感度也相应的有所差别，采用改进的自适应权重粒子群算法进行目标函数寻优，得到有功网损最小的分布式电源接入方案；而采用改进的遗传算法，对分布式电源的选址和定容进行了寻优，但是遗传算法存在算法复杂，计算速度慢，有时会收敛到局部最优解等不足。

1 微网概况

目前在我国主要存在风电、光伏发电、潮汐等新能源，目前国家大力支持与鼓舞各种新型的能源的接入，新能源发电电源一般并网接入配电网运行，在电力系统网架中改变了原有的运行方式，即潮流分布的方向性。微网技术是近年来兴起的一种新型电网模式，能充分发挥分布式电源的作用，提高供电可靠性，改善电能质量，纵观整个系统可以发现微电网主要有储能装置、能量转换装置以及其它相关的控制系统组成。

2 微网继电保护方法及其评价

微网的引入对电力系统带来许多有利因素，但同时带来了许多问题和挑战。例如，在继电保护方面，由于分布式电源的接入，以及微网运行模式的改变，使得微网内部潮流流向可能发生变化，形成双向潮流；此外，由于电力电子器件的应用，使得微网故障电流被限制在很小的范围内（一般小于2倍负荷电流），使得传统的过电流保护灵敏度降低甚至失效。由于微网的接入改变了原有配电网的结构，对保护造成了影响，由此，研究微网继电保护显得十分重要。国内外许多学者在这一方面做了很多的工作，提出了很多方法。基于保护原理不同，它们分为四种，即：改进的过电流保护方法，基于距离保护的保护方法，纵联保护的保护方法，基于新原理的保护方法。

3 微电源接入对系统有功损耗的影响

由于微电源分布灵活，可以比常规变电站更靠近供电区域的负荷中心，减少部分潮流在线路上流过的距离，在减少网络有功损耗的同时，延长了变电站供电半径。在微电源规划建设阶段考虑这一因素无疑可以减少配电网的建设费用和运行成本。因为系统有功损耗的产生是由潮流流过线路电阻引起的，因此本文假设微电源接入系统后，系统的有功损耗全部由原系统电源提供，对整个系统的有功损耗进行拆解，即可得到微電源接入系统后系统的有功损耗表达式为式下所示：

4 微网接入对保护带来的影响

微网的接入点位于配电网，换言之，微网的电压等级与传统的配电网相同，所以考虑采用配电网的保护方式对微网以及微网所连接的配电网进行保护。但是，传统的配电网通常是单一电源的辐射结构，当微网接入后，网络将变成一个多电源的结构，这将导致原有的过电流保护失效。微网接入对保护带来的影响有以下几点：（1）由于配电网加上了DG，短路电流容量增大了。（2）由于不同的连接点和故障类型，故障电流路径变得更加复杂甚至反向。（3）整流器的故障电流被限制到了2pu的额定电流。所以，对于孤岛模式下的基于整流的微网不可能采用传统的过电流保护。（4）由于网络中变化的动态响应，故障电流的设定时间发生变化。微网中的分布式电源多采用电力电子接口，这使得微网具有缺少惯性、响应速度快等特点。若采用配电网相同电压等级下的故障切除时间，容易使微网系统失去稳定。（5）由于DG不可预测的动态输出功率特性，继电保护的原有固定设定值可能变得无效。（6）网络的三相平衡会被单相接入的微网破坏。

4.1 基于距离保护的保护方法

由于传统的过电流保护不再适用于微网保护，所以学者们考虑将更高电压级别所运用的保护运用于微网，比如距离保护或者纵联保护。对微网距离保护的适应性进行了详细分析，得出两个结论：（1）距离保护会受到分布式电源提供的故障电流的影响，并不能对所有短路故障做出正确反应，有时甚至会引起拒动。（2）短路点过渡电阻也会对距离保护产生较大影响。

采用了改进式的距离保护，保护I段按照躲开线路末端短路时的测量阻抗进行整定，保护II段按照分布式电源接在保护安装处的情况进行整定。经模型仿真验证方法可行。但是该保护方法针对于特定模型，且适用于微网构架比较简单的情况，对于复杂网架不一定适用。

4.2 基于纵联保护的保护方法

微网保护需要适用于并网运行和独立运行两种情况，传统基于本地电气量信息的保护很难实现这一功能。所以学者们开始研究基于多端信息量的纵联保护，该保护的基本思想是把高压系统中成熟的纵联保护原理移植到中低压系统中，解决微网并网和孤岛运行时保护存在的各种问题。纵联保护分为纵联比较式保护和纵联差动保护两种。采用的是纵联比较式保护。采用的是自适应的相位比较式纵联保护，经仿真验证证实了方法的有效性。采用的是区域纵联保护，它不同于传统的“点对点”对等式保护，它通过在被保护区域的变电站中设置一个站级保护主机，而在不同的断路开关处设置从机，通过主从机之间的通信来实现纵联比较信息的传递。

4.3 基于新原理的保护方法

除了传统的保护及其改进方法外，学者们还进行了新方法的研究。比如谐波畸变法，基于序分量的保护方法等。

（1）谐波畸变法。提出了谐波畸变法THD的微网保护方法：通过相电压的变化识别故障类型。正常运行时微网与主网连接，配电网相当于一个低阻抗的电压源，微网的THD维持在较小值，约为0；当故障发生时，静态开关迅速动作，微网进入孤网运行模式，此时，逆变器输出电流所含谐波将增加，导致THD增大。因为故障相的谐波畸变远远大于非故障相，所以，只要将A、B、C相的电压做离散傅里叶变换（DFT）转换至频域，比较THD的大小，即可轻易分辨出单相故障，相间故障和三相故障。但是，在网络中加入几种动态负荷后，保护可能会拒动。所以，谐波畸变法只能作为后备保护进行使用。此外，THD的动作边界值的设定也没有一个确定的方法。（2）基于序分量的保护方法。提出使用负序分量作为相间故障的判别原理，并通過PSCAD仿真验证了方法的可行性。却指出由于微网可能接有不对称，正常运行时就有负序和零序分量，此时负序和零序分量已经不仅仅是故障后出现的量了，因此序分量作为故障判据在微网中亦不能保证系统保护可靠动作。

事实上，将电压电流分解为正序、负序、零序的对称分量法是基于系统线性的前提之下的。而微网是一个强非线性的系统，文献中提到的负序、零序等等其实只是在按对称分量法的算法算出的物理量，并非是实际意义上的负序和零序电量。所以，序分量法能否用于微网保护还需要更多的理论研究作为支撑。

参考文献：

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