户用微能源网并网策略

刘军成

(西安博宇电气有限公司，陕西 西安 710065)

智能配电网与传统配电网相比较，智能配电网首先要求能够融合分布式电源的大量接入，使得原来的“无源”配电网转变为“有源”配电网[1-4]。与此相应，基于国家能源产业政策的不断调整，大量分布式电源也广泛分布于用户侧，使得传统的用户侧纯受电角色发生了本质变化，导致嵌入智能配电网之中的户用微能源网的逐步形成。

户用微能源网是1种需求侧源荷共存、多元(风、光、储、充、用)融合、供需互动、清洁低碳、安全高效的新型能源消费模式和现代能源体系，实现了高效配置的能源生产与消费目标，更好地发挥了市场配置电力资源的决定性作用。本文就户用微能源网并网事宜展开讨论，以期实现1种即插即用的户用微能源并网运行愿景。

1 户用微能源网及其并网存在的问题

1.1 户用微能源网基本结构

户用微能源网首先具有微电网(micro-grid)的诸多特征，是1个具有明确电气边界的多个分布式能源和负载互联的微系统，但一般不作为单独可控系统对待，需要长期并网运行以全部满足负载正常用电的需求。这样一种特征定义化简了传统微电网的复杂控制，便于各类分布式清洁电源在需求侧的大面积应用，仅需要关注户用微能源网各类分布式电源的并网对电网运行的影响。户用微能源网其基本拓扑结构如图1所示。

图1 户用微能源网基本拓扑结构

1.2 户用微能源网并网要求

户用微能源网的实质是1种在需求侧融合了各种分布式能源的微型电网，因此其并网约束与分布式电源、微网的约束类似。目前，无论是各类分布式电源还是传统的微网并网，国内外均进行了多方面的研究，并制定了相应的要求。例如IEC TS 62786:分布式电源并网国际标准[5]要求分布式电源并网点应满足相应的电能质量指标要求；IEC TS 62898-1[6]微网设计导则要求并网点POC电能质量指标应满足IEC TS 62749[7]相关要求。

与IEC相同，世界其他发达国家也相继制定了分布式发电、微能源网并网的相关规范标准，其中要求并网点满足电能质量指标是并网的核心内容，例如：IEEE P1547系列《分布式电网并网相关标准》(美国)；GB_Gridode_I3R31《分布式电源电网接入条件与运行导则》(英国)；JEAG9701-2005分布式电源系统连接电能质量导则(日本)；VDEW 配网运行导则：分布式电源与低压配网、中压配网的连接(德国)；DEPU：风力发电并网技术导则(丹麦)。

我国的分布式电源呈现蓬勃发展之势，无论是分布式电源并网还是微电网并网，均出台了相关国家、行业、企业标准。以380 V微能源网并网为例，GB/T 33589-2017对380 V电压等级的微电网并网提出了如下技术要求[8]：

(1)进行电能质量在线监测。微电网并网后公共连接点的电能质量水平应满足相关国家标准(谐波注入电流按照微电网与电网协议最大交换容量与公共连接点具有谐波源的设备总容量之比进行分配)；

(2)其最大有功交换功率、有功功率变化率可远程或就地设定；功率因数应在0.95(超前)～0.95(滞后)范围内可调；

(3)并网点电能质量水平在满足国家标准、电网频率在49.5～50.2 Hz情况下，微电网应能正常并网运行。

分析上述国家标准对380 V电压等级的微电网并网的技术要求可见：

(1)针对380 V电压等级，其并网技术要求主要集中在并网后并网点电能质量是否满足要求，若满足要求则并网运行，若不满足要求则不允许并网(至于孤岛运行与否实际上已经与所并电网没有了关系)；

(2)至于功率要求则类似于普通负载一样，在拟定的功率及功率因数范围即可。

分析可得出如下结论：380 V电压等级的微电网并网与普通负荷用电没有什么区别，完全满足即插即用的便利化条件，即在协定的功率及功率因数范围内即插即用，前提是满足电能质量要求。

1.3 户用微能源网并网存在的问题

目前包括中国在内的世界各国及其国际、地区组织已基本完成分布式电源、微能源网并网相关规范标准的研究制定，其中核心内容是对并网点电能质量指标的要求，但未涉及实践中如何操作来实现此目的。

实际上，微能源网及户用微能源网作为1个整体，其电能质量特征是比较复杂的。由于户用微能源网集成了各类负载、各类分布式电源，因此其电能质量特征也集成了此类电气设备的共有综合特征。一般来说，户用微能源网电能质量特征包括[9-13]：(1)稳态电能质量现象；(2)暂态电能质量现象；(3)瞬态电能质量现象。其中稳态电能质量现象均是GB/T 33589-2017并网所要求的，至于其他暂态、瞬态电能质量现象涉及到户用微电网各类电气设备相关抗扰度能力，并不涉及到其并网约束。

2 户用微能源网并网控制

2.1 并网控制策略

通过上述分析可见：户用微能源网并网的关键是电能质量指标监督，可依据电能质量指标为判据实行对等控制以协调户用微电网并网及各分布式电源的运行，但各分支路分布式电源的控制在时间上应与并网装置实现配合，如图2所示。

图2 并网装置控制

户用微电网运行控制的核心思想是对等控制，时间配合。所谓对等控制不同于传统的微电网对等控制，它是依据电能质量指标进行的，并网装置、户用微网内各分布式电源依据自身电能质量监测信息独立控制并网点及各类分布式电源支路的开关；所谓时间配合即因电能质量指标而跳闸时各分布式电源优先，并与并网装置实现配合。上述控制策略实现了户用微能源网的即插即用，保证了户用微能源网、负载、所并配电网的安全可靠运行。

2.2 并网装置主要功能

依据上述论述，要做到户用微能源网的即插即用，其并网装置应该至少具备如下功能：

2.2.1 监测功能

(1)电能质量指标监测

并网装置能够监测并网点的各类电能质量指标，并能够根据国家标准或相关行业标准进行超标与否的评判；依据的标准包括：GB/T 12325、GB/T 12326、GB/T 14549、GB/T 24337 、GB/T 15543。

(2)其它电气量监测

包括功率交换量、功率因数等指标。

2.2.2 控制功能

并网装置能够根据预先设定的控制策略控制户用微能源网的并网与解列，包括计划性并网或解列和非计划性解列。

计划性并网或解列包括：

(1)计划性并网。首先，实现并网装置投入，再依次投入户用微能源网内各类负荷和微能源电源。

(2)计划性解列。先依据预定策略，依次断开户用微能源网内的部分或全部电源、负载，再断开并网装置。

非计划性解列依据预先设定的策略断开并网装置，并依次断开户用微能源网内的部分或全部电源、负载，或依据预先设定的策略仅断开预定的微能源，保证负荷持续用电。

(1)并网装置接收到外部配电网异常信息(例如短路)或要求解列的指令；

(2)并网装置监测到并网点电能质量指标持续异常且持续时间超过阈值(采取对等控制，时间配合的策略)；

(3)微能源网内部故障。

2.2.3 通信与信息

并网装置配置必要的RS485、以太网及无线通信接口。

2.2.4 信息命令交互

并网装置具有与户用微能源网运营信息云平台信息及命令交互的功能，包括：电能质量测量数据，运行状态信息，控制命令。

3 户用微能源网并网装置

满足户用微能源网的控制策略及其功能要求的并网装置，能够根据既定需求对并网点各类电能质量参数、其他电气量参数进行全天候不间断监测，并根据并网控制策略要求对并网开关或户用微电源支路进行控制，保证电网及户用微能源网的安全可靠运行，满足并网点国家相关电能质量标准要求的并网运行指标，实现各类微能源的即插即用。

3.1 装置结构

以10 kV并网装置为例，其外形尺寸见图3，实物见图4。装置可依托墙面安装，也可柱上安装，柱上安装应用实例如图5所示。并网装置可控制柱上开关，其信号接线如图6所示，具体含义见表1。

图3 10 kV装置外形尺寸

图4 10 kV装置实物照片

图5 10 kV装置杆体安装实物

图6 10 kV装置航空插头接线

表1 航空插头各接线端子含义

3.2 运行实例简介

图7为实际运行的即插即用型微电网一次系统接线原理。并网电压等级为380 V，户用微能源网包括30 kW的光伏发电、5 kW的风力发电、28.8 kW·h的储能设备、交流充电桩及其他电能替代电气设备。并网装置实现了户用微能源网的并网、隔离、控制、信息采集等功能。

图7 即插即用型微能源网一次系统接线原理

4 结 论

本文提出的户用微能源网概念能够充分融合各类分布式电源在需求侧的广泛应用。户用微能源网并网以电能质量为监督指标，可实现各类分布式电源的即插即用。对等控制，时间配合的原则是户用微电网并网运行控制的核心思想。运行实践表明本文提出的思路是可行的。