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分布式电源接入方式的研究
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分布式电源接入方式的研究
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分布式光伏电源接入方式及其保护与控制研究
　　摘 要：随着国家新能源利好政策的出台，越来越多的分布式电源将接入公用电网，这些电源的接入，不仅存在规模化带来的电网总体负荷平衡问题，还将对配电网安全运行构成直接影响。为了能够响应国家政策，积极消纳新能源同时确保配电网安全运行，就必须从分布式能源特征入手，考虑其对配电网所带来的各种影响。文章先探讨分布式光伏电源的接入方式，然后分析对配电网的影响，最后分析针对性的保护措施。通过文章分析，以期提高配电网系统对分布式电源接入的适应能力。 中国论文网 http://www.xzbu.com/1/view-6990413.htm　　关键词：分布式光伏；配电网；接入方式；影响 　　分布式光伏电源作为一种并网发电的形式，主要应用于中、低压配电网络中，一般以10千伏及以下电压等级接入公用电网或离网运行。由于光伏电源本身对一次能源不可控，若不配备电能存储设备，将存在随机性及波动性的发电特性。对于配电网来说，做为电源接入公共电网，对公用电网及其它用户造成的安全影响相对于其产生的经济效益来说要一样重要，对其入网运行安全评估是必要环节。 　　1 分布式光伏电源的接入方式 　　1.1 采用10V专线并入电网 　　这是一种非常典型方式，一般应用于商业化运营的小型发电公司，直接与电网企业进行电能交易，没有直馈用户。专线一般经配电线路接于电网公司的变电站或开闭所的10千伏母线。这种方式对于用户来说，投资较大，一般为公共电网未覆盖的无电地区所应用的一种并网方式。这种接入方式，如果是完整接线，有利于配电网综合调度与安全控制，对公共电网其它用户直接影响较小，但对接入点上一级保护影响不可忽视。 　　1.2 利用T接方法并入到10kV公用电网线路 　　T接也存在多种形式，根据不同的设计，有接入干线，有接入支线方案。对于光伏电源企业来说，是一种较为经济的接入形式，但对电网安全运行却构成一定影响，并网线路故障，影响该线路的所有用户，这种接入方式，应纳入配电网统一调度管理，接入调度自动系统。 　　图1 采用10kV专线并入电网的方式并接入公共电网 　　1.3 分布式光伏接入380v低压母线 　　分布式光伏发电系统直接通过电缆来接到配电变压器380V配电系统，一般为民用自发自用、余电上网的小型光伏电源，装机不超过6MW。随着科技进步、光伏产品价格不断下降，以及智能家居的普及，这种并网方式将会越来越多，其分散性、规模化、反调峰特性、无调度管理特征将对电网安全运行带来一定威胁。 　　2 接入配电网的影响 　　分布式光伏电源在接入配电网之后，对配电网的影响大致如下：首先，对电压产生影响。分布式光伏电源在接入之后，沿馈线潮流方向传输功率将会减少，线损降低，使得沿馈线各负荷节点处的电压将会被抬高。若电源功率较大，在不同光照条件下，还将会对电压造成波动及闪变。其次，会产生非正常孤岛。在实际工作中，越来越多的分布式光伏电源的接入将会使得非正常孤岛产生的可能性将会变得越来越大。非正常孤岛一旦产生就会对整个电网及其它用户正常用电造成影响。在电网部分区域分布式电源达到一定规模后，应做好运行分析以及适时开展网源协调改造，保证其它用户可靠供电同时，保证发电设备安全。最后，对于短路电流助增作用。分布式光伏电源接入之后，线路故障将会提供短路电流，故障点的短路电流与网侧单一线路计算值将会存在差异，导致网侧不能快速切除故障，危及线路安全。2003年美国的NERL（美国可再生能源国家实验室）曾做过关于分布式发电与配电网络之间的交互影响的研究。采用以逆变器方式接入的分布式电源，仿真原型建立在13.2kV的中压配电网络上，分布式电源的容量是5MW，研究重点是熔断保护特性。结果表明，当发生单相和三相故障时，以逆变器方式接入的分布式电源对短路电流的贡献很小，短路电流主要来自主网，甚至比5MW感应电机提供的短路电流还要小的多。因此，可以得出以控制电流注入的光伏电源逆变器对短路电流贡献不大的结论。但是也应注意其规模化后对上一级电网短路电流的影响。 　　3 保护措施研究 　　3.1 对于电压过高的控制 　　分布式光伏电源在接到配电网之后电压会造成负荷节点电压升高，针对这种情况，可在配电网络中设置有载调压变压器及调压器等设备进行处理，在光伏集中地区，可选用动态无功补偿（SVG）调节无功，稳定电压。 　　3.2 对非正常孤岛的防范 　　一是加强光伏电源近区负荷监控与预测，做好电站出力与负荷统计分析，随着光伏电站规模不断增大，电站出力大于等于干线负荷时，可考虑配电网分网改造；二是加强电站保护装置的运行维护，在保证系统要求的低电压穿越穿越能力、频率偏差前提下，尽可能加强与配电网网侧保护及安全自动装置（含备自投）装置定值配合，在电站无故障条件下，能够快速、可靠的将电站与系统隔离。 　　3.3 对于短路电流的控制 　　光伏电站集中在一个区域，装见规模增大后，如前述分析，应及时校核负荷支线（一般线径较小、保护简单）末端短路故障时支线的热稳定以及多个光伏电站公用并网段线路的短路电流，及时更换导线以及支线保护设备，提高光伏电站过电流保护灵敏度。必要时应进行配电网分网改造。随着国家节能减排政策的进一步深化，越来越多的分布式发电设备入网，配电网负荷特性发生变化，这些发电设备的入网运行，对配电网安全运行、管理带来诸多问题。文章首先是分析了其接入方式，之后分析其影响，最后借助其影响来分析保护控制措施。通过文章的分析发现分布式光伏电源的接入必须要进行严密监控，实施过程监督管理，在实际工作中要掌握其运行特性，通过实时监控与运行分析，不断提高电站端、配电网端的相互适应能力，在保证安全运行的前提下，积极响应国家政策，提高新能源设备利用率。 　　参考文献 　　[1]王斯成.最新世界和中国光伏动态[A].中国可再生能源行业协会年会[C].2008. 　　[2]赵春江，杨金焕，陈中华，等.太阳能光伏发电应用的现状及发展[J].节能技术，）：461-465. 　　[3]陈树勇，鲍海，吴春洋，等.分布式光伏发电并网功率直接控制方法[J].中国电机工程学报，201l，3l（10）：6-11.
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分布式电源并网方式及控制策略研究
Research of Distributed Power Grid Method and Control Strategy.pdf 5页
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分布式电源并网方式及控制策略研究
Research of Distributed Power Grid Method and Control Strategy
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船电技术I电力系统
分布式电源并网方式及控制策略研究
许磊，徐晔，侯朋飞，石朝泓，胡亚超
(解放军理工大学国防工程学院，南京210007)
摘要：结合分布式电源的发展状况，介绍了交流微网关键器件并网控制策略，直流微网典型分布式电源
并网控制策略；提出了一种可行的交直流混合微网供电结构；在现有微网技术的基础上，对比分析了不同
微网供电结构的优缺点；最后对分布式电源的并网实现方式提出建议方案。
关键词：分布式电源 直流微网 交流微网 交直流混合微网 控制策略
中图分类号：TM71l 文献标识码：A
文章编号：(54—05
ResearchofDistributedPowerGridMethodandControl
Lei，XuYe，HouPengfei，ShiChaohong，Hu
Engineering，PLA
210007，China)
Univ．ofSci．&Tech．，Nanjing
distributed
introducesthe
Abstract：Combiningdevelopmentof
powersupply’thispaper
the deviceinAC
distributedinDC
grid-connectionstrategyof key
micro—gridtypical
networkstructure．It the
micro—grid,and
putsforward
micronetworksintheir
onthebases
advantagesdisadvantagesofdifferent
implementationprocess
present technology,andsuggests ofd话tributedpower
Keywords：distributed
hybrid network,&
generations,Amicro-grid；DCmicro—grid,&A
grid-connectionstrategy
微电网的研究侧重点不尽相同，美国的电力工业
侧重于研究如何提高微电网
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微型分布式电源工作原理和控制解读.ppt 85页
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* §3-5 微电网中能量存储设备
单体蓄电池的放电量可用Ih(Ah)表示，则 电池的充、放电速率用C率表示，数值上等于上述表达式获得的Ah数。
蓄电池的放电速率可用C率的倍数表示，如果d为蓄电池的放电速率因子，则 蓄电池的放电速率为d×C。
设每个单电池放电时的平均电流为IpC，则时间Trmax时间内
如果要求蓄电池的放电与微型涡轮发动机的冷起动配合，微型涡轮发动机从冷起动开始达到满负荷运行需要一定的起动时间，例如，28kW的Capstone微型涡轮发动机的起动时间大约为2分钟。
* §3-5 微电网中能量存储设备
Pcs为微型涡轮发动机冷起动时在Tcs时间内从蓄电池所吸收的电能。
2.蓄电池的等效电路模型 铅酸蓄电池的简化模型 该模型较好地表示了蓄电池的自放电、存储容量和内阻等特性关系。
Pb、Ub和Ib分别表示蓄电池的功率、电压和电流，电池的开路电压Uoc为电池内硫酸电解质的平均重力和温度的函数，电池的等效电容根据其所提供的最大功率来估计。
蓄电池的能量(单位为J)定义为
蓄电池的等效电容为 * §3-5 微电网中能量存储设备
串联充放电电阻Rc为蓄电池的有效内阻，可从蓄电池的产品技术手册得到，Rc包括蓄电池的栅网、铅电极等效阻值以及各部分之间的接触电阻。
自放电电阻Rs为蓄电池自放电特性的函数，可从产生技术手册获得。
二、超导电磁储能系统
超导储能技术的原理是将电能存储于线圈的磁场中，存储的能量为
B为线圈产生的磁感应强度；μ为空气的磁导率；L为线圈的电感量。
线圈上电压与电流的关系为
若线圈的储能处于稳定状态，则上式中第二项为零，因此为产生足够的电流，线圈两端的电压可简化为U=RI。
* §3-5 微电网中能量存储设备
线圈的电阻与温度有关，对于大多数导体，温度越高电阻越大，如果线圈的温度降低，电阻也将下降。 某些材料当温度降低到某一临界值TC时，其电阻急剧下降为零。 当温度低于TC时，线圈两端不需电压也可产生电流，线圈可视为短路，线圈的电流将达到无穷大，相应地线圈中存储的能量也为无穷大。 超导储能系统组成原理图
线圈由AC-DC转换器充电，将电能转换为磁能，当线圈
充满电后，转换器继续向线圈提供很小的电压，补偿线路中室温部分元件的能量损耗，保持线圈中固定的直流电流。
* §3-5 微电网中能量存储设备
系统控制器具有三个主要功能：实现电力电子开关器件的控制；监视负荷电压和电流；电压调节器接口，控制直流功率流入和流出线圈。
如果系统控制器检测到线路电压下降，则意味着电网不能满足负荷的需要，电压调节器的开关断开，线圈的电流流向电容，直到系统电压恢复到额定水平。
电容上的电能逆变为50Hz的交流送到负荷，随着电容上电能的消耗，母线电压下降，开关再一次断开，通过上述过程继续向负荷供电。
* §3-5 微电网中能量存储设备
与其它能量存储系统相比，超导能量存储系统具有下述几个优点：
充放电循环效率可达95％，比任何其他系统都高。
使用寿命长，可达30年以上。
充放电时间非常短，可在很短的时间内提供大量的电能。
除了冷却系统外，没有运动部件。
三、超级电容器储能系统
常规电容将电能以静电的形式存储于由电介质隔离的两个极板之间，其电容值为 超级电容通常指电容值为数法拉到数千法拉的电容。为提高电容单位体积的电容值，超级电容通常为电化学电容，也即它不仅具有电容的性质，还具有蓄电池的性质。电容充电时，和蓄电池一样，电荷以离子的形式存储，因此单个电容电压只有几伏。
* §3-5 微电网中能量存储设备
超级电化学电容由两个极板、隔离物、电解质和电流采集器组成。
1. 超级电化学电容原理
(1)赫尔姆霍茨模型 最基本的双层电容效应由赫尔姆霍茨于1853年发现，假设在电极的表面形成了单个离子层，其电容值为
δ为单离子层中心与电极表面之间的距离。
该模型预示电容值为常数，没有说明电压和离子浓度之间的关系。
* §3-5 微电网中能量存储设备
(2)查普曼模型
查普曼模型考虑了扩散层电荷，电容值将增大。 z为离子的化合价；k为德拜长度的倒数。
(3)斯特恩模型
斯特恩改进了查普曼模型，在查普曼模型上包含了一个紧密的类似于赫尔姆霍茨模型的离子层，因此双层电容由紧密层和扩散层组成。 * §3-5 微电网中能量存储设备
2.超级电化学电容储能系统设计时考虑的因素 能量存储系统中超级电容的实际电压比单个电容的电压高，因此必须将多个电容串联，获得所需的电压，但将增加总的串联等效电阻。 如果需减小串联等效电阻，需要额外增加串联电阻与之并联。并联电阻的数量取决于串联等效电阻、存储的能量和放电时间等。
串联电容中电容和电阻的分散性将使串联电容中电压的分布不相等，由于
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