江小玲 胡經(jīng)偉

摘 要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使能源的需求不斷在增加，直接導(dǎo)致不可再生化石能源日趨枯竭，核能發(fā)展受到一定的限制，能源問(wèn)題愈來(lái)愈成為世界面臨的一個(gè)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。近幾十年來(lái)，隨著世界經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)于能源的需求不斷增加。同時(shí)，由于人們對(duì)于環(huán)境保護(hù)的進(jìn)一步關(guān)注，使得高效清潔的綠色能源的合理開(kāi)發(fā)使用成為解決未來(lái)能源問(wèn)題的主要出路。因此一種新型可再生能源接入即微電網(wǎng)普遍接入電力系統(tǒng)中，間接對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定性影響。

關(guān)鍵詞：新型能源；微電網(wǎng)；損耗；影響

中圖分類號(hào)：TM711 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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

分布式電源即目前學(xué)者所談的DG，它一般是動(dòng)態(tài)的能源負(fù)荷接入電力系統(tǒng)，但各種動(dòng)態(tài)能源的接入配電網(wǎng)，它在一定的角度上改變了系統(tǒng)潮流分布，一般會(huì)減少支路潮流流動(dòng)，從而有利于減少網(wǎng)損。但當(dāng)DG注入容量過(guò)高時(shí)，支路潮流流動(dòng)反而可能增大，網(wǎng)損可能增加?，F(xiàn)有研究主要針對(duì)分布式電源接入配電網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)有功損耗的影響，嵌入DG的配電網(wǎng)也將可能導(dǎo)致網(wǎng)損的增大；網(wǎng)絡(luò)中不同位置的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)損的敏感度也相應(yīng)的有所差別，采用改進(jìn)的自適應(yīng)權(quán)重粒子群算法進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)尋優(yōu)，得到有功網(wǎng)損最小的分布式電源接入方案；而采用改進(jìn)的遺傳算法，對(duì)分布式電源的選址和定容進(jìn)行了尋優(yōu)，但是遺傳算法存在算法復(fù)雜，計(jì)算速度慢，有時(shí)會(huì)收斂到局部最優(yōu)解等不足。

1 微網(wǎng)概況

目前在我國(guó)主要存在風(fēng)電、光伏發(fā)電、潮汐等新能源，目前國(guó)家大力支持與鼓舞各種新型的能源的接入，新能源發(fā)電電源一般并網(wǎng)接入配電網(wǎng)運(yùn)行，在電力系統(tǒng)網(wǎng)架中改變了原有的運(yùn)行方式，即潮流分布的方向性。微網(wǎng)技術(shù)是近年來(lái)興起的一種新型電網(wǎng)模式，能充分發(fā)揮分布式電源的作用，提高供電可靠性，改善電能質(zhì)量，縱觀整個(gè)系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)微電網(wǎng)主要有儲(chǔ)能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置以及其它相關(guān)的控制系統(tǒng)組成。

2 微網(wǎng)繼電保護(hù)方法及其評(píng)價(jià)

微網(wǎng)的引入對(duì)電力系統(tǒng)帶來(lái)許多有利因素，但同時(shí)帶來(lái)了許多問(wèn)題和挑戰(zhàn)。例如，在繼電保護(hù)方面，由于分布式電源的接入，以及微網(wǎng)運(yùn)行模式的改變，使得微網(wǎng)內(nèi)部潮流流向可能發(fā)生變化，形成雙向潮流；此外，由于電力電子器件的應(yīng)用，使得微網(wǎng)故障電流被限制在很小的范圍內(nèi)（一般小于2倍負(fù)荷電流），使得傳統(tǒng)的過(guò)電流保護(hù)靈敏度降低甚至失效。由于微網(wǎng)的接入改變了原有配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，對(duì)保護(hù)造成了影響，由此，研究微網(wǎng)繼電保護(hù)顯得十分重要。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者在這一方面做了很多的工作，提出了很多方法?；诒Ｗo(hù)原理不同，它們分為四種，即：改進(jìn)的過(guò)電流保護(hù)方法，基于距離保護(hù)的保護(hù)方法，縱聯(lián)保護(hù)的保護(hù)方法，基于新原理的保護(hù)方法。

3 微電源接入對(duì)系統(tǒng)有功損耗的影響

由于微電源分布靈活，可以比常規(guī)變電站更靠近供電區(qū)域的負(fù)荷中心，減少部分潮流在線路上流過(guò)的距離，在減少網(wǎng)絡(luò)有功損耗的同時(shí)，延長(zhǎng)了變電站供電半徑。在微電源規(guī)劃建設(shè)階段考慮這一因素?zé)o疑可以減少配電網(wǎng)的建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行成本。因?yàn)橄到y(tǒng)有功損耗的產(chǎn)生是由潮流流過(guò)線路電阻引起的，因此本文假設(shè)微電源接入系統(tǒng)后，系統(tǒng)的有功損耗全部由原系統(tǒng)電源提供，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的有功損耗進(jìn)行拆解，即可得到微電源接入系統(tǒng)后系統(tǒng)的有功損耗表達(dá)式為式下所示：

4 微網(wǎng)接入對(duì)保護(hù)帶來(lái)的影響

微網(wǎng)的接入點(diǎn)位于配電網(wǎng)，換言之，微網(wǎng)的電壓等級(jí)與傳統(tǒng)的配電網(wǎng)相同，所以考慮采用配電網(wǎng)的保護(hù)方式對(duì)微網(wǎng)以及微網(wǎng)所連接的配電網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)。但是，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)通常是單一電源的輻射結(jié)構(gòu)，當(dāng)微網(wǎng)接入后，網(wǎng)絡(luò)將變成一個(gè)多電源的結(jié)構(gòu)，這將導(dǎo)致原有的過(guò)電流保護(hù)失效。微網(wǎng)接入對(duì)保護(hù)帶來(lái)的影響有以下幾點(diǎn)：（1）由于配電網(wǎng)加上了DG，短路電流容量增大了。（2）由于不同的連接點(diǎn)和故障類型，故障電流路徑變得更加復(fù)雜甚至反向。（3）整流器的故障電流被限制到了2pu的額定電流。所以，對(duì)于孤島模式下的基于整流的微網(wǎng)不可能采用傳統(tǒng)的過(guò)電流保護(hù)。（4）由于網(wǎng)絡(luò)中變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，故障電流的設(shè)定時(shí)間發(fā)生變化。微網(wǎng)中的分布式電源多采用電力電子接口，這使得微網(wǎng)具有缺少慣性、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。若采用配電網(wǎng)相同電壓等級(jí)下的故障切除時(shí)間，容易使微網(wǎng)系統(tǒng)失去穩(wěn)定。（5）由于DG不可預(yù)測(cè)的動(dòng)態(tài)輸出功率特性，繼電保護(hù)的原有固定設(shè)定值可能變得無(wú)效。（6）網(wǎng)絡(luò)的三相平衡會(huì)被單相接入的微網(wǎng)破壞。

4.1 基于距離保護(hù)的保護(hù)方法

由于傳統(tǒng)的過(guò)電流保護(hù)不再適用于微網(wǎng)保護(hù)，所以學(xué)者們考慮將更高電壓級(jí)別所運(yùn)用的保護(hù)運(yùn)用于微網(wǎng)，比如距離保護(hù)或者縱聯(lián)保護(hù)。對(duì)微網(wǎng)距離保護(hù)的適應(yīng)性進(jìn)行了詳細(xì)分析，得出兩個(gè)結(jié)論：（1）距離保護(hù)會(huì)受到分布式電源提供的故障電流的影響，并不能對(duì)所有短路故障做出正確反應(yīng)，有時(shí)甚至?xí)鹁軇?dòng)。（2）短路點(diǎn)過(guò)渡電阻也會(huì)對(duì)距離保護(hù)產(chǎn)生較大影響。

采用了改進(jìn)式的距離保護(hù)，保護(hù)I段按照躲開(kāi)線路末端短路時(shí)的測(cè)量阻抗進(jìn)行整定，保護(hù)II段按照分布式電源接在保護(hù)安裝處的情況進(jìn)行整定。經(jīng)模型仿真驗(yàn)證方法可行。但是該保護(hù)方法針對(duì)于特定模型，且適用于微網(wǎng)構(gòu)架比較簡(jiǎn)單的情況，對(duì)于復(fù)雜網(wǎng)架不一定適用。

4.2 基于縱聯(lián)保護(hù)的保護(hù)方法

微網(wǎng)保護(hù)需要適用于并網(wǎng)運(yùn)行和獨(dú)立運(yùn)行兩種情況，傳統(tǒng)基于本地電氣量信息的保護(hù)很難實(shí)現(xiàn)這一功能。所以學(xué)者們開(kāi)始研究基于多端信息量的縱聯(lián)保護(hù)，該保護(hù)的基本思想是把高壓系統(tǒng)中成熟的縱聯(lián)保護(hù)原理移植到中低壓系統(tǒng)中，解決微網(wǎng)并網(wǎng)和孤島運(yùn)行時(shí)保護(hù)存在的各種問(wèn)題。縱聯(lián)保護(hù)分為縱聯(lián)比較式保護(hù)和縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)兩種。采用的是縱聯(lián)比較式保護(hù)。采用的是自適應(yīng)的相位比較式縱聯(lián)保護(hù)，經(jīng)仿真驗(yàn)證證實(shí)了方法的有效性。采用的是區(qū)域縱聯(lián)保護(hù)，它不同于傳統(tǒng)的“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”對(duì)等式保護(hù)，它通過(guò)在被保護(hù)區(qū)域的變電站中設(shè)置一個(gè)站級(jí)保護(hù)主機(jī)，而在不同的斷路開(kāi)關(guān)處設(shè)置從機(jī)，通過(guò)主從機(jī)之間的通信來(lái)實(shí)現(xiàn)縱聯(lián)比較信息的傳遞。

4.3 基于新原理的保護(hù)方法

除了傳統(tǒng)的保護(hù)及其改進(jìn)方法外，學(xué)者們還進(jìn)行了新方法的研究。比如諧波畸變法，基于序分量的保護(hù)方法等。

（1）諧波畸變法。提出了諧波畸變法THD的微網(wǎng)保護(hù)方法：通過(guò)相電壓的變化識(shí)別故障類型。正常運(yùn)行時(shí)微網(wǎng)與主網(wǎng)連接，配電網(wǎng)相當(dāng)于一個(gè)低阻抗的電壓源，微網(wǎng)的THD維持在較小值，約為0；當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，靜態(tài)開(kāi)關(guān)迅速動(dòng)作，微網(wǎng)進(jìn)入孤網(wǎng)運(yùn)行模式，此時(shí)，逆變器輸出電流所含諧波將增加，導(dǎo)致THD增大。因?yàn)楣收舷嗟闹C波畸變遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于非故障相，所以，只要將A、B、C相的電壓做離散傅里葉變換（DFT）轉(zhuǎn)換至頻域，比較THD的大小，即可輕易分辨出單相故障，相間故障和三相故障。但是，在網(wǎng)絡(luò)中加入幾種動(dòng)態(tài)負(fù)荷后，保護(hù)可能會(huì)拒動(dòng)。所以，諧波畸變法只能作為后備保護(hù)進(jìn)行使用。此外，THD的動(dòng)作邊界值的設(shè)定也沒(méi)有一個(gè)確定的方法。（2）基于序分量的保護(hù)方法。提出使用負(fù)序分量作為相間故障的判別原理，并通過(guò)PSCAD仿真驗(yàn)證了方法的可行性。卻指出由于微網(wǎng)可能接有不對(duì)稱，正常運(yùn)行時(shí)就有負(fù)序和零序分量，此時(shí)負(fù)序和零序分量已經(jīng)不僅僅是故障后出現(xiàn)的量了，因此序分量作為故障判據(jù)在微網(wǎng)中亦不能保證系統(tǒng)保護(hù)可靠動(dòng)作。

事實(shí)上，將電壓電流分解為正序、負(fù)序、零序的對(duì)稱分量法是基于系統(tǒng)線性的前提之下的。而微網(wǎng)是一個(gè)強(qiáng)非線性的系統(tǒng)，文獻(xiàn)中提到的負(fù)序、零序等等其實(shí)只是在按對(duì)稱分量法的算法算出的物理量，并非是實(shí)際意義上的負(fù)序和零序電量。所以，序分量法能否用于微網(wǎng)保護(hù)還需要更多的理論研究作為支撐。

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