变电站用电系统中微网技术应用研究

变电站用电系统中微网技术应用研究
发布时间：2021-12-15T03:17:19.132Z 来源：《福光技术》2021年20期作者：李静杨坚平邹明浩
[导读] 基于当前能源紧缺的现实，新型可再生能源的开发与并网应用是必然。

广东电网有限责任公司梅州供电局广东梅州 514000
摘要：基于当前能源紧缺的现实，新型可再生能源的开发与并网应用是必然。

微型电网作为新能源发电系统的载体支持，体积小、使用便捷及靠近用户，备受关注，已经逐渐在变电站用电系统中得到广泛应用。

本文主要就变电站用电系统中微网技术的应用进行论述，在明确微网应用特点的基础上，重点明确站用微网系统结构设计思路和控制保护举措，主要集中在系统组成、运行方式、系统特点和系统结构设计论述等几方面，以指导微网技术在变电站用电系统中的创新应用。

关键词：变电站；用电系统；微网技术
作为国际能源及电力技术融合发展的前沿技术成果，微网的诞生带来分布式电源利用效率的稳步提升，且具有节能减排、确保供电安全的诸多优势，在主变电用电系统中扮演着重要角色。

目前，微网既可以与大电网并网运行，也可孤立运行，应用更灵活，应用范围更广。

变电站用电系统中微网技术的专题应用研究具有积极意义，这也是微网并网运用的关键。

当前变电站站用电量较大，省级电网可能对应几千个变电站，所有变电站站用电量累积数目惊人。

引入微网系统充分利用可再生能源，减少传统能源发电损耗，也带来能源结构的持续优化，真正指引社会走可持续发展之路。

1 微网技术的应用背景及原理
当前我们面临严峻的能源利用形势，特别是化石能源日渐枯竭，而化石能源使用中引发的全球变暖等环境生态问题也日益突出。

积极开发新能源、利用新能源是社会可持续发展的必经之路，当务之急是以新能源的开发进行能源结构的调整，关注能源使用效率和质量的提升，而新能源的发电应用对原有的变电系统提出新的要求，使用微网系统既能有效解决新能源使用与传统电力系统之间的矛盾，也可减少能源消耗，降低站用电率，提高站用负荷和供电可靠性。

微网系统是由分布式电源、储能装置、能量变换装置、监控装置以及保护装置等构成的综合小型发电用电系统，具有自我控制、自我保护、自我管理的功能，可与大电网并网运行，也支持独立运行。

微网作为小型的综合电力系统，可以完整发电、输电、配电，并进行局部功率的平衡调节，支持能量优化，是配电网中虚拟的电源或负荷，可以有效满足电力负荷聚集区域的能量需求，对比传统的输配电网，微网结构更灵活，其相当于大电网中的可控单元，在使用中不仅降低线损，且增加本地供电可靠性。

2 微网技术的应用特性
微网在变电站用电系统中的应用主要是通过低压配电网将各类负载和微型电源连接，减少损耗，发挥电源的即插即接特性，通过电力电子接口电路实现微网不同运行模式下的科学控制，方便实施电网检测和保护切断，让微网在不同运行模式间灵活切换、无缝对接。

对比传统大电网，微网自身特点明显。

2.1 多样性
微型电源组成比较丰富，传统电源之外又有可再生能源，而可再生能源又包括太阳能、风能、地热能、生物质能等等，微网中也包含储能设备，是系统稳定运行的条件支持。

微网对应的负荷类型较多，如敏感型、非敏感型、可控型及非可控性。

2.2 高效性
微网靠近用户侧，无需高电压，支持远距离传输，能实现热、电、冷三联供，大大减少能量损耗，带来能源利用的理想效果。

2.3 灵活性
鉴于微网属于微型电源及负荷打造的小型电力系统，可以通过储能系统与综合调控手段进行微网潮流平衡，使电力系统稳定、高效、高质运行。

2.4 可控性
在不同运行工况下微网可支持不同的运行方式，这使得微网操控更灵活，微网可靠性能稳定，安全更有保障。

2.5 交互性
微网属于具备独立发电功能的系统，可以为主网运行提供强有力支撑。

而主网也可以反过来向微网提供电能，这体现了两者之间的交互性。

2.6 独立性
微网可独立运行，这就很大程度上保障本地用电用户需求的满足，这也使得微网具有光明的应用前景。

3 变电站用电系统中微网系统结构设计
首先是明确系统组成。

微网系统由微网光伏发电系统、微网储能系统、微网配电控制系统、微网软件控制与监控系统等组成，不同系统又对应各自的组件。

其中微网软件控制与监控系统属于系统核心构成，实时监视控制其他系统按实际用电需求对负载进行有序供电，实现微网中电源处理与负荷的即时平衡，确保系统电压、频率相对稳定。

其次是明确运行方式，变电站站用电正常供电，微网系统接入380V 站用电I段光伏发电系统，对微网蓄电池充电储能达到总容量85%后，对380V站用电I段母线供电，供电过程中优先使用清洁能源。

当变电站站用供电发生故障时，微网控制系统将并网点母联开关断开，通过微网、蓄电池建立微网系统电压基准，将固定负载与事故照明为负载的离网系统作为事故处理照明供电电源。

当站用电系统恢复后系统进行电压、频率、相位差的检测，及时调整各逆变器电压相位，让微网母线电压、频率、相位等恢复正常，实现微网系统孤岛状态到并网运行状态的灵活切换。

再次是明确系统特点。

微网系统的应用提高可再生能源利用效率，减少站用电日常损耗。

在发生电源故障时，微网系统能为事故处理照明供电，减少站用蓄电池耗电量。

最后要落实好系统结构设计，以110KV某变电站应急发电车电源接入为例，系统图见图1，应急发电并列接入交流380V母线，微网与外部电网通过联络开关联系，选择主从控制模式，并网运行时微网发电作为站用电补充。

图1 110KV某变电站应急发电车电源接入系统图
4 站用微网系统控制及保护
4.1 明确控制保护方案
重点是光伏并网逆变器的控制与保护。

对应为电网过欠压保护输出、过流过载保护、防孤岛效应保护、低电压穿越、逆变器过载短路保护等，作为光伏并网发电系统的关键设备，采用先进的功率拓朴电路，优选高性能、寿命长的功率元件，确保整机可无故障工作20万小时以上，控制电路构架必须满足高精度控制要求，采用MPPT技术让太阳能电池板保持最大功率输出，设置完善的并网保护装置，支持主动与被动情形下防孤岛保护。

此外关注逆变器控制。

将逆变器与光伏组件电网连接，若光伏电压处于工作状态，逆变器则进入待机状态。

逆变器若处于运行状态，要求出现急停开关闭合、孤岛现象后逆变器能立即停机。

4.2 加强防雷保护
主要涉及到直流配电柜防雷保护、逆变器防雷保护、交流配电柜防雷保护以及监控系统防雷保护四大方面。

直流配电柜的防雷保护要求在直流配电柜每配电单元内加装C级直流电涌保护器，以避免过电流侵入逆变器，根据直流配电柜直流单元设定保护器数量。

逆变器防雷保护主要是于交流输出端加装三相交流电涌保护器，使逆变器交流侧避免受到网侧的过电压冲击，根据逆变器数量单元确定保护器数量。

交流配电柜防雷保护是于交流配电柜输出端加装三相交流电涌保护器，以减少交流配电柜遭受架空线路冲击的危害。

监控系统的防雷保护主要是在风速、风向、温度、日照、辐射等传感器输入端安装测控信号浪涌保护器，减少外部过电流的冲击，户外视频监控摄像头则加装三合一视频监控，防止摄像头遭雷击。

监控机房视频分配器与控制器对应加装视频信号浪涌保护器及控制信号浪涌保护器，保证机房内监控系统正常运行，在服务器网口加装网络信号防雷器，做好服务器的防雷应对。

5 微网技术的研究热点
当今能源日益紧张，绿色可再生能源的开发应用已经成为社会共识。

而在新能源发电中，微网系统功不可没，一座110KV变电站的微网系统每年可减少二氧化碳排放33吨，如果微网系统大范围推广，节约的燃煤量和减排的二氧化碳量十分惊人。

在微网技术的研究中也应关注一些核心要点。

5.1 大容量微网架构及建模仿真
研究的重点在于进行大容量智能化微网新型拓朴分析，进行不同拓扑数学建模，对新能源发电单元变流器、蓄电池、超级电容器等进行仿真分析。

5.2 不断优化微网中发电单元结构
电源结构设置的合理性对微网运行的经济性、安全性、稳定性有直接性影响。

今后微网系统研究中应着力优化电源结构。

考虑网损、电压改善、微网建设地点气候条件、燃料成本、设备投资成本等要素，进行发电单元结构的优化。

5.3 关注微网并入配电网产生的影响
微网接入配电网对配电网运行有一定的冲击，在研究中应重点关注使用系统电压稳定与协调控制技术进行配电网潮流短路计算及保护装置的改进。

鉴于微网系统并入带来电网电能质量或稳定性的降低实际，在微网孤岛运行时必须确保本地负荷供给有足够的功率和稳定的电压支持，可以尝试主从控制与下垂控制技术的运用。

微网内各个电力电子变流器按各自容量控制电源输出，并与大电网同步，即单位功率因数输出和较低的进网电流谐波含量。

5.4 微网智能监控及能量管理
一方面是微网储能方式的持续优化，蓄电池、超级电容储能作为主要的储能方式，动态响应时间常数不同，其中蓄电池充放电特性偏慢，超级电容充放电特性较快，可优化组合对负荷及可再生能源发电中快慢变化进行分别控制，减缓对微网整体的冲击。

另一方面要做好微网关键设备研制和微网技术标准的建立工作，双向变流器作为微网系统的重要装置，指令不同对应并网逆变器不同的工作模式，有电压源工作模式，有电流源工作模式，有同步整流器模式，有充放电控制模式，微网系统研发方应充分进行市场调研，进行微网智能监控及能量管理系统研制，确保产品市场定位准确。

要进一步明确微网技术标准，确定微网技术标准，让微网系统的使用有微网标准体系的支持。

6 结语
微网的问世及创新应用是解决当前能源紧缺问题及规避严重生态危机的有效支持，也带来多种能源结构的共存式发展，带来当前能源结构的优化，真正做到节能减排。

随着电力改革的深入，做好微网技术的推广应用和研发管理必不可少，真正实现电力电子技术、控制技术、信息技术的创新研发，为微网技术价值发挥提供更多元的技术支持，带来微网应用效益的逐步提升。

参考文献：
[1]李炳林,宋海燕. 无线传感网技术与无源光网络技术在智能电网用电采集系统中的应用[J]. 华东电力,2010,38(06):812-816.
[2]袁静. 无线传感网技术在智能电网用电信息采集系统中的应用[J]. 计量与测试技术,2010,37(08):5-7.
[3]杨明明. 智能电网用电采集系统中无线传感网技术以及无源光网络技术的应用探讨[J]. 科技创业家,2013(21):218.
[4]李涛. 微网中微电源的优化配置研究及综合经济效益分析[D].华北电力大学,2014.
[5]李鹏,张玲,盛银波. 新能源及可再生能源并网发电规模化应用的有效途径——微网技术[J]. 华北电力大学学报(自然科学版),2009, 36(01):10-14.。