高渗透率分布式电源接入下电网面临的问题及保护技术

2 DG接入电网面临的技术问题
研究DG对外部所呈现的功率输出变化特性，构建相应模 型；研究在规划年限内大量DG不断接入下的中长期负荷 预测的基本方法.
2.2含高渗透DG的大电网的优化规划与可靠性评估--关键课题 负荷预测
评价标准
研究高渗透率下DG接入后含 环境因素的新经济性评价标准
电源规划
研究常规发电能力与分布式发电 能力间优化协调策略
3风场并网保护构建策略 3 DG接入下电网保护的研究现状 （2）在含DG的配电网保护方案方面，有以下技术思路： 1) 在DG的并网线上串联电抗器来减小DG的助增电流，保证原有电流 阶段式保护正常工作。
2) 以原有保护不作较大改动，并有较好的灵敏度和配合裕度为限制条 件，计算馈线允许接入DG的数量、容量和位臵。
3) 利用距离保护受系统运行方式影响较小，其I，II段的测量元件具 有明确的方向性的特点，将距离保护应用于含DG的配电网中。 4) 运用通信手段实现纵联保护或研究基于多点信息的集成式保护的原 理和方法，是当前研究的热点。探讨智能电子装臵、分布式人工智能 (DAI)技术、多agent系统(MAS)以及通信技术在保护、控制新原理和 方案中的应用。
冰灾时贵州线路受损严重
供能技术的研究，期望能优化电网资 源，提高供电可靠性。
美加大停电时纽约的夜景
1 背景及研究内容
（三）我国将分布电源列为重点攻关课题 例如：国家电网公司在其“十二五”科技发展规划中，7个 研究领域中的3个支撑研究领域：大电网安全与控制、网源协调 、配用电中都涉及到了分布式能源新技术；在网源协调技术和 配用电技术中，分布式供电更是单独作为一个重要研究方向被 提出。
10KV母线 690V母线
双馈电机
风
参数测定与目标值给定
联络线
PWM
PWM
主动crowbar保护 Rcb =0.1 Ω
ULref _
_ _ dc
URref _
转子侧功率控 制器
E Qref
网侧控制器
P Qref ref
ห้องสมุดไป่ตู้
图1 双馈风力发电系统的故障仿真模型
4 双馈风机并网保护研究 4.1 双馈电机的“多态”故障特性
3 DG接入下电网保护的研究现状 3风场并网保护构建策略
（3）在分布式电源并网运行方式及接入处的保护构建方面 ，少有相关文献进行研究。 IEEE1547系列标准制定了当前 DG的并网运行规程，一般是是基于DG并网不影响原有配电 网保护控制系统正常工作的原则提出的，这将导致分布式电 源在故障过程中频繁退出，极大降低了分布式电源的利用率 ，且难以实现对电网在故障紧急情况下的电源支持。
2
3
研究DG控制管理与大电网EMS的协调配合机制；研究高渗透率下 含DG的大电网运行方式的快速分析与决策方法。 。
2 DG接入电网面临的技术问题
4
研究高渗透率下含DG的大电网电能质量检测、分析理论和综合 控制方法。
研究DG与大电网平滑并网与分离的方法与控制策略；
5
6
研究含DG的大电网黑启动模式；研究DG故障或退出情况下， 大电网对关键负荷紧急支援的控制策略。
DG的特性及并网
微网关键技术
微网关键设备
分布式供电
含DG的配电网技术 虚拟电厂技术 DG供电试验及示范工程
1 背景及研究内容
1.2 报告研究的主要内容
以含有分布式发电（DG）的电网系统为研究对象： （1）论述高渗透率DG接入下电网面临的主要技术问题 （2）探讨继电保护领域关注的问题和 双馈风电场并网保护相关技术
高渗透率分布式电源接入下
电网面临的问题及保护技术
华中科技大学电气与电子工程学院 尹项根、张哲、撖奥洋 —— 2010年8月 ——
主要内容
1 概述 —— 背景与研究内容
2
DG接入下电网面临的主要技术问题
3
4
DG接入下电网保护技术的研究现状
双馈风机接入配电网并网处保护研究 结语
6
1 概述
1 背景及研究内容
对于双馈直驱式风机旋转电源，应计及转子侧励磁特 性、crowbar保护动作特性以及电机的功率解耦策略 等对短路电流的影响； 对于逆变器电源，应考虑电压控制策略以及功率器件 的过流和过压保护等因素的影响 对于以微网方式接入的分布式电源，则需考虑解列控 制对短路电流的影响 根据继电保护特性研究和整定计算的应用要求，提出 相适应的电源简化数学模型，该模型应能准确反映不 同分布式电源的短路电流外部故障特征
稳定性机理分析
2 DG接入电网面临的技术问题
电能质量问题
1、公共连接点处以稳态电能质量扰动产生 的机理和分布规律 2、DG投退与切换、负荷冲击、故障等暂态 过程中，电压或电流短时严重偏离其额定 值或理想波形的暂态电能质量扰动产生机 理和传播特性
DG故障暂态机理
1、研究DG故障暂态特性 2、建立能够表征DG故障特性的暂态模型 3、故障穿越运行的DG影响大电网原有保护 及紧急控制装臵的机理。
2 DG接入电网面临的技术问题 2.4 含高渗透DG的大电网的继电保护与安全自动控制技术—关键课题 对原有保护影响评估
DG 在 不 同 接 入 位 臵 、 接入容量、渗透率情况 下，对大电网各种保护 造成的影响，建立影响 大电网保护系统评价体 系。
新型保护系统构建
研究含有高渗透率DG的大电网保 护的基本理论、构建模式、整定 配合原则，探讨新的保护理论、 方法，为保证大电网的运行安全 提供理论和技术支撑。
无功优化
研究不同类型DG接入后配电网的无 功优化方法；研究DG接入后对传统 的无功补偿市场格局的影响，针对不 同的无功电源供应商的具体特点，建 立完备的无功补偿市场规范
网架结构
研究适合于高渗透率DG接入的 配电网网架结构，提出新型配 电网网架经济性评估方法 ，考 虑有分布式电源支撑的新的供 电可靠性评估方法
1 背景及研究内容 国家电网公司“十二五”科技发展规划三个研究领域
大电网安全与保护技术 网源协调技术 配用电技术
新能源、分布式电源 仿真建模
新能源发电及接入
分布式供电
大规模新能源发电并网基 础平台研究建设
新能源智能发电技术研究 新能源发电输送技术
新能源发电及接入
分布式新能源与配用电协 调发展技术 新能源智能调度支撑技术
4 双馈型风机接入配电网 并网处保护研究
4 双馈风机并网保护研究 4.1 双馈电机的“多态”故障特性
外部故障时，双馈电机提供的短路电流大小以及衰减特性与传统的同 步电机相比存在较大差异。本文从继电保护的的研究和应用角度出发，建 立了较为完备的双馈风力发电系统的故障仿真模型，重点考虑了短路故障 下的crowbar保护的动作行为和P-Q控制策略下的转子励磁逆变系统的响应 特性。仿真系统如图1所示。
(1)双馈电机发生近端短路故障：转子内的电压能从转差电压激升到定 子电压值附近，保护转子逆变器的crowbar保护电路在故障发生后的几个 毫秒内动作，短接转子绕组，定子电流仿真波形：
分布式电源与大电 网相互作用机理
含高渗透DG的大电网 的继电保护与安全自 动控制技术 含高渗透DG的大 电网的电能交易 模式与技术
2 DG接入电网面临的技术问题
2.1 分布式电源与大电网相互作用机理—关键课题
DG外特性建模
1、不同微电源的外特性以及运行约束条件 2、建立适用于静态动态分析的DG系统等值计算 模型 1、DG接入大电网的功率传输极限 2、高渗透率下DG随机切入切出对大电网造 成的低频振荡模式 3、高渗透率DG低压穿越运行对大电网稳定 影响
研究DG接入后对原有的电能交易模式 的影响。原有的联营、双边和混合交 易模式也必然要做出相应的变化以适 应新的电能交易的要求。
在电力市场环境下，建立由不同类型 DG和用户进行电能交易的经济模型 研究鼓励可再生能源参与电力市场竞 争的政策激励机制。 研究含DG的电力市场的市场机制与竞 价策略。分布式电源与负荷将参与大 电网的竞价，竞价的结果决定分布式 电源与大电网的功率交换量和相应的 电价。
1.1 课题的背景
（一）国家层面的战略规划 加快可再生清洁能源的发展和高效 利用已成为我国能源领域的重点发 展战略之一。分布式供能为实现这 一目的，提出了技术上的可能。
1 背景及研究内容
（二）现有电网存在重大事故风险 近年来美加“8.14”大停电、我
国南方冰灾大停电等一系列严重事故，
促使世界各国特别是经济发达地区积 极开展有别于集中传输模式的分布式
2 高渗透率DG接入下电网面临 的主要技术问题
2 DG接入电网面临的技术问题
相对于大电网，DG存在着并网运行、大电网故障 时故障穿越运行、解列组网自治运行、重新并网等多 种运行状态。DG的大规模接入必将对大电网的稳态潮 含高渗透DG的大电网 含高渗透DG的大电网 运行与控制技术 的优化规划与可靠性 流分布、暂态故障电流分布产生重大影响，在大电网 评估 的规划设计、调度运行和保护控制等方面带来新的问 题。总体上看，需要研究的重点主要包括：
电能交易模式
3 DG接入下电网保护技术 的研究现状
3 DG接入下电网保护的研究现状
（1）在分布式电源的故障暂态特性方面，现有的研究 一般认为，诸如光伏、燃料电池等基于逆变器接入的 DG电源，其向电网馈入的短路电流对系统故障电流水 平的影响较小，故更多关注旋转类电机的故障特性。从 现有的文献所提出的保护方案看，一般将DG简化为不 计衰减的恒定电流源或含内阻抗的恒定电势源。 主要问题： 1)随着DG的大规模接入和逆变器单元容量的不断增加，需要对基于逆变 器类电源的故障特征有更全面的认识，包括最大冲击电流、暂态衰减时 常，故障过程中逆变器控制器和限流保护的动态行为等重要特性。 2)需要考虑不同分布式电源所提供的短路电流的特性差异，考虑分布式 电源在电网故障期间可能存在的间断性供电的特殊性，简化的分析结果 往往与实际情况存在较大不同，难以满足保护特性分析和整定计算的应 用要求。
新型电网运行方式及保护配合机制
根据DG的类型、接入方式和其在配电网中的作用 ，从保证大电网和DG运行安全的角度出发，研究 不同分布式电源解列和故障穿越运行的基本原则， 以及配电网保护与DG保护的协调配合机制
2 DG接入电网面临的技术问题 2.5 含高渗透DG的大电网的电能交易模式与技术—关键课题
在整定计算方面，应重点研究DG所提供的短路电流 “多态”性，以及DG运行方式多变等因素对整定计 算的影响，针对不同的保护原理和配置模式，提出相 应的整定计算原则与和方法
3 DG接入下电网保护的研究现状 3风场并网保护构建策略
（3）配电网保 护与分布式电源 保护之间协调配 合机制的研究
配网发生故障后，DG是以岛形式运行还是从 配网中退出运行或者做穿越故障运行，应根据 配网和电源本身的运行安全，以及兼顾配网用 户和分布式电源的所有者利益等方面综合考虑 。 保证配电网和分布式电源运行安全的角度出发 ，根据分布式电源的类型、接入方式和其在配 电网中的作用，研究提出不同分布式电源解列 和故障穿越运行的基本原则 。 对配电网保护与分布式电源保护的协调配合机 制进行研究，以期在保证运行安全的前提下， 提高分布式电源，尤其是直接馈入式分布式电 源的利用率。
（1）不同类型分 布式电源短路电 流的“多态”性 研究及仿真计算 模型的建立。
（2）新型配电 网保护系统的 构建及整定计 算的研究。
提出不同渗透率情况下配网保护系统的构建方案和应 对措施，包括配电网主保护的改进与调整，DG故障 穿越运行下的重合闸方式与保护的协调配合机制 针对具有高渗透率分布式电源配电网后备保护配合复 杂的问题，探讨利用网内多点综合信息，采用自适应 技术改进后备保护性能的途径
综上所述 —— DG的高渗透率接入，对配电网的故障特性、保护构建模式带来了深刻 的影响，存在大量的理论和技术问题亟待解决。从现有的文献来看， 迄今的研究工作基本还停留在初步的理论研究和探讨阶段，仍存在大 量的理论和技术问题需要解决。 特别是以下几个方面的研究工作亟待深入：
3 DG接入下电网保护的研究现状 3风场并网保护构建策略
2 DG接入电网面临的技术问题
2.3 含高渗透率DG的大电网运行与控制技术--关键课题
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研究分布式电源的功率输出随机特性及其对大电网负荷预测的影响， 研究高渗透率下含DG的大电网短期负荷预测新算法 研究高渗透率下DG并网对大电网经济运行的影响，考虑对目前大电 网调度技术与规范的改进措施；研究高渗透率并网条件下DG的优化 调度方法