微电网并网对电网的影响_陈丽娟

送功率减小，有助于提高配电网的静态电压稳定
性；但当 λ 较大时，可能导致配电网线路上功率
流动完全反向，使配电网节点电压产生较大波动，
反而减弱配电网的静态电压稳定性。
2.3 微电网并网对线路网络损耗的影响
根据 ２．２ 中式 （４） 和式 （９），比较微电网并
网前后线路 １２ 的功率损耗 ΔS１２ 得：
（３） 当 Pｍ＞Pｌ 时，线路 １２ 上会发生潮流倒向，
导致微电网接入点电压 V２ 大于 V１，同样对电网稳
定性产生不利影响。
另外，当微电网并入大电网后，大电网需要对
微电网提供无功支撑，同样会影响电网电压稳定性。
由此可知，当渗透率 λ＞０ 且较小时，微电网
向配电网输送一部分能量从而使大电网向配电网输
随着微电网并入电网的容量不断提高，微电 网与电网之间的作用机理引起了越来越多的专家 的关注。本文主要阐述了微电网不同渗透率对电 网潮流分布、网络损耗、暂态稳定性以及继电保 护的影响。而智能电网是未来电力系统的主要发 展方向，所以本文最后结合我国智能电网的发展， 对微网中分布式电源并网的发展前景进行了展望。
1 微电网的基本结构
微电网［６-８］是由风力发电、太阳能发电，燃气轮 机，储能电池等分布式电源组成的微型电力系统，
３６８
电力学报
第 ２９ 卷
Hale Waihona Puke Baidu
与传统的电力系统相比，它即可并网运行也可孤网 运行，其运行控制和保护难度更大，复杂性更高。 微电网的基本结构如图 １ 所示：
储能装置
储能装置
DC/AC
DC/AC
微网中分布式电源大多需要经过电力电子转换 器才能接入微电网系统，其中任何一种分布式发电 接入都会对系统产生影响，所以还需要能量控制系 统进行分析控制，并有潮流控制器实现系统能量流 动的实时控制。
2 微电网并网对电网稳定性的影响
微电网中分布式电源并入电网时会改变附近区 域电网的稳态潮流分布和能量流动的单向性，进而 对电网静态电压和网络损耗等产生一系列影响。 2.1 微电网并网对电网潮流分布的影响
电网
变电站 静态开关
Load：热负荷和电力负荷 Bus
Load 风电
AC/DC/AC
光伏电池 DC/AC
Load
Load
G
G 燃气轮机
Load
图 1 微电网的基本结构 Fig.1 The basic structure of the micro-grid
通过静态开关实现微电网并网与孤网两种运行 方式的平滑切换，当静态开关断开时，微电网孤网 运行，闭合时，微电网并网运行，静态开关还具有 继电保护的功能，当电网故障时，可自动由并网运 行切换到孤网运行，当故障消除时，自动实现并网 运行。
V２＝V１－
P１２R１２＋Q１２X１２ V1
．
（７）
当微电网接入此系统时，采用辐射状网络潮流
计算方法得：
S２１＝P２１＋jQ１２＝Sｌ－Sm＝（Pｌ－Pm）＋（j Qｌ-Qm）. （８） ΔS１２＝ P２１２V＋nQ２ ２１２（R１２＋jX１）２ ＝（Pｌ－Pm）V2＋（n２Qｌ-Qm）2（R１２＋jX１）２ ．
中渗透能量，此时，附近配电网由大电网和微电网
同时供电，改变了配电网的稳态潮流分布。
2.2 微电网并网对电网静态电压的影响
微电网一般位于电力系统的末端，电网结构比
较薄弱，而风电机组和光伏电池的输出功率随风
速、光照强度等不确定因素的变化而变化，导致微
电网渗透率实时改变和电网电压波动。
以二节点系统为例，如图 ３ 所示：
节点 ２ 的电压 V２ 为：
第５期
陈丽娟，等：微电网并网对电网的影响
３６９
２
２
姨1 1 1 1 V２＝
V１－
P１２R１２＋Q１２X１２ V1
＋
P１２X１２＋Q１２R１２ V1
． （６）
由于微电网一般接入附近配电网，又配电网的
馈线长度较短，即节点 １、２ 之间电压相角差较小，
所以节点 ２ 的电压可简化为：
0 引言
随着可再生能源及分布式发电的开发和利用， 微电网作为一种高效利用可再生能源的方式应运 而生，解决了分布式发电的单机接入成本高、并 网运行控制困难等问题。微电网通过静态开关并 入电网，即可并网运行也可孤网运行。但当其并 入电网时与电网相互作用，会对电网产生一系列 影响［１-２］。
微电网并网时，所有微型电源采用恒 ＰＱ 控制 策略。当主网故障，微电网孤网运行时，其中一 个微型电源将切换为 V／f 控制策略，对微电网系统 电压和频率直到支撑作用，其它微型电源保持 ＰＱ 控制运行，不能用与电压和频率的调整［３-５］，孤网运 行模式时，微电网内可以通过 Ｖ／ｆ 控制单元的功率 跟随特性来实现电力供需平衡，同时保证较高的 电压和频率质量。当微电网再次并网时，通过锁 相环控制，确保微电网和主网间的频率和电压相 位相角的一致，基本实现平滑、柔性并网。
V1 P12+jQ12
V2 R12+jX12 P21+jQ21
Pm+jQm 微电网
P1+jQ1
图 3 二节点系统 Fig.3 Two nodes system
图 ３ 中，Pｌ＋Qｌ 为节点 ２ 的负荷功率，Pm＋Qm 为
微电网的输出功率，P１２＋Q１２ 和 P２１＋Q２１ 为支路功率，
V１、V２ 分别为节点 １、２ 的电压，Vn 为系统额定电
V１
X１２ ．
（１１）
由式 （６） 和式 （１１） 可以看出：
（１） 当 Pｍ＜０ 时，微电网可看成大电网的一个
负荷终端，微电网接入点电压 V２ 下降，即此时微
电网并入电网会减弱电网电压稳定性；
（２） 当 ０＜Pｍ＜Pｌ 时，微电网接入点电压 V２ 上 升但始终小于 V１，即此时微电网并入电网会提高 电网电压稳定性；
率，Pｌ 为微电网中所有负荷功率。
当 Pm＜０ 时，微电网从大电网中吸收能量，相
当于大电网一个负荷终端，可以用传统的方法进行
运行和控制；当 Pm＝０ 时，即 λ＝０，这时可表示微
电网两种运行状态，即孤网运行和微电网满足自身
供需平衡，与电力系统之间无能量流动；当 Pm＞０
时，微电网相当于大电网中的一个电源，向大电网
第 ２９ 卷 第 ５ 期 ２０１４ 年 １０ 月
电力学报 JOURNAL OF ELECTRIC POWER
Ｖｏｌ． ２９ Ｎｏ． ５ Ｏｃｔ． ２０１４
·电 力 系 统·
文章编号：１００５－６５４８（２０１４）０５－０３６７－０５
中图分类号：ＴＭ７３
文献标志码：Ａ
DOI:10.13357/j.cnki.jep.002415
压值，ΔS１２ 为线路损耗。
当微电网未接入此系统时，采用辐射状网络潮
流计算方法得：
S２１＝P２１＋jQ２１＝Sｌ＝Pｌ＋jｌ ．
（３）
线路 １２ 上的功率损耗 ΔS１２： ΔS１２＝ P２１２V＋nQ２ ２１２（R１２＋jX１２）＝ PｌV２＋nQ２ ｌ２（R１２＋jX１２）． （４） S１２＝P１２＋jQ１２＝S２１＋ΔS１２＝Pｌ＋jQｌ+ PｌV２＋nQ２ ｌ２（R１２＋jX１２）. （５）
（School of Electrical Engineering, Shanghai DianJi University, Shanghai 200240, China）
ABSTRACT： The load distribution and the direction of energy flow would be changed when distributed generation in the micro-grid was connected to grid, which affects the stability of grid. This paper established the simplified model of the integration of Micro-grid, and analyzed the effect on load distribution, static voltage, network loss, transient stability and relay protection from the aspect of the structure of micro-grid, the permeability of micro-grid, the security and economy of grid. It provides some theoretical basis of the optimum Energy distribution and the advance of security and economy of grid. And at last, combined with smart grid, this paper discussed the development prospect of the integration of Micro-grid.
便研究微电网与大电网之间能量交换对电力系统的
影响，引入微电网渗透率如式 （１） 所示：
λ＝Pm／Pｓ ．
（１）
式 （１） 中，λ 表示微电网渗透率，Pm 为微电网与
电力系统之间的交换功率，Pｓ 为电力系统总功率。
微电网与电力系统的交换功率如式 （２） 所示：
Pm＝Pdg－PI．
（２）
式 （２） 中，Pdg 为微电网中分布式电源所发出功
（９）
S１２＝P１２＋jQ１２＝S２１＋ΔS１２＝（Pｌ－Pm）＋ （j Qｌ-Qm）+（Pｌ－Pm）2V＋（n２Qｌ-Qm）2（R１２＋jX１）２ . （１０）
节点 ２ 的电压为：
姨 姨 V２＝V１－
（Pｌ－Pm）+（Pｌ－VPm１）2R１２ Vn２
R１２ －
姨 姨 （Qｌ-Qm）+（Qｌ-VQnm）２ 2X１２
关键词：微电网；渗透率；分布式电源；潮流分布；电网 稳定性
基金项目：国家自然科学基金 （１１２０１２６７）；上海市自然科学基 金（１２ＺＲ１４１１６００）；上海市教育委员会科研创新重点项目（１２ＺＺ１９７）。
Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ（１１２０１２６７）； Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｎａｔｕｒａｌ ｓｃｉｅｎｃｅ ｆｕｎｄ ｐｒｏｊｅｃ（ｔ １２ＺＲ１４１１６００）；Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆ Ｓｈａｎｇｈａｉ ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ（１２ＺＺ１９７）．
微电网并网的简化模型如图 ２ 所示：
Pdg
Pm
Ps
微网 P1
静态 开关
电网 Ps1
图 2 微电网并网简化模型 Fig.2 The simplified model of the integration of micro-grid
传统的配电网中沿馈线不带集中式传统发电 机，有功潮流是从集中发电单元通过馈线流向终端 用户［９］，然而微电网的出现打破了这种局面。为方
（１） 当 Pｍ＜０ 时，微电网作为电网的负载，增
大线路上的能量流动即流过线路上电流增大，最终 导致线路功率损耗 ΔS１２ 增大；
（２） 当 ０＜Pｍ＜Pｌ 时，微电网向电网中负荷供 电，减小线路能量流动，从而使线路功率损耗 ΔS１２ 减小；
（３） 当 Pｍ＞Pｌ 时，线路上能量流动倒向，ΔS１２ 随 Pｍ 的增大而增大，特别是当 Pｍ＞２Pｌ 时，对线路 损耗的影响更为明显。
微电网并网对电网的影响
学科分类号：４７０４０
陈丽娟，王致杰，苏新霞，裴泽阳
（上海电机学院，上海 200240）
Impact of the Integration of Micro-grid to Grid
CHEN Li-juan, WANG Zhi-jie, SU Xin-xia, PEI Ze-yang
KEY WORDS： micro-grid； permeability； distributed generation； load distribution； stability of grid
摘要：微电网中分布式电源并入大电网时会改变电网的稳 态潮流分布和能量流动的单向性，从而影响电网的稳定性。 建立了微电网并网的简化模型，并从微电网结构、微电网 渗透率、电网运行安全型以及经济性等方面进行分析，阐 述了微电网并网对电网潮流分布、静态电压、网络损耗、 暂态稳定性以及继电保护的影响，对微电网并网的最佳能 量分布和提高电网的稳定性和安全性提供了一定的理论依 据。最后结合智能电网的发展，对微电网中分布式电源并 网的发展前景进行展望。