高滲透率下微電網和大電網的作用機理研究

李明穎

摘要：經濟的發展，城市化進程的加快，人們對電能的需求也逐漸增加。作為集中式發電的補充，分布式發電技術正變得越來越成熟。隨著電能生產價格的不斷下降和政府的扶持，當今社會分布式發電技術的應用越來越廣泛，分布式電源逐漸增多，從而使電力系統的運行面臨更高的挑戰。一些分散的小容量分布式電源對電力系統運行人員是“不可控”和“不易控”的。所以，微電網的出現是大勢所趨。一方面，作為一種小型的電力系統，微電網具有良好的能量管理功能，從而保證了微電網的經濟運行;另一方面，微電網可被視為配電網中的一個“虛擬”電源或負荷。通過協調控制網內分布式電源的輸出功率，負荷可以被轉移到峰值并填充低谷，從而控制微電網與外部配電網絡之間的電力交換。降低了可再生能源發電功率波動對周邊用戶和外部配電網絡的影響，也有效降低了運營和規劃系統的復雜性。本文就高滲透率下微電網和大電網的作用機理展開探討。

關鍵詞：微電網;動態等值模型;動態響應;分層控制策略

引言

微電網容量的快速增長以及分布式微源所占比重的不斷提高，對大電網的穩定運行產生一定影響。因此，針對高滲透率下分布式發電接入大電網，對電網運行的暫穩態影響進行相關技術研究，將具有重要的理論意義和實用價值。

1微電源與大電網互聯簡述

目前，雖然分布式發電得到了大力的推廣，但是在實際的電力并網過程中存在著很大的問題。分布式電力系統由于發電量的不穩性，其功率的變化會對整個電網的運行穩定性造成波動，特別是越來越多的孤島運行微電源接入電網后，對大電網引起的波動更大。由于我國分布式微源的起步相對較晚，對分布式微源接入電網后穩定運行的經驗不足，所以，我國對于不同滲透率下的微源入網仍處于研究探索階段。

2大電網與微網相互作用的機理

在微網和大電網并聯運行中，微網對大電網所表現的電氣特性較復雜。研究微網與大電網相互作用的機理首先應考慮建立含有微網的大電網仿真平臺，而其中最主要的任務是對微網的建模。其仿真平臺的準確性、仿真速度和規模將決定以后能夠開展研究課題的內容和正確性，具有重要的意義。另外，微網接入后，大電網首先要研究的就是自身的穩定安全問題。當微網的滲透率能夠影響到大電網的電壓頻率和功角穩定性時，微網對大電網穩定性的影響形勢、內在機理及大電網提高穩定性的策略等問題就需要盡快開展研究。其中，微網中的DG在擾動下的運行特性不同，這導致了當含有大規模微網接入的大電網在大、小不同的擾動下，與傳統的電力系統在進行穩定理論分析、提高穩定性手段等問題上存在很大的不同。并且，微網的接入改變了大電網的電壓水平和潮流分布，給原有的大電網調壓調頻手段帶來很大影響。在含有微網的大電網電能質量方面，針對DG輸入能量不恒定、隨機變化、含有大功率電力電子變換裝置等特點，探討以下2類作用機理：一是探討微型電網在獨立或并網2種穩態下，微型電網與外網配電網及其公共連接點處以波形畸變和隨機波動為特征的穩態電能質量擾動產生機理和分布規律;二是探討在微網并網與解網、微電源投退與切換、負荷沖擊、故障等暫態過程中，電壓或電流短時嚴重偏離其額定值或理想波形的暫態電能質量擾動產生機理和傳播特性。目前中國在這二者作用機理方面的研究基本處于起步階段，擬研究的主要課題包括：微網穩、暫態運行特性的理論分析及建模方法的研究;微網對大電網的電壓、功角和頻率穩定運行的作用機理和對應措施的研究;微網與大電網控制系統及故障過程相互作用機理的研究和微網所引起的大電網電能質量的研究。高滲透率下微網與大電網相互作用機理研究的目的就是要揭示出二者相互作用的本質，發展相關的理論和方法，為含微網大電網系統的穩定性分析與控制奠定理論基礎。

3微電網的動態等值模型

（1）微電網動態等值的定義.圖1展示了一個通過公共連接點（PCC）連接于中壓電網的微電網的結構示意圖。圖中虛線框內的微電網是需要被等值模型代替的部分，稱為外部區域或待辨識系統;其余部分稱為內部區域或保留系統。（2）基于黑盒模型的動態等值方法。人工神經網絡（ANN）一直是最流行的系統辨識方法，因為ANN在非線性動態系統建模中有很大的先天優勢，即僅僅由測量數據便可以得到動態特性，因此一直是系統辨識研究的核心。（3）基于物理模型的動態等值.黑盒模型完全是數學上的等效方法，而關于物理模型的動態等值是選擇一個和待辨識系統具有類似動態特性的物理模型來替代待辨識系統，該物理模型通常是已知的。（4）兩種等值方法的比較。兩種等值模型中，神經網絡模型具有較高的擬合精度，但基于物理模型等值的方法可以使得等值模型中的參數具有一定的物理意義，相對神經網絡而言在線修改相對方便一些，因此從便于在線修改的角度而言，采用基于物理模型等值的方法更佳。但問題是微電網中的微源類型多樣，控制策略各異，因此如何選擇一個合適的物理模型對微電網進行動態等值是需要進一步研究的問題。

圖1微電網和大電網連接示意圖

4高滲透下分布式發電對大電網穩定性的影響

（1）動態特性分析。通過微電網集合的分布式電站的電能接入大電網后，勢必會不同程度的對大電網的運行造成一定的影響，因此，可以通過電能接入前通過設置變壓器進行變壓處理的方法來減少對大電網的影響。在進行動態特性研究時應首先設定電力輸電線路三相短路，在發生故障的過程中來通過逆變器與電網進行連接。電能通過逆變器接入大電網后產生的功率特性曲線是不斷變動的，應將滲透率盡量保持在變化的峰值范圍內，使接入電能的電壓對整個系統電壓起到一定的支撐作用，否則，可能會引起輸電系統的整體震蕩。對微電網的接入策略根據實際情況進行一定的調整，使接入電能可以在電壓和頻率上盡量與大電網中的輸送電能盡量保持一致，這樣才能使大電網保持相對穩定運行。（2）靜態電壓穩定性。對于分布式發電對電網穩定性的研究應通過對微源入網的建模開始著手，根據理論上的不斷進步來促進實踐中的成功。隨著我國對清潔能源開發力度的加大，越來越多的分布式發電系統應運而生，大量的分布式電力系統可以產生大量的電力能源，分布式發電系統對于多余的電能必須進行接入電網處理，由于分布式電源的不穩定因素，所以給整個電力系統造成了很大的壓力。微電網可以對區域內的分布式發電量進行集合，然后輸送到大電網中，導致電網中產生了高電抗的情況，影響輸電網絡的穩定性。通過對靜態電壓穩定性的研究可以更好的了解電能接入電網后的運行情況，在不同的滲透率下電網運行過程中的波動明顯不同，接入電網滲透率不斷加大的過程可以使微電網對整個大電網的電壓起到一定的支撐作用。但是在隨著滲透率的不斷加大，會使電網中的原本穩態受到破壞，其中包括運行電壓的不穩定性和輸送功率的不穩性，因此，在微電網接入大電網是應對微電網的滲透率進行一定的控制，找到一個合適的平衡點，盡量減少對大電網運行的影響。

結語

微網的大規模接入必將對大電網的穩態潮流分布、暫態故障特性產生重大影響，給大電網的規劃設計、調度運行和保護控制及緊急控制方案等方面帶來新的問題，有必要開展大電網應對微網的策略體系研究。

參考文獻

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