分布式电源并网技术的分析介绍

1.分布式电源接入影响

对于电网调度而言，接入10kV以下小容量的分布式电源并未纳入其监控范围，是“不可见”的，而接入10kV级以上的容量稍大的光伏、风电能间歇性分布式电源，由于出力受到自然条件限制，这些电源又是“不可控”的。

分布式电源形式多种多样，主要是变流器、同步电机和感应电机。各种分布式电源有自身的运行特性，且都靠近用户，这将改变传统的电力系统辐射状的供电结构，对电网的安全稳定运行产生影响，分布式电源在电能质量、有功/无功控制、安全、保护和通信方面也需要有统一的标准要求才能保证分布式电源的规范化发展，保证电力系统的安全可靠供电。

图5-8　分布式能源并网

2.我国分布式电源发展趋势

我国分布式电源发展趋势见表5-3。

表5-3　我国分布式电源发展趋势

3.分布式电源接入对配电网规划的影响

（1）提高了配电网规划适应性要求。位置和规模不合理的分布式电源的可能导致配电网的某些设备利用率降低、网损增加，电网可靠性降低，使电力公司经济效益下降。为实现分布式电源与配电网协调发展，在选择最优电网规划方案时须考虑分布式电源接入的适应性。

（2）增加了规划区电力负荷的预测难度。由于规划区内用户可根据自身实际需要安装使用分布式供能系统，为自身及规划区其他用户提供电源，与电力负荷相抵消，对规划区负荷增长的模型产生影响，从而更难准确预测电力负荷的增长及空间负荷分布情况。

（3）加大了配电网规划的不确定性。规划区用户分布式供能系统安装点存在不确定性，而可再生能源发电，由于其输出电能常受到气候等自然条件的影响，输出电能有明显的随机特性，使变电站的选址、配电网络的接线和投资建设等规划工作更加复杂和不确定。

4.分布式电源接入对电能质量的影响

（1）电压偏差。分布式电源的接入会给配电网电压调整造成困难。因为负荷潮流变化大，使馈线上的电压幅值发生变化，调整和维持困难，电压可能超标；分布式发电的频繁启动使配电网电压常常发生波动。

（2）电压闪变。电压闪变是灯光照度不稳定而造成的视感。传统电网引起电压闪变的主要原因是负荷的瞬时变化。分布式电源接入后，分布式电源的启动、输出功率的短时剧变以及分布式单元与系统中电压反馈控制设备相互作用都可能引起电压闪变。

（3）谐波。分布式电源在下列情况下可能引入谐波：①分布式电源本身就是一个谐波源；②分布式电源经基于电力电子技术的逆变器接入配电网。

5.术语与定义

（1）分布式电源。分布式电源指接入35kV及以下电压等级的小型电源，包括同步电机、感应电机、变流器等类型。

（2）变流器（converter）。用于将电能变换成适合于电网使用的一种或多种形式电能的电气设备。

变流器具备控制、保护和滤波功能，用于电源和电网之间接口的静态功率变流器。有时被称为功率调节子系统、功率变换系统、静态变换器，或者功率调节单元。

由于其整体化的属性，在维修或维护时才要求变流器与电网完全断开。在其他所有的时间里，无论变流器是否在向电网输送电力，控制电路应保持与电网的连接，以监测电网状态。“停止向电网线路送电”的说法在变流器使用规定中普遍使用。应该认识到在发生跳闸时，例如过电压跳闸，变流器不会与电网完全断开。变流器维护时可以通过一个电网交流断路开关来实现与电网完全断开。

（3）孤岛现象（islanding）。电网失压时，电源仍保持对失压电网中的某一部分线路继续供电的状态。孤岛现象可分为非计划性孤岛现象和计划性孤岛现象。

（4）防孤岛（anti-islanding）。防止非计划性孤岛现象的发生。非计划性孤岛现象发生时，由于系统供电状态未知，将造成以下不利影响：①可能危及电网线路维护人员和用户的生命安全；②干扰电网的正常合闸；③电网不能控制孤岛中的电压和频率，从而损坏配电设备和用户设备。

6.接入系统原则

（1）并网点的确定原则为电源并入电网后能有效输送电力并且能确保电网的安全稳定运行。

（2）当公共连接点处并入一个以上的电源时，应总体考虑它们的影响。原则上电源总容量不宜超过上一级变压器供电区域内最大负荷的25%。

（3）分布式电源接入电压等级宜按照。200k W及以下分布式电源接入0.38kV电压等级电网；200k W以上分布式电源接入10kV（6kV）及以上电压等级电网。经过技术经济比较，分布式电源采用低一电压等级接入优于高一电压等级接入时，可采用低一电压等级接入。

分布式电源接入低压电网时需考虑公共连接点处是否已有其他电源并网，分布式电源并网点的不同选择可能会对电网的电压稳定和安全保护带来不同的影响；并网点的确定原则必须总体考虑各分布式电源的共同影响，选择合适的并网点，最小化分布式电源对电网的影响。

为防止逆流对上一级电网产生较大的影响，导致上一级电网需要在继电保护设置等方面做出大范围的调整，分布式电源所产生的电力尽量在本级配电区域内平衡，分布式电源总容量原则上不宜超过上一级变压器供电区域内最大负荷的25%。这里所说的容量都是电源的装机容量，由于实际中可能存在特殊电源结构和负荷特性，特殊情况可做特殊处理，主要保证分布式电源输出不会对上一级电网运行造成大的影响。

7.电能质量

一般性要求：分布式电源并网前应开展电能质量前期评估工作，分布式电源应提供电能质量评估工作所需的电源容量、并网方式、变流器型号等相关技术参数。电能质量各项指标的具体要求：谐波—GB/T 14549—1993《电能质量公用电网谐波》；电压偏差—GB/T 12325—2008《电能质量供电电压偏差》；电压波动和闪变—GB/T 12326—2008《电能质量电压波动和闪变》；电压不平衡度—GB/T 15543—2008《电能质量三相电压不平衡》；直流分量—IEEE—1547；电磁兼容—分布式电源设备产生的电磁干扰不应超过相关设备标准的要求，同时，分布式电源应具有适当的抗电磁干扰的能力。

8.功率控制和电压调节

（1）有功功率控制。通过10（6）～35kV电压等级并网的分布式电源应具有有功功率调节能力，并能根据电网频率值、电网调度机构指令等信号调节电源的有功功率输出，确保分布式电源最大输出功率及功率变化率不超过电网调度机构的给定值，以确保电网故障或特殊运行方式时电力系统的稳定。

（2）电压/无功调节。分布式电源参与电网电压调节的方式包括调节电源的无功功率、调节无功补偿设备投入量以及调整电源变压器的变比。

（3）分布式电源参与电压与无功调节。通过0.38kV接入电网——功率因数应在0.98（超前）～0.98（滞后）范围。通过10（6）～35kV接入电网：同步电机类型，机端功率因数在0.95（超前）～0.95（滞后）范围内连续可调，并参与并网点的电压调节；异步电机类型，并网点处功率因数在0.98（超前）～0.98（滞后）范围自动调节的能力，有特殊要求时，可做适当调整以稳定电压水平；变流器类型，功率因数应能在0.98（超前）～0.98（滞后）范围内连续可调，有特殊要求时，可做适当调整以稳定电压水平。在其无功输出范围内，应具备根据并网点电压水平调节无功输出，参与电网电压调节的能力。

分布式电源有功功率和无功功率控制是一个非常重要的能力。目前，功率控制可能最广泛地用在发生事故系统能力降低的情况下，以帮助系统恢复正常运行，以防止事故扩大。

在有功功率控制和无功功率控制方面，对通过10kV（6kV）及以上电压等级并网的分布式电源，要求能够参与电网运行调节，支撑电网运行，以确保电网故障或特殊运行方式时电力系统的稳定。

通过380V电压等级并网的分布式电源容量一般都非常小，功率控制对电网的支持非常有限，考虑到成本和技术因素，在有功功率控制上不做出要求，功率因数也只需在0.98（超前）～0.98（滞后）之间即可。

由于同步电机类型、异步电机类型和变流器类型分布式电源无功调节能力和调节方式不一致，其功率因数的范围要考虑到各类型分布式电源的调节能力。

9.电压电流与频率响应特性(www.xing528.com)

（1）电压响应特性。当电网电压过高或者过低时，要求与之相连的分布式电源做出响应。该响应必须确保供电机构维修人员和一般公众的人身安全，同时避免损坏连接的设备。当并网点处电压超出表5-4规定的电压范围时，应在相应的时间内停止向电网线路送电。此要求适用于多相系统中的任何一相（表5-4）。

表5-4　电压响应特性

（2）频率响应特性。对于通过0.38kV电压等级并网的分布式电源，当并网点频率超过49.5～50.2Hz运行范围时，应在0.2s内停止向电网送电。通过10（6）～35kV电压等级并网的分布式电源应具备一定的耐受系统频率异常的能力，应能够在如表5-5所示电网频率偏离下运行。

表5-5　频率响应特性

（3）过流响应特性。在120%额定电流以下，变流器类型分布式电源可靠工作时间不小于1min；在120%～150%额定电流内，变流器类型分布式电源连续可靠工作时间应不小于10s。

（4）最大允许短路电流。分布式电源提供的短路电流不能超过一定的限定范围，考虑分布式电源提供的短路电流后，短路电流总和不允许超过公共连接点允许的短路电流。

10.安全

（1）一般性要求。为保证设备和人身安全，分布式电源必须具备相应继电保护功能，以保证电网和发电设备的安全运行，确保维修人员和公众人身安全，其保护装置的配置和选型必须满足所辖电网的技术规范和反事故措施。分布式电源必须在并网点设置易于操作、可闭锁、具有明显断开点的并网断开装置，以确保电力设施检修维护人员的人身安全。

（2）安全标识。0.38kV电压等级并网的分布式电源，连接电源和电网的专用低压开关柜应有醒目标识。标识应标明“警告”、“双电源”等提示性文字和符号。10（6）～35kV电压等级并网的分布式电源根据GB 2894《安全标志及其使用导则》在电气设备和线路附近标识“当心触电”等提示性文字和符号。

分布式电源接入低压电网，直接靠近用户侧，人身和设备安全非常重要。一方面，分布式电源的并网设备或分布式电源安装附近应有明显的安全标识，提醒公众注意安全，防止触电事故发生；另一方面，分布式电源必须在并网点设置易于操作、可闭锁、具有明显断开点的并网断开装置，使得电力设施检修维护人员能目测到开关的位置，确保人身安全。

当分布式电源变压器的接地方式与电网的接地方式不配合，就会引起电网侧和分布式电源侧的故障传递问题及分布式电源的三次谐波传递到系统侧的问题，因此，分布式电源的接地方式应和电网侧的接地方式保持一致，并应满足人身设备安全和保护配合的要求。

11.继电保护与安全自动装置

（1）一般要求。分布式电源的保护应符合可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求，其技术条件应满足GB/T 14285—2006《继电保护和安全自动装置技术规程》和DL/T 584—2007《3～110kV电网继电保护装置运行整定规程》的要求。

（2）元件保护。分布式电源的变压器、同步电机和异步电机类型分布式电源的发电机应配置可靠的保护装置。分布式电源应能够检测到电网侧的短路故障（包括单相接地故障）和缺相故障，短路故障和缺相故障情况下保护装置应能迅速将其从电网断开。

（3）系统保护。通过10（6）～35kV电压等级并网的分布式电源，宜采用专线方式接入电网并配置光纤电流差动保护。在满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性要求时，线路也可采用“T”接方式，保护采用电流电压保护。

（4）防孤岛保护。同步电机、异步电机类型分布式电源，无需专门设置孤岛保护，但分布式电源切除时间应与线路保护相配合，以避免非同期合闸。变流器类型的分布式电源必须具备快速监测孤岛且监测到孤岛后立即断开与电网连接的能力，其防孤岛保护应与电网侧线路保护相配合。

（5）故障信息。接入10（6）～35kV电压等级的分布式电源的变电站需要安装故障录波仪，且应记录故障前10s到故障后60s的情况。该记录装置应该包括必要的信息输入量。

（6）恢复并网。在电网电压和频率恢复正常后，通过380V电压等级并网的分布式电源需要经过一定延时时间后才能重新并网，延时值应大于20s，并网延时由电网调度机构给定；通过10（6）～35kV电压等级并网的分布式电源恢复并网必须经过电网调度机构的允许。

分布式电源应配置继电保护和安全自动装置，保护功能主要针对电网安全运行对电源提出保护设置要求确定，包括低压和过压、低频和过频、过流、短路和缺相、防孤岛和恢复并网保护。

分布式电源不能反向影响电网的安全，电源保护装置的设置必须与电网侧线路保护设置相配合，以达到安全保护的效果。防孤岛保护是针对电网失压后分布式电源可能继续运行、且向电网线路送电的情况提出。孤岛运行一方面危及电网线路维护人员和用户的生命安全，干扰电网的正常合闸；另一方面孤岛运行电网中的电压和频率不受控制，将对配电设备和用户设备造成损坏。变流器的防孤岛控制有主动式和被动式两种，主动防孤岛保护方式主要有频率偏离、有功功率变动、无功功率变动、电流脉冲注入引起阻抗变动等判断准则；被动防孤岛保护方式主要有电压相位跳动、3次电压谐波变动、频率变化率等判断准则。

12.通信与信号

（1）通过。10（6）～35kV电压等级接入的分布式电源要求如下：分布式电源必须具备与电网调度机构之间进行数据通信的能力，能够采集电源的电气运行工况，上传至电网调度机构，同时具有接受电网调度机构控制调节指令的能力，见图5-9。

图5-9　分布式能源示意图

并网双方的通信系统应以满足电网安全经济运行对电力系统通信业务的要求为前提，满足继电保护、安全自动装置、调度自动化及调度电话等业务对电力通信的要求。

通过10（6）～35kV电压等级并网的分布式电源与电网调度机构之间通信方式和信息传输由双方协商一致后做出规定，包括遥测、遥信、遥控、遥调信号，提供信号的方式和实时性要求等。一般可采取基于DL/T 634.5101和DL/T 634.5104通信协议。

（2）正常运行信号。电源并网状态、有功和无功输出、发电量；电源并网点母线电压、频率和注入电力系统的有功功率、无功功率；变压器分接头挡位、断路器和隔离开关状态。

为了满足电网调度机构对分布式电源的有功、无功的控制以及对分布式电源实时运行数据的掌握，通过10kV及以上电压等级并网的分布式电源必须具备数据通信能力。电网调度机构为了做出正确的运行决策，需要知道电源端电网的运行状态以及机组的参数、模型，这些都是通信信息中需要包括的内容。

13.电能计量

（1）计量点。接入电网前，应明确上网电量和用网电量计量点，计量点的设置位置应与电网企业协商。

（2）计量装置应符合DL/T 448《电能计量装置技术管理规程》。

（3）通过10（6）～35kV电压等级并网的分布式电源的同一计量点应安装同型号、同规格、准确度相同的主、副电能表各一套。主、副表应有明确标志。

（4）电能计量装置需进行检测和验收。

分布式电源计量点原则上设置在产权分界的电源并网点。考虑到用户端的分布式电源的产权分界点可能在户外，或者其他特殊并网位置，计量点的设置可以与电网企业协商。为保证计量的合格性及公正性，计量表的安装需经电网与电源双方认可。

14.并网检测

并网检测是保证分布式电源主要设备和分布式电源建设质量的主要手段。为了保证分布式电源能满足本标准规定的各项技术指标，并网前需对本标准的各项技术指标进行检测与确认，以确保分布式电源并网后对电网的电能质量和安全稳定运行不会带来不利的影响。检测内容都是直接关系到分布式电源并网后系统的供电质量和安全稳定运行，对分布式电源和电网来说都非常重要。

并网检测必须由具有相应资质的单位或部门进行，以保证检测结果的公平和公正。

（1）检测要求。测试点为分布式电源并网点，必须由具备相应资质的单位或部门进行；分布式电源应当在并网运行后6个月内向电网企业提供有关光伏电站运行特征的测试报告；当分布式电源更换主要设备时，需要重新提交检测报告。

（2）检测内容。有功输出特性，有功和无功控制特性；电能质量，包括谐波、电压偏差、电压不平衡度、电压波动和闪变等；电压电流与频率响应特性；安全与保护功能；电源起停对电网的影响；调度运行机构要求的其他并网检测项目。