并网导则：背景和发展简述

并网导则的制定与发展来源于电力系统对新能源发电系统输出特性日益严格与细致的要求。世界上最具典型意义和参考价值的并网导则为德国电力系统运营商近10年来颁布的一系列针对风力发电系统的并网导则，其覆盖范围大，内容细致和规范，并且能根据风力发电技术的发展情况做出及时的修改和完善。

2001年以前，德国风力发电系统的应用范围和总发电量较小（风电比例仅占总发电量的5%）、渗透率低，主要接入配电网，输电网的潮流几乎不受影响。因此，当时的并网导则仅要求风力发电单元在电网故障期间能够根据电压和频率的变化进行保护，并能够在电网故障超出一定范围时快速脱网。2001年开始，德国对接入配电网的风力发电系统有了简单的低电压穿越要求，要求风电机组在电网电压处于0.8pu～1.06pu的一定时间内范围时保持并网。

2003年以后，以德国为代表的一批欧洲国家颁布了若干法案，确立优先发展新能源电力的能源发展规划，新能源发电系统（尤其是风电系统）的规模迅速扩大，风电占电力系统总发电容量的比例超过10%，风电机组开始接入输电网，直接影响到电网电压和潮流分布。早期的并网规范已完全不能保证风电系统接入后电力系统的稳定经济运行。在此背景下，2003年，德国输电系统运营商（E.ON Net，E.ON）率先提出针对接入高压输电系统（380kV，220kV，110kV电网）的风电设备并网导则[25]。该并网导则规定了电力系统正常和故障时并网风电设备所应遵循的技术标准，明确了并网导则的适用范围和技术框架，其主要内容包括以下几个方面：

（1）风电并网设备有功功率和频率控制要求

规定电网电压频率变化时风电设备的有功功率调节要求；

（2）风电并网设备无功功率和电压控制要求

规定电网电压幅值变化时风电设备的无功功率调节要求；

（3）风电并网设备的电网电压和频率运行范围

规定并网风电设备维持正常运行的电网电压幅值和频率范围；

（4）低电压穿越要求

规定电网故障时风电并网设备保持并网的边界条件、电网电压变化时并网设备的保护值、低电压穿越时并网设备保护的动作方式以及在电网电压跌落过程中所需提供的无功功率支撑。该要求的详细规定如图2-2所示：电网电压跌落不超过额定电压U_n的15%时，风电机组不允许切出电网；电网电压在电压-时间坐标图中的实线以上区域，风电场必须保持并网运行；在实线和最下方点画线之间时，风电场可以和E.ON协商其运行方式。

E.ON在2003年颁布的并网导则，为其后续导则的修改和各国并网导则的制定奠定了基础，对新能源发电系统快速发展下并网导则的发展具有重要的指导意义。

随着风电系统规模的扩大和渗透率的进一步增加，原有并网导则已不足以保证电力系统的经济稳定运行，电网运营商也适时修订和细化了相应的规定。2006年，E.ON发布新版本的并网导则^[22]，在2003年并网导则的基础上，2006版并网导则作了以下两点重要修正：

（1）低电压穿越要求

针对两类不同特性的发电系统（直接并网型发电系统和间接并网型发电系统）提出不同的低电压穿越曲线；低电压穿越曲线规定的最低穿越电压从15%U_n降为零；

（2）功率控制要求

细化电网电压的频率和幅值变化时并网设备输出有功功率和无功功率控制的要求。

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图2-2 低电压穿越曲线（E.ON 2003）

基于E.ON 2006版并网导则，德国于2007年颁布其国家标准《Transmission Code 2007》，其具体规定与E.ON并网导则相似^[26]。

随着风电系统规模的扩张和相关技术的进步，欧洲国家将发展风电的目光从陆上转移到海上，一方面，海上风力资源远优于陆上；另一方面，海上风电不会占用较为珍贵的土地资源。为顺应此趋势，2008年，E.ON发布了专门针对离岸风电场的并网导则^[27]，这也是目前唯一专门针对离岸风电场的并网标准。与适用于陆上风电场的并网导则相比，上述并网导则的主要区别包括：

（1）并网（输电系统）电压等级

额定电压由110kV增加为155kV，允许变化范围为140～170kV；

（2）电网频率波动范围

由（47.5～51.5）Hz扩大到（46.5～53.5）Hz；有功功率随电网频率的响应范围也相应变化；

（3）风电场功率控制的电压死区范围

由额定电网电压的10%减小为5%；

（4）风电场高压/中压（HV/MV）并网变压器

建议采用YNd5联结多抽头变压器（具有±6档、每档为±13%额定电压的输出抽头），一方面，避免高压侧故障时零序电压分量对风电系统的影响；另一方面，可通过选择变压器抽头调节电网连接点处电压。

2009年，E.ON对2006年版本并网导则再次进行小范围修订，此次修订只针对接入380kV和110kV电网电压等级的系统，扩大了频率变化时的风电系统动作保护区域^[28]。

在风电系统大规模发展的同时，德国光伏发电系统的规模也在不断扩大。与风电系统不同，德国的光伏发电系统多接入中压或低压配电网，为适应电网内光伏发电渗透率的日益增长，德国BDEW于2008年颁布适用于光伏发电系统在内的接入中压配电网（35kV，10kV）的发电装置的技术规范要求，该并网导则的框架与E.ON并网导则基本一致，仅在具体保护动作参数上有所不同。为保护人身安全和配电保护系统的正常运行，接入低压配电网（400V）的发电装置往往需要具有防孤岛运行的能力，此类低压发电装置容量较小，因而低电压穿越能力并不重要。针对低压发电系统，德国于2011年颁布VDE-AR-N 4105《分布式电源接入低压配电网运行管理规定》，与适用高压和中压电网的并网导则不同，该导则不含低电压穿越运行要求，而增加了孤岛保护要求。至此，德国电网并网导则完整地涵盖了从陆上到海上，从配电系统到输电系统，从光伏发电到风电的新能源并网发电需求，为新能源并网发电的发展奠定了坚实的基础。

在E.ON并网导则发展的同时，新能源发展走在前列的其他欧洲和北美国家也都根据各国电网的实际情况制定并完善了并网导则，其具体规定与框架和E.ON并网导则基本上一致。

我国新能源发电系统并网导则的发展远远滞后于西方国家，2008年以前，我国仅出台过新能源并网发电系统的相关技术指导文件，包括GB/Z 19963—2005《风电场接入电力系统技术规定》^[29]、GB/Z 20319—2005《风力发电机组验收规范》^[30]等，在相关国家标准实施后已失效。此外，上述文件的相关技术规定并不完善，如上述文件未要求风电系统具备低电压穿越能力，在其指导下，2010年以前我国风电机组（包括国产机组和进口机组）几乎都不具备低电压穿越能力，随着风电规模的扩大，这些机组对电力系统的负面影响越发凸显。为解决上述问题，国家电网公司参考西方各国已成熟的风电并网导则，于2009年颁布其企业标准《风电场接入电网技术规定》^[31]；2010年，我国能源局颁布相应的行业标准《大型风电场并网设计技术规范》^[32]；在此基础上，国家标准化管理委员会于2012年正式颁布GB/T 19963—2011《风电场接入电力系统技术规定》^[33]，该国家标准于2012年6月1日正式生效。

与风电系统并网导则的发展相似，我国光伏发电系统的并网导则也同样经历了从指导性文件到企业标准，再上升为国家标准的过程，目前最新的国家标准已制定完成，正处于最终的审批过程中，即将发布。

由新能源发电并网导则的发展和修订历程可以看出，并网导则并非一成不变，是不断发展的，电网结构的变化、新能源发电渗透率的增加等因素都会影响并网导则的制定；其次，并网导则与其适用电网的实际情况有关，不同国家甚至同一国家的不同电网运营商所制定的并网导则也不尽相同。尽管如此，各国已颁布并网导则的基本要求是相似的，究其原因，各国颁布并网导则的目的是一致的，都是为了降低新能源发电系统对传统电力系统经济稳定运行的影响；此外，从E.ON并网导则的修订过程可以判断，随着电网内新能源发电系统的增加和人们对新能源发电系统理解的深入，并网导则的相关规定越来越严格，这点值得新能源发电设备制造商的注意。以低电压穿越规定为例，2003年E.ON并网导则要求风电设备的最低穿越电压为15%U_n，2006年降低为零电压，此规定在2007年德国国家标准《Transmis-sionCode 2007》中被采纳。值得注意的是，上述规定都是针对三相对称系统的，当电网出现不对称故障时，上述规定都比较含糊。针对此问题，2009年德国发布了SDLWindV并网导则草案（未正式颁布），作为《TransmissionCode 2007》的补充，更详细地界定了不对称故障下的低电压穿越要求，该草案明确提出故障期间需要风电系统保持最低0.4pu正序无功电流的输出能力。据称，上述草案正在讨论过程中，将在未来正式颁布，与此同时，关于不对称故障低电压穿越的详细规定在西班牙也处于讨论之中^[34]。