含分布式電源主動(dòng)配電網(wǎng)的保護(hù)策略分析

談康興 陳曦 徐戈

摘要：分布式電源規(guī)劃與科學(xué)合理的接入對主動(dòng)配電網(wǎng)中需求側(cè)資源的優(yōu)化利用至關(guān)重要，但是在實(shí)際運(yùn)行時(shí)也會(huì)出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)等問題。對此本文首先闡述了含分布式電源主動(dòng)配電網(wǎng)的概念，其次總結(jié)了分布式電源接入對于配電網(wǎng)的影響，然后提出具體的保護(hù)策略。

關(guān)鍵詞：主動(dòng)配電網(wǎng);分布式電源;保護(hù)策略

1引言

近年來，隨著配電網(wǎng)中分布式電源接入比例不斷提高，但會(huì)造成配電網(wǎng)潮流逆向流動(dòng)更加頻繁，導(dǎo)致配電網(wǎng)電壓分布發(fā)生劇烈變化;同時(shí)，配電網(wǎng)電壓波動(dòng)和越限等問題也愈發(fā)突出，給配電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來了巨大挑戰(zhàn)。為此，需注重含分布式電源主動(dòng)配電源的運(yùn)行及故障特征，實(shí)施針對性的保護(hù)策略。

2含分布式電源主動(dòng)配電網(wǎng)概述

所謂分布式電源，是一種自發(fā)自用的能源，可作為集中供電方式的補(bǔ)充。將配電網(wǎng)與分布式電源相結(jié)合，在一定程度上解決電力系統(tǒng)事故后電力供應(yīng)的問題，節(jié)省電力建設(shè)投資，提高配電網(wǎng)調(diào)度靈活度以及滿足配電網(wǎng)對于供電可靠性的要求。分布式電源安裝在用戶端，隨著碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的提出，光伏、風(fēng)電等分布式電源將大規(guī)模接入配電網(wǎng)，構(gòu)成主動(dòng)配電網(wǎng)。與傳統(tǒng)配電網(wǎng)相比，主動(dòng)配電網(wǎng)的DG滲透率較高，擁有主動(dòng)控制和管理模式（包括DG優(yōu)化調(diào)度、配電網(wǎng)重構(gòu)、需求側(cè)管理等），運(yùn)行方式更加靈活。

3分布式電源的接入對于配電網(wǎng)的影響

3.1對電能質(zhì)量的影響

分布式電源并入配電網(wǎng)后對電能質(zhì)量的影響通常體現(xiàn)在諧波污染、電壓波動(dòng)等方面。例如，分布式光伏發(fā)電產(chǎn)生的直流電須經(jīng)過逆變器調(diào)制為交流電后才能并入配電網(wǎng)，但并網(wǎng)逆變器在高頻調(diào)制直流電過程中容易產(chǎn)生諧波，諧波經(jīng)并聯(lián)輸出后放大，存在難以預(yù)測與治理的問題。此外，分布式發(fā)電極易受天氣影響，輸出功率波動(dòng)較大，并網(wǎng)后將對電網(wǎng)的電壓質(zhì)量造成一定程度上的影響。

3.2對配電網(wǎng)運(yùn)行控制的影響

雖然分布式發(fā)電可在電力系統(tǒng)事故后起到支撐作用，但發(fā)電的調(diào)峰能力較差，并且隨著分布式發(fā)電穿透功率的增加，電力系統(tǒng)內(nèi)的峰谷差將進(jìn)一步擴(kuò)大。大規(guī)模分布式發(fā)電并入配電網(wǎng)將使得配電網(wǎng)的分布式電源系統(tǒng)呈現(xiàn)出多點(diǎn)、多地分散的特點(diǎn)。

3.3孤島效應(yīng)

當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障解列時(shí)，由于分布式發(fā)電裝置目前尚未有較好的檢測方法，且會(huì)在配電網(wǎng)解列后仍然向配電網(wǎng)供電，此時(shí)就會(huì)造成孤島效應(yīng)。分布式發(fā)電對局部電網(wǎng)持續(xù)供電，但對于非計(jì)劃內(nèi)的局部區(qū)域供電將會(huì)威脅到電網(wǎng)檢修人員的人身安全。此外，局部區(qū)域供電造成的孤島電網(wǎng)與配電網(wǎng)主網(wǎng)非同步重合閘將造成操作過電壓，對設(shè)備及電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成威脅。

4含分布式電源主動(dòng)配電網(wǎng)的保護(hù)策略

4.1安裝諧波抑制裝置

4.1.1無源濾波器

無源濾波器（PPF）是一種常見的濾波裝置，主要是利用電感L的低通作用、電容C的高通作用以及L、C的諧振原理。比如說普遍使用的一種方式就是通過適當(dāng)調(diào)節(jié)L、C電路中電感、電容的參數(shù)使其在特定頻率下發(fā)生諧振，對系統(tǒng)中相應(yīng)頻率的諧波呈現(xiàn)出低阻抗，使諧波流入濾波裝置，避免污染電網(wǎng)。無源濾波器如圖1所示。

4.1.2有源濾波器

有源電力濾波器（APF）是兼?zhèn)渲C波治理與無功補(bǔ)償功能的綜合設(shè)備。按照接入方式不同，APF可分為串聯(lián)型、并聯(lián)型和串并聯(lián)混合型結(jié)構(gòu)。其中應(yīng)用較為廣泛的是并聯(lián)型有源濾波器，主要結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4.2對發(fā)電功率進(jìn)行預(yù)測

基于分布式電源接入對于配電網(wǎng)運(yùn)行控制的影響分析，可結(jié)合大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)，研發(fā)分布式光伏發(fā)電功率預(yù)測技術(shù)。例如，可基于多智能體深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法創(chuàng)建分布式優(yōu)化調(diào)度框架。本文利用PPO算法對各區(qū)域智能體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一訓(xùn)練，得到網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。第t個(gè)調(diào)度時(shí)段，區(qū)域智能體n根據(jù)本區(qū)域狀態(tài)，利用策略網(wǎng)絡(luò)輸出調(diào)度決策;因各自治區(qū)域協(xié)同運(yùn)行，根據(jù)所有區(qū)域智能體調(diào)度決策，各區(qū)域智能體獲得相同的全局獎(jiǎng)勵(lì)，并進(jìn)入下一個(gè)調(diào)度時(shí)段的決策。將每個(gè)調(diào)度周期采樣獲得的經(jīng)驗(yàn)（）存儲于經(jīng)驗(yàn)池中，以最大化每個(gè)調(diào)度周期T個(gè)時(shí)段累積全局獎(jiǎng)勵(lì)為目標(biāo)更新網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。

各自治區(qū)域既可實(shí)現(xiàn)本區(qū)域自治，又可協(xié)作運(yùn)行。一方面，每個(gè)區(qū)域智能體都包含策略網(wǎng)絡(luò)和價(jià)值網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)分布式電源高滲透率的配電網(wǎng)分區(qū)域就地?cái)?shù)據(jù)處理;另一方面，策略網(wǎng)絡(luò)和價(jià)值網(wǎng)絡(luò)均采用CommNet架構(gòu)連接，從而在相鄰區(qū)域智能體間進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱層特征信息的交互，實(shí)現(xiàn)多個(gè)自治區(qū)域的分布式協(xié)同優(yōu)化。集中式系統(tǒng)因涉及所有者隱私而難以采集各分布式資源的詳細(xì)信息，該架構(gòu)下各區(qū)域智能體根據(jù)本地收集的信息和相鄰區(qū)域智能體的通信即可實(shí)現(xiàn)問題的合作求解，避免了調(diào)度過程中大量隱私數(shù)據(jù)傳輸。

4.3電網(wǎng)孤島檢測

4.3.1主動(dòng)式孤島檢測

主動(dòng)式檢測方法，是指通過控制逆變器，使逆變器輸出功率、頻率或相位存在一定正常情況下無法被檢測的擾動(dòng)。當(dāng)孤島現(xiàn)象發(fā)生后，失去電網(wǎng)平衡作用的擾動(dòng)會(huì)累積變大，從而被檢測到。主動(dòng)檢測方法精度高，非檢測區(qū)小，且能夠自動(dòng)檢測，但是技術(shù)要求高，還會(huì)降低逆變器輸出電能質(zhì)量。目前的主動(dòng)檢測方法主要有以下幾種：頻率偏移法、電網(wǎng)阻抗估算法、電壓漂移法等。

4.3.2被動(dòng)式孤島檢測

當(dāng)系統(tǒng)處于孤島狀態(tài)時(shí)，通常會(huì)發(fā)生一些參數(shù)的非正常改變。被動(dòng)式孤島檢測法就是實(shí)時(shí)檢測公共連接點(diǎn)處的一些電信號的異常變化。

（1）過/欠頻率（OUF）和過/欠電壓（OUV）檢測法：在孤島現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，如果光伏發(fā)電裝置的輸出功率與本地負(fù)載的功率需求不匹配時(shí)，系統(tǒng)中的頻率和電壓數(shù)值會(huì)產(chǎn)生偏離?？刂破鲗策B接點(diǎn)處的當(dāng)頻率和電壓信號實(shí)時(shí)采樣，發(fā)現(xiàn)異常后，切斷逆變器輸出。

（2）電壓相位突變檢測法（PJD）：正常運(yùn)行時(shí)，逆變器的輸出電流和電網(wǎng)電壓同頻、同相，沒有相位偏移，但孤島現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，公共連接點(diǎn)處電壓與逆變器輸出電流之間會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)的相位偏移，控制器發(fā)現(xiàn)偏移后切斷逆變器輸出。

（3）諧波檢測法（HD）：電網(wǎng)斷電后，檢測公共連接點(diǎn)處電壓的諧波失真度，判斷失真度是否增大并超過了5%的閾值，就能知道是否存在孤島現(xiàn)象。

4.3.3故障信號監(jiān)測

故障信號監(jiān)測方法主要通過電網(wǎng)側(cè)的監(jiān)控裝置在配電網(wǎng)發(fā)生故障發(fā)送控制信號實(shí)現(xiàn)，分布式發(fā)電裝置接收到控制信號時(shí)停止運(yùn)行，及時(shí)切斷與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行。

5結(jié)束語

綜上所述，為保證分布式電源接入的配電網(wǎng)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，本文就分布式電源接入對配電網(wǎng)造成的影響進(jìn)行分析，進(jìn)而提出安裝諧波抑制裝置、預(yù)測發(fā)電功率和電網(wǎng)孤島檢測三種保護(hù)策略，旨在為主動(dòng)配電網(wǎng)的運(yùn)維提供參考，確保電網(wǎng)整體運(yùn)行的穩(wěn)定與安全，為人們提供更高質(zhì)量的電能。

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作者簡介：談康興（1994-），男，湖南長沙人，助理工程師，本科，工作方向：電氣專業(yè)。