基于孤岛运行特性的微电网可靠性分析 ABSTRACT: Microgrid as a part of smart grid, can improve reliability and safety with the flexible and effective use of distribution generation, which is an important development direction in the future of grid. With the sequential model of micro-power, load and constraints of energy storage system charging and discharging, a practical and engineered reliability evaluation algorithm is presented based on full sequential simulation of microgrid islanding taking into factors such as state switching of grid to off-grid, coordinated operation of micrgrid component and load shedding strategies considering the importance and location. On the other hand, the indexs of average operation time to first load shedding and rate of steady operation in islanded mode are proposed to evaluate microgrid island health according to the features of the island. Finally, the reliability of modified RBTS Bus6 is evaluated to verify the correctness and effectiveness of the proposed model and algorithm. KEY WORDS: microgrid; full sequential simulation; reliability analysis; load shedding 摘要：微电网作为智能配电网的有机组成部分，可灵活、高效地利用分布式电源，改善用户供电可靠性和安全性，是未来电网的一个重要发展方向。本文计及微电网中新能源机组出力间歇性、储能充放电约束等因素，提出了一种基于全时序模拟的孤岛微电网可靠性评估方法。在可靠性评估过程中所有微电源出力、负荷及储能充放电状态等都采用时序模型，模拟时可综合计入各类影响因素，如微电网由并网向孤岛运行状态的切换，孤岛期间各元件的协调运行，综合考虑负荷重要程度和开关位置影响的负荷削减策略等，使得模型更为贴近工程实际，实用性较强。另外，论文针对孤岛运行特性，提出了孤岛平均首次持续运行时间和运行稳定率两个新的可靠性指标，以评判孤岛的健康度。最后基于改进的RBTS Bus6系统进行算例分析，验证所提模型和算法的正确性和有效性。 关键词：微电网；全时序模拟；可靠性分析；负荷削减 0 引言 微电网以分布式电源（DG，Dsitribution Generation）为基础，将储能系统（ESS，Energy Storage System）、控制装置及负荷紧密联系在一起。储能作为微电网中不可或缺的装置，其故障会对微电网造成极大的影响[1]。在不考虑传统电源的情况下，储能故障后微电网内部没有可以平衡功率波动的电源，电能质量下降，可控性及可调度性降低，直接影响供电可靠性[2-3]。 微电网在紧急情况下脱离主网孤岛运行，以持续稳定供电为主要目标[4]。当微电网内部输出功率不足时，需要削减负荷以保证剩余负荷正常供电。因此，孤岛模式下的负荷削减策略对用户用电需求有重要作用。另一方面，传统的配电系统可靠性指标偏重统计数据或经验数据；而分布式电源及负荷的随机性较大[4-5]，波动变化明显，对于孤岛微电网的可靠性评估略欠适用。 目前国内外对DG进行了大量研究，但对DG 组成的微电网系统研究较少。在可靠性模型方面，主要集中在风力发电和光伏发电，多数文献忽略了储能对可靠性的影响。在可靠性评估算法方面，主要分为解析法和模拟法。文献[6-7]主要应用蒙特卡洛模拟法对含有DG或微电网的配电网进行可靠性分析，但对其内部元件及储能系统的工作情况却未考虑。文献[8-9]均采用最小路法分析含有DG的配电网的可靠性，但对DG的随机出力特性及储能充放电过程未详细讨论。文献[10]通过建立风光蓄元件的时序模型和状态转移模型，分析了含风光蓄的配电系统的故障效果影响及系统可靠性。文献[11]主要建立了分布式电源和储能联合发电系统的可靠性模型。文献[4-5]则重点分析了微电网孤岛状态的可靠性。 本文首先研究分布式电源—风电机组(WTG，Wind Turbine Generation)的出力随机特性，计及储能运行策略、工作状态及其充放电约束，通过全时序模拟重点分析微电网孤岛模式的运行状态及可靠性；其次基于负荷分块的思想，综合考虑负荷重要程度及位置两方面因素，研究孤岛模式的负荷削减策略；最后提出微电网孤岛运行的可靠性指标，并采用改进的RBTS Bus6配电系统对提出的模型及算法进行验证。 1 微电网元件模型 1.1 风速模型
孤岛效应的原理 在电子电路中，孤岛效应是指电路的某个区域有电流通路而实际没有电流流过的现象。 在电容器串联的电路里,只有与外电路相连接的两个极板（注意：不是同一电容器的极板）有电流流孤岛效应动（电荷交换），其他极板的电荷总量是不变的，所以称为孤岛。孤岛是一种电气现象，发生在一部分的电网和主电网断开，而这部分电网完全由光伏系统来供电。在国际光伏并网标准化的课题上这仍是一个争论点，因为孤岛会损害公众和电力公司维修人员的安全和供电的质量，在自动或手动重新闭合供电开关向孤岛电网重新供电时有可能损坏设备。所以，逆变器通常会带有防止孤岛效应装置。被动技术（探测电网的电压和频率的变化）对于平衡负载很好条件下通电和重新通电两种情况下的孤岛防止还不够充分，所以必须结合主动技术，主动技术是基于样本频率的移位、流过电流的阻抗监测、相位跳跃和谐波的监控、正反馈方法、或对不稳定电流和相位的控制器基础上的。现在已有许多防止的办法，在世界上已有16个专利，有些已获得，而有些仍在申请过程当中。其中的有些方法，如监测电网流过的电流脉冲被证明是不方便的，特别是当多台的逆变器并行工作时，会降低电网质量，并且因为多台逆变器的相互影响会对孤岛的探测产生负面影响。在另一些场合，对电压和频率的工作范围的限制变得宽了，而安装工人通常可以通过软件来设置这些参数，甚至于ENS（一种监测装置，在德国是强制性的）为了能在弱的电网中工作，可以把它关掉。 [编辑本段]孤岛效应实验室 一般是用谐振模拟负载电路，同时定义了一个质量因数，“Q-factor”。尽管如此，这些试验还是很难运行，特别是对于那些高功率的逆变器，它们需要很大的试验室。试验的电路和参数会根据不同国家有所不同，测试结果很大程度上取决于试验者的技术水平。 现已开展了一些研究，用来评估孤岛效应和它关联风险的各种可能性，研究表明对于低密度的光伏发电系统，事实上孤岛是不可能的，这是因为负载和发电能力远远不可能匹配。但是，对于带高密度光伏发电系统的电网部分，主动孤岛效应保护方法是必要的，同时辅以电压和频率的控制，来保证光伏带来的风险降到极其微小，这一数据须与不带光伏的电网的年触电预计数相比较。大多数光伏逆变器同时带有主动和被动孤岛保护，虽然没有很多光伏突入电网的例子，但对于这方面，国外的标准没有放松。 孤岛效应是基站覆盖性问题，当基站覆盖在大型水面或多山地区等特殊地形时，由于水面或山峰的反射，使基站在原覆盖范围不变的基础上，在很远处出现"飞地"，而与之有切换关系的相邻基站却因
电力系统负荷可分为三种。第一种变动幅度很小，周期又很短，这种负荷变动由很大的 偶然性。第二种变动幅度较大，周期较长，属于这类负荷的主要有电炉、电气机车等带有冲 击性的负荷。第三种负荷变动幅度最大，周期也最长，这一种是由于生产、生活、气象等变 化引起的负荷变动。 电力系统的有功功率和频率调整大体可分为一次、二次、三次调整三种。一次调整或频 率的一次调整指由发电机的调速器进行的，对第一种负荷变动引起的频率偏移的调整。二次 调整或频率的二次调整指由发电机的调频器进行的，对第二种负荷变动引起的频率偏移的调 整。三次调整其实就是指按最优化准则分配第三种有规律变动的负荷，即责成各发电厂按事 先给定的发电负荷曲线发电。在潮流计算中除平衡节点外其他节点的注入有功功率之所以可 以给定，就是由于系统中大部分电厂属于这种类型。这类发电厂又称为负荷监视。至于潮流 计算中的平衡节点，一般可取系统中担负调频任务的发电厂母线，这其实是指担负二次调频 任务的发电厂母线。 一：调整频率的必要性 电力系统频率变动时，对用户的影响： 用户使用的电动机的转速与系统频率有关。 系统频率的不稳定将会影响电子设备的工作。 频率变动地发电厂和系统本身也有影响： 火力发电厂的主要厂用机械—风机和泵，在频率降低时，所能供应的风量和水量将迅速减少， 影响锅炉的正常运行。 低频运行还将增加汽轮机叶片所受的应力，引起叶片的共振，缩短叶片的寿命，甚至使叶片 断裂。 低频运行时，发电机的通风量将减少，而为了维持正常电压，又要求增加励磁电流，以致使 发电机定子和转子的温升都将增加。为了不超越温升限额，不得不降低发电机所发功率。 低频运行时，由于磁通密度的增大，变压器的铁芯损耗和励磁电流都将增大。也为了不超越 温升限额，不得不降低变压器的负荷。 频率降低时，系统中的无功功率负荷将增大。而无功功率负荷的增大又将促使系统电压水 平的下降。 频率过低时，甚至会使整个系统瓦解，造成大面积停电。 调整系统频率的主要手段是发电机组原动机的自动调节转速系统，或简称自动调速系统， 特别时其中的调速器和调频器（又称同步器）。 二：发电机原动机有功功率静态频率特性 电源有功功率静态频率特性通常可以理解为就是发电机中原动机机械功率的静态频率特性。 原动机未配置自动调速时，其机械功率与角速度或频率的关系： 221212m P C C C f C f ωω=-=- 式中各变量都是标幺值；通常122C C =。 解释如下：机组转速很小时，即使蒸汽或水在它叶轮上施加很大转矩m M ，它的功率输出m P 仍很小，因功率为转矩和转速的乘积；机组转速很大时，由于进汽或进水速度很难跟上叶轮 速度，它们在叶轮上施加的转矩很小，功率输出仍然很小；只有在额定条件下，转速和转矩 都适中，它们的乘积最大，功率输出最大。 调速系统中调频器的二次调整作用在于：原动机的负荷改变时，手动或自动地操作调频器，
无平衡节点孤岛运行微电网的潮流计算方法研究针对去平衡节点孤岛运行微电网系统的无平衡节点、且有下垂控制分布式 电源装置的特性，本文提出一种改良的孤岛微电网潮流计算方法，通过引入两个辅助因子，将原非线性潮流方程分解为一组欠定线性方程、一组超定线性方程与一组辅助向量间的关系函数，分两步对变换后的方程进行迭代求解。一旦实现，将在满足系统稳定运行的基础上，优化功率分配，实现微网运行费用最小的目标，提高微电网系统的可靠性与经济性。 标签：电力系统;微电网;孤岛运行;无平衡节点 1、引言 微电网潮流计算作为微电网稳定分析、优化配置的基础，是一个重要的研究领域。在微电网并网运行时，其潮流计算与配电网潮流计算相似。而孤岛运行的微电网在对等控制下，系统内不存在平衡节点，且存在下垂控制的DG，需对系统频率进行求解[[[] 彭寒梅，曹一家，黄小庆，等. 无平衡节点孤岛运行微电网的连续潮流计算[J]. 中国电机工程学报，2016，36（08）：2057-2067.]]，故传统的潮流计算方法不再适用，需研究更适合孤岛微电网潮流计算的算法。 从当前孤岛微电网潮流计算的研究结果来看，部分方法采用优化的思想对潮流方程进行求解，如基于高斯赛德尔技术和牛顿拉夫逊法进行计算等，但该类算法均存在参数过多，调参复杂的问题，且LM算法存在尾部效应，难以适应高精度要求的计算[[[] 任永捷，冯某. 基于改进牛顿-拉夫逊法的潮流分析计算方法研究[J]. 北京电力高等专科学校学报：自然科学版，2011，28（011）：286-287.]]。另一种思路是把原潮流问题分解为传统潮流计算和下垂节点更新两个子问题，但收敛速度较慢[[[] 李培帅，施烨，吴在军，等. 孤岛微电网潮流的类奔德斯分解算法[J]. 电力系统自动化，2017，41（014）：119-125.]]。为此，有必要提出一种改良的孤岛微电网潮流计算方法，通过引入两个辅助因子，将原非线性潮流方程分解为一组欠定线性方程、一组超定线性方程与一组辅助向量间的关系函数，分两步对变换后的方程进行迭代求解[[[] 王晓娅，马国春. 两种改进的非线性方程组四阶迭代求解法[J]. 杭州师范大学学报：自然科学版，2015.]]。经算例对比验证，该算法具有收敛速度快、鲁棒性强和计算时间短的特点。 2、基本原理 2.1、引入潮流计算公式 潮流计算在数学上可归结为求解非线性方程组，其数学模型[[[] 李婷婷. 小阻抗直角坐标牛顿潮流算法发散机理研究[D]. 大连海事大学，2012.]]简写如下： 2.2、改写方程
电力系统频率的二次调节 一、频率的二次调节基本概念 上一节分析了系统频率特性系数Ks的组成和特点。从分析中可知，系统的频率响应系数愈大，系统就能承受愈大的负荷冲击。换句话说，在同样大的负荷冲击下，Ks愈大，所引起的系统频率变化愈小。为了使系统的频率偏差限制在教小的范围内，总是希望有较大的Ks。 Ks由两部分组成，一部分有负荷本身的频率特性所决定，电力系统的运行人员是无法改变的；另一部分有发电机组的频率响应系数决定的，它是发电机调差系数的倒数。运行人员可以调整机组的调差系数和机组的运行方式来改变其大小。但是从机组的稳定运行角度考虑，机组的调差系数δ%不能取得太小，以免影响机组的稳定运行。 系统的频率响应系数Ks是随着系统负荷的变动和运行方式的变化二变动的。这对用户和系统本身都是不希望的。也就是说，仅靠系统的一次频率调整，没有任何形式的二次调节（包括手动和自动），系统的频率不可能恢复到原有的值。为了使系统的频率恢复到原有的额定频率运行，必须采用频率的二次调节。 频率的二次调节就是改变发电机组的频率特性曲线，从而使系统的频率恢复到原来的正常范围。 如图3-15所示，发电与负荷的起始点为a，系统的频率为f1。当系统的负荷发生变化，负荷增大，负荷特性曲线从PLa变化至PLb时,当系统发电特性曲线为PGa时，发电与负荷的交叉点为a移至b点。此时，系统的频率从f1降至f2。当增加系统发电，即改变发电的频率特性曲线从PGa变到PGb，就能使发电与负荷特性的交叉点移至d点，可使系统的频率保持在原来的f1运行。 反之，当系统的负荷降低，在如图3-15中，发电与负荷的起始点为d，此时，系统的频率为f1。当系统的负荷发生变化，负荷特性从从PLb变化至PLa时,当系统发电特性曲线为PGb时，发电与负荷的交叉点为d和c点。此时，系统的频率从f1上升至f3。为了恢复系统的频率，适当减少系统发电，即改变发电的频率特性曲线从PGb变到PGa，就能使发电与负荷特性的交叉点从c点移至a点，
第42 卷中国电力电力系统 （微电网及分布式发电专栏） 微电网孤岛运行模式下的协调控制策略 薛迎成1，2 ，邰能灵1，刘立群1，杨兴武1，金楠1，熊 宁1 （1．上海交通大学电气工程系，上海200030；2.盐城工学院电气系，江苏盐城 224001 ）摘要：微电网是一种特殊形式的有源配电网，为大规模分布电源控制提供了一种有效方法。微电网能运 行在并网和孤岛状态，并网时可以从主网吸收电能或向主网提供电能，当主网发生电能质量事件时，微电网能从主网脱离单独运行。微电源和存储设备必须协作才能维持微电网孤岛运行。列举并讨论微电网孤岛运行，总结不同作者提出的微电网协调控制策略，对这些不同的控制方法进行比较，提出应根据微电网不同运行模式和影响因素对分布式电源采用不同控制策略。关键词：分布式发电；分布式电源；有源网；微电网；控制中图分类号：TM727 文献标识码：A 文章编号：1004-9649（2009）07-0036-05 收稿日期：2009-03-13 基金项目：上海市曙光计划资助项目（07sg11） 作者简介：薛迎成（1969—），男，江苏盐城人，博士研究生，从事新能源、分布式发电、继电保护的教学和研究工作。 E -mail:xyc_xyc_xyc@https://www.doczj.com/doc/eb5449282.html, 1微电网及其构成 为协调大电网与分布式电源（DR ）间的矛盾，充 分挖掘DR 潜能，为电网和用户带来更多的价值和效益，美国电气可靠性技术解决方案联合会（CRETS ）研究了DR 对低压电网的冲击，为增强电力系统的可靠性，提出了微电网概念。 微电网是一些负荷和微电源的组合，可作为一个可控系统来运行，一般与用户端的配电网相连，至少含有一个分布式电源和相关负荷。微电网技术为大规模分布电源应用提供了一种有效方法，是新型电力电子技术、分布式发电、可再生能源发电技术和储能技术的综合。 微电网正常通过变压器并网运行，当微电网从公共连接点脱离后，它本身至少可给其中一部分负荷提供电能，运行于孤岛状态（自治状态）。现有的电力公司一般不允许电网无计划孤岛运行和自动同步，主要基于人和设备安全考虑。然而，微电网可以孤岛运行和并网运行，能在两者之间平滑切换（经孤岛检测及瞬时同步化），从而充分利用微电网中的电源。 微电网也被称为分布式电源孤岛系统，按照范围、大小和所有权的不同，分布式电源孤岛系统（微电网）具有多种形式，可以分为单元孤岛、分支路孤岛、支路孤岛、变电站母线孤岛、变电站孤岛和邻近支路孤岛［2］（见图1）。微电网中的微电源可分为2类：第1类是传统旋转电机；第2类是通过电力电子接口与电网联接的电源。第2类微电源又分2种：一种是直流电源，如燃料电池、光伏电池等存储单元；另一种为高频交流电源，如微型燃气轮机，必须进行整流，得到的直流电压可通过逆变器转换成交流电压。 微电网中的微电源也可分为不可控、部分可控和全控3种，并可冷、热、电三联供。有的配有储能装置，通过双向交/直/交变换器与微电网相联，使用电力电子装置进行能量调节。可控微电源的输出功率可以由中央监控单元提供设定值来控制。 不同的微电源响应速度可能不一样，微型燃气轮机和燃料电池响应速度较慢并缺少惯性，可能出 中国电力ELECTRIC POWER 第42卷第7期2009年7月 Vol ．42，No．7 Jul.2009Fig.1MG lsland Systems classify 图1 微电网弧岛系统分类
频率与有功功率平衡 电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所有电机组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗(包括网损)的有功功率总和之间的平衡来维持的。 但是，电力系统的负荷是时刻变化的，从而导致系统频率变化。为了保证电力系统频率在允许范围之内，就需要及时调节系统内并联运行机组的有功功率。 频率质量是电能质量的一个重要指标。中国《电力工业技术管理法规》规定，大容量电力系统的频率偏差不得超过，一些工业发达国家规定频率偏差不得超过。 说明电力系统元件及整个系统的频率特性，介绍电力系统调频的基本概念。 12.1.2.1负荷频率特性 负荷的频率静态特性：在没有旋转备用容量的电力系统中，当电源与负荷推动平衡时，则频率将立即发生变化。由于频率的变化，整个系统的负荷也将随着频繁率的的变化而变化。这种负荷随频率的变化而变化的特性叫做负荷的频率静态特性。 综合负荷与频率的关系可表示成： 由于电力系统运行中，频率一般在额定频率附近，频率偏移也很小，因此可将负荷的静态频率特性近似为直线，如下图所示。
12.1.2.2发电机组频率特性 发电机组的频率静特性：当系统频率变化时，发电机组的高速系统将自动地改变汽轮机的进汽量或水轮机的进水量以增减发电机组的出力，这种反映由频率变化而引起发电机组出力变化的关系，叫发电机调速系统的频率静态特性。 发电机组的功率频率静态特性如下图：在不改变发电机调速系统设定值时，发电机输出功率增加则频率下降，而当功率增加到其额定功率时，输出功率不随频率变化。图中向下倾斜的直线即为发电机频率静态特性，而①和②表示发电机出力分别为PG1和PG2时对应的频率。
等值发电机组（电网中所有发电机组的等效机组）的功率频率静态特性如下图所示，它跟发电机组的功率频率静态特性相似。 12.1.2.3电力系统频率特性 电力系统的频率静态特性取决于发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率特性，由发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率特性可以经推导得出： 式中――电力系统有功功率变化量的百分值： ――系统频率变化量百分值； ――为备用容量占系统总有功负荷的百分值。 12.1.2.4一次调频 一次调频：由发电机特性和负荷调节效应共同承担系统负荷变化，使系统运行在另一频率的频率调整称为频率的一次调整。
本文作者(赵学会,马进),请您在阅读本文时尊重作者版权。 配电网孤岛保护综述 摘要:以可再生能源及清洁能源为代表的分布式电源在配电网中的渗透率日趋升高,当主电网由于故障或检修而停止对部分负荷供电时,用户侧的分布式电源可能与负荷构成一个可独立运行的孤网系统,从而脱离电网调度系统的控制,如果不能明确地给出孤网系统与主电网的断开点,则可能引发一系列人身和运行隐患。该文对计划性孤岛和非计划性孤岛的特点进行了分析,着重讨论了孤岛系统的被动式和主动式检测方法,指出了各种方法的优缺点。 关键词:孤岛;孤岛保护;分布式电源;频率保护The Brief about Anti-Island Protection of Distributed Grid ZHAO Xue-hui1, MA jin2 (1.Hefei Institute of Automation Supply Inc., Hefei 230022, China; 2.Nanjing Sifang Epower Automation Co.,Ltd, Nanjing 211101, China) Abstract: As the distributed power represented by renewable energy and clear energy has been used more and more widely, when main power grid stops to supply power to some load due to fault or maintenance, the distributed power on user side can form an independent isolated grid system with load to get rid of the control of power grid dispatching system. If the tripping location between isolated grid system and main power grid could not be determined definitely, a series of hidden trouble of health and operation might be caused. This thesis analyzes the characteristics of planned isolated island and non-planned isolated island, discusses the passive and active detection methods of isolated island system and point out the advantages and disadvantages of different methods. Key words: isolated island, isolated island protection, distributed powerfrequency protection 随着以风电、光伏发电、微型燃气轮机等分布式电源(Distributed Generator,简称DG)在配电网中的渗透率日趋升高,传统配电网的架构将发生较大变化[1-2],例如,传统的单向潮流变为双向潮流;传统的变电站10kV侧进行电压无功调节,转变为需要综合考虑负荷侧DG的电压调节能力;传统的配电网采取辐射型供电,主网断电则负荷失电,而目前则需要考虑DG可能继续在给负荷供电,组成局部的孤网;另外,大部分DG的并网接口是以电力电子逆变器构成,与传统的同步发电机相比,在电网发生故障时一般不会提供2倍以上的短路电流,这也对含DG的配电网继电保护提出了新的要求。本文从孤网的定义入手,分析计划性孤岛与非计划性孤岛的特点,总结现行的若干孤岛检测的方法。 1 孤岛的定义
电力系统频率及有功功率的自动调节 摘要 在现实中系统功率并不是一个恒定的值，而是随时变化的，在系统中，每时每刻发电功 率和用电功率基本平衡。而功率又是影响频率的主要因素，当发电功率与用电功率平衡时，频率基本稳定，当发电功率大于用电功率时系统频率则上升，反之则下降，所以系统对有功 功率和频率进行调整。本文研究了电力系统频率及有功功率的自动调节进行了详细的研究与论证。 关键词：频率有功功率自动调节 第一章频率和有功功率自动控制的必要性 1电力系统频率控制的必要性A频率对电力用户的影响 （1）电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化,这会使得电动机所驱动的加工工业产品的机械的转速发生变化,转速不稳定会影响产品质量”甚至会出现次品和废品。 （2）电力系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备的准确性和性能，频率过低时有 些设备甚至无法工作。这对一些重要工业和国防是不能允许的。 （3）电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低，导致其所带动机械的转速和出力降低,影响电力用户设备的正常运行。 B频率对电力系统的影响 （1）频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大，轻则影响使用寿命，重则可能产生裂纹。对于额定频率为50Hz的电力系统，当频率低到45Hz附近时，某些汽轮机的叶片可能因发生共振而断 裂，造成重大事故。（次同步谐振，1970、1971年莫哈维电厂790MV机组的大轴损坏事故） （2）频率下降到47-48HZ时，火电厂由异步电动机驱动的辅机（如送风机、送煤机）的出力随之下降，从而使火电厂发电机发出的有功功率下降。这种趋势如果不能及时制止，就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允许的程度。这种现象称为频率雪崩。出现频率雪崩会造 成大面积停电，甚至使整个系统瓦解。 （3）在核电厂中，反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。当频率降到一定数值时，冷却介质泵即自动跳开，使反应堆停止运行。 （4）电力系统频率下降时，异步电动机和变压器的励磁电流增加，使无功消耗增加，引起系统 电压下降，频率下降还会引起励磁机出力下降，并使发电机电势下降，导致全系统电压水平降
光伏并网逆变器的孤岛效应保护原理介绍 所谓“孤岛效应”是指当电网的部分线路因故障或维修而停电时，停电线路由所连的并网发电装置继续供电，并连同周围负载构成一个自给供电的孤岛的现象。 一般来说，孤岛效应可能对整个配电系统设备及用户端的设备造成不利的影响，主要包括： 电力公司输电线路维修人员的安全危害； 影响配电系统上的保护开关动作程序； 电力孤岛区域所发生的供电电压与频率的不稳定现象； 当电力公司供电恢复时所造成的相位不同步问题； 太阳能供电系统因单相供电而造成系统三相负载的欠相供电问题。 防止孤岛效应的基本点和关键点是电网断电的检测，为了能快速检测到电网断电，通常需要采用被动式和主动式两种“孤岛效应”检测方法，一旦确认电网失电，均会在几个周期内将逆变器与电网断开并停止逆变器的运行。我司并网逆变器采用了主动式与被动式相结合的孤岛效应检测方法： 被动式孤岛效应检测方法：实时检测电网电压的幅值、频率和相位，当电网失电时，会在电网电压的幅值、频率和相位参数上，产生跳变信号，通过检测跳变信号来判断电网是否失电。 主动式孤岛效应检测方法：指对电网参数产生小干扰信号，通过检测反馈信号来判断电网是否失电。我司并网逆变器采用的是主动频移反孤岛策略，通过对输出电流在并网点的频率进行小的扰动，当电网有电时，该扰动对电网电压的频
率没有任何影响，当电网失电时，该扰动将会引起电网电压频率发生较大变化，从而判断电网是否失电。 当并网逆变器检测到电网失电后，在0.2秒内停止运行并与电网断开。当电网恢复供电时，并网逆变器并不会立即投入运行，而是需要持续检测电网信号在一段时间内完全正常(默认时间5分钟)，才重新投入并网运行。 并网逆变器孤岛效应保护流程简图
电力系统及其自动化学报Proceedings of the CSU-EPSA Vol.30No.9 Sep.2018 第30卷第9期 2018年9月 主动配电网供电恢复过程中的孤岛划分及并网方法 戴志辉，王旭，陈冰研 （河北省分布式储能与微网重点实验室（华北电力大学），保定071003） 摘要：制定主动配电网供电恢复策略时，充分利用分布式电源（DG）的发电能力，对于扩大恢复面积、提高供电可靠性具有重要意义。本文提出了基于广度优先算法、考虑DG运行特性和备用容量的动态孤岛划分策略，设计了馈线自动化终端（FTU）并网功能模块校验并网条件，并利用改进恒压、恒频控制策略（V/f）快速调节不满足并网条件的DG，使其重新并网。仿真验证表明，综合DG运行特性和备用容量的孤岛划分策略能更有效地保证孤岛运行的稳定性和电压、频率等调节的实现。FTU同期并网控制功能和改进V/f控制策略的协调配合，有助于实现DG孤岛快速、稳定并网运行。 关键词：供电恢复；孤岛划分；同期并网；改进V/f控制策略 中图分类号：TM77文献标志码：A文章编号：1003-8930（2018）09-0001-07 DOI：10.3969/j.issn.1003-8930.2018.09.001 Islanding Division and Grid Connection Method During Service Restoration of Active Distribution Networks DAI Zhihui，WANG Xu，CHEN Bingyan （Key Laboratory of Distributed Energy Storage and Microgrid of Hebei Province，North China Electric Power University，Baoding071003，China） Abstract:It is of great significance to take full advantage of the power generation capacity of distributed generation （DG）to enlarge the recovery area and improve the reliability of power supply when formulating the active distribution power supply recovery strategy.Therefore，a dynamic island partitioning strategy based on breadth-first algorithm was presented，considering the operating characteristics and the spare capacity of DG，the function module of feeder termi-nal unit（FTU）was designed to check the condition of grid connection，and the improved constant voltage and frequen-cy control strategy（V/f）was used to quickly adjust the running condition that did not meet the grid condition and made DG reconnected in this article.Case studies show that the proposed islanding strategy is applicable and effective to en-sure the stability of islanding operation and various regulations.FTU-based synchronization function in coordination with the improved V/f control strategy is beneficial for rapid and steady grid connection of DGs. Keywords:service restoration；islanding division；synchronizing connection；improved V/f control strategy 随着环境和能源问题的日益严峻，分布式电源DG（distributed generation）及其并网技术得到迅速发展。具有主动控制和能量管理、高DG渗透率的主动配电网成为配电网建设和研究的热点。目前还在致力于突破DG与配网接口、继电保护与控制以及DG运行效率的研究。DG的存在及其主动参与加剧了供电恢复问题的复杂性[1]，研究DG孤岛划分策略、恢复并网方法，提高用户供电可靠性具有重要意义。 系统正常运行时，主电网对并网的各类DG具有电压、频率支撑作用。当系统故障时：若为DG故障，系统的断路器动作，跳开故障DG；若为线路故障，则DG有并网、孤岛、停运3种运行模式。供电恢复时，先孤岛划分、再实现除孤岛外剩余网络重构的供电恢复策略[2-3]，充分利用了DG，但由于计划孤岛中未考虑DG备用容量和重并网等因素，不能保证孤岛区域稳定运行和恢复策略最优。文献[4- 6]提出了基于各种智能算法求解约束满足问题的孤岛划分模型，文献[7]充分考虑负荷管理对孤岛划分影响，但均未考虑DG控制策略和孤岛再并网。 收稿日期：2017-06-13；修回日期：2018-05-24 基金项目：国家重点研发计划专项课题（2016YFB0900203）；国家自然科学基金资助项目（51877084）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（2017MS096） 万方数据
Journal?of?Electrical?Engineering 电气工程,?2016,?4(1),?44‐54 Published?Online?March?2016?in?Hans.?https://www.doczj.com/doc/eb5449282.html,/journal/jee https://www.doczj.com/doc/eb5449282.html,/10.12677/jee.2016.41007
Fault Analysis of Isolated Island Operation of Micro‐Grid
Junjie Jiang, Rong Ju
School?of?Electrical?and?Automation?Engineering,?Nanjing?Normal?University,?Nanjing?Jiangsu
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Received:?Feb.?16th,?2016;?accepted:?Mar.?1st,?2016;?published:?Mar.?8th,?2016 Copyright???2016?by?authors?and?Hans?Publishers?Inc. This?work?is?licensed?under?the?Creative?Commons?Attribution?International?License?(CC?BY). https://www.doczj.com/doc/eb5449282.html,/licenses/by/4.0/?
Abstract
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Micro‐grid system is a new development direction of distributed generation system. In this paper, the operation characteristics of PQ and VF control inverter are analyzed, the mathematical model is established based on the control strategy of inverter, and the critical condition of the fault is de‐ rived. According to the working characteristics of the micro‐grid in grid connected operation and islanded operation, by using the node voltages and currents in fault condition, micro‐grid voltage and current equations in the run time are derived, and the fault analysis method is established. At last, by using the PSCAD, a simulation system of isolated island operation of low voltage of 380 V is built, testing the validity of the proposed method.
Keywords
Micro‐Grid, PQ Control Strategy, VF Control Strategy, Equivalent Model, Mathematical Analysis
微电网孤岛运行故障分析
蒋骏杰，居 荣
南京师范大学电气与自动化工程学院，江苏 南京
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收稿日期：2016年2月16日；录用日期：2016年3月1日；发布日期：2016年3月8日?
文章引用: 蒋骏杰, 居荣. 微电网孤岛运行故障分析[J]. 电气工程,?2016,?4(1):?44‐54. https://www.doczj.com/doc/eb5449282.html,/10.12677/jee.2016.41007?
电力系统频率偏低偏高有哪些危害 电力系统频率的频率变动会对用户、发电厂、电力系统产生不利的影响。1.对用户的影响：频率的变化将引起电动机转速的变化，从而影响产品质量，雷达、电子计算机等会因频率过低而无法运行；2.对发电厂的影响：频率降低时，风机和泵所能提供的风能和水能将迅速减少，影响锅炉的正常运行；频率降低时，将增加汽轮机叶片所受的应力，引起叶片的共振，减短叶片寿命甚至使其断裂。频率降低时，变压器铁耗和励磁电流都将增加，引起升温，为保护变压器而不得不降低其负荷；3.对电力系统的影响：频率降低时，系统中的无功负荷会增加，进而影响系统，使其电压水平下降。 当供电电路的频率偏高时，1、电动机的转速回高（n=60f/p(1-&) )，当电动机转速增大时，其实际功率成倍增加，其结果电动机很容易过载烧毁；2、中国电气设备是按50赫兹设计的，如果大于其允许的频率数，电气原件容易损坏。当供电电路的频率偏低时，电动机转速会过低，会使有的设备不能正常工作，如水泵可能不出水，风机风量、风压过低。 频率变化对电力用户及电力系统的影响包括哪些 对用户： 1、用户使用的电动机的转速与系统频率有关，频率变化将使电动机的转速变化，从而影响产品的质量。例如，纺织工业都会因为频率的变化出现次品。 2、近代工业，国防和科学技术都已经广泛使用的电子设备受到频率影响较大。 系统本身： 1、低频运行，会对发电机的叶片所受到的应力有影响。甚至引起共振，降低叶片寿命。 2、增大励磁电流，提高温升等。 系统频率的变化主要是引起负荷端异步电动机转速的变化。 如果频率降低的过多，将使电动机停止运转，会引起严重的后果。比如，火电厂的给水泵停止运转，将迫使锅炉停炉。另一方面，如楼上所讲，对于汽轮机在低频运行状态下时，会缩短汽轮机叶片的寿命，严重时会使叶片断裂。（这是因为汽轮机转子一般瘦长，转速较快，可达1500r/s,突然频率过低，会使叶片断裂）。 如果频率过高，则会出现失步等问题。 推荐楼主看《电力系统分析（上）》诸俊伟和《电力系统分析（下）》夏道止 电力系统频率变化的原因
关于并网逆变器孤岛效应保护和低电压穿越的 判断依据及功能介绍 阳光电源股份有限公司 2011.4
一、概述 低电压穿越功能是指当电网电压跌落时并网逆变器能够正常并网一段时间，“穿越”这个低电压时间(区域)直到电网恢复正常；孤岛效应保护是指当电网断电时并网逆变器应立即停止并网发电，保护时间不超过0.2秒。可以看出，孤岛效应保护与低电压穿越是相互矛盾的，两种功能不能同时并存，需要根据电站规模和要求进行选择，一般原则如下： ?对于小型光伏电站，并网逆变器在电网中所占的容量较小，对电网的影响较小，在 电网故障时不会对电网的稳定性产生实质性的影响，所以应具备快速监测孤岛且立即断开与电网连接的能力，即此时并网逆变器应选择孤岛效应保护功能。 ?对于大中型光伏电站，并网逆变器在电网中所占的容量较大，对电网的影响较大， 在电网故障时不会对电网的稳定性产生实质性的影响，所以应具备一定的低电压穿越能力，即此时并网逆变器应选择低电压穿越功能。 我司大功率并网逆变器同时具有孤岛效应保护与低电压穿越功能，在实际应用时可通过触摸屏菜单设臵，也可通过RS485通讯方式由上位机进行远程设臵。 二、低电压穿越功能介绍 如图1所示，当并网点电压在图中电压轮廓线及以上的区域内时，并网逆变器必须保证不间断并网运行；并网点电压在图中电压轮廓线以下时，并网逆变器立即停止向电网线路送电。其中T1=1秒，T3=3秒，也就是说，并网逆变器必须具有在电网电压跌至20%额定电压时能够维持并网运行1秒的低电压穿越能力，如电网电压在轮廓线内能够恢复到额定电压的90%时，并网逆变器必须保持并网运行。
图1：大型和中型光伏电站的低电压耐受能力要求 为了实现并网逆变器的低电压穿越功能，并网逆变器需要采用新的软件控制算法，软件控制算法需实时监测电网，并判断电网是否发生电压跌落（平衡或者不平衡跌落）。当CPU发现电网发生电压跌落故障时，立即启动低电压穿越功能，控制输出电流以及输出的功率，当电网电压在图1所示的曲线以内时，逆变器进入低电压穿越阶段；当电网进入电压恢复阶段，此时并网逆变器输出无功功率起到迅速支撑起电网电压的功能。如果电网跌落是不平衡跌落，逆变器会以输出三相平衡电流为目标函数，通过软件控制算法实现在电网电压不平衡阶段，逆变器的电流是平衡的；当电网恢复正常，逆变器迅速转入正常并网状态。 图2是并网逆变器低电压穿越控制流程简图：