全面解析！随机性电源的特点及“即插即用”的要求-第3页-北极星输配电网

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4.5 虚拟同步发电机技术

由于随机性电源采用电力电子类型的电源转换，电力电子类型电源采用数字电路控制，暂态响应速度快，没有惯性，不能参与电网的调频及调压，在DG接入容量小，渗透率低时，依靠配电网提供稳定的电压及频率，在DG接入容量大，渗透率高时，过多无惯性的随机性电源会对配电网稳定造成影响，可采用具有惯性的DG，参与配电网调节，实现DG高渗透率即插即用接入配电网，如：DG高渗透率接入配电网，系统频率偏差较大时，具有转动惯量的DG使配电网系统整个转动惯量加大，使系统频率变化趋于平缓；具有阻尼的DG使配电网系统整个阻尼加大，使系统频率变化时暂态过程变短。在微电网应用中，具有惯性的DG在微电网离网运行时，使微电网离网运行的整个转动惯量加大作用更加明显，更能大大提高微电网离网运行的稳定性，同时还能解决微电网计划孤岛及非计划孤岛时，并网转离网的无缝切换、过电压，微电网离网转并网的无冲击合闸并网等技术难题。

在虚拟同步发电机技术研究上，相关文献已取得突破成果，文献［10］研究了基于虚拟转矩和虚拟励磁的并网有功和无功调节方案，提出一种基于锁相环的虚拟同步发电机并网/离网无缝切换控制策略，文献［11］在总结虚拟同步发电机支撑微电网稳定运行控制策略的基础上，结合同步发电机的功角曲线和转子惯量的物理意义，提出一种自适应虚拟转子惯量的VSG控制算法，文献［12］提出了根据系统频率扰动大小，自适应调整惯性，以防止转动惯量过大或过小造成的系统动态响应过慢或过快，阻尼过大或过小造成的暂态过程过长或过短。虚拟同步发电机技术能实现随机性电源友好并网、微电网即插即用接入，满足随机性电源高渗透率接入要求。

4.6 预同步并网技术

微电网系统离网运行时，其电压一般与电网侧电压存在偏差（相位、幅值和频率），如果不进行同步控制而直接重合闸并网，那么较小的电压差和相位差加在很小的连接阻抗上，就会出现较大的冲击电流，甚至导致并网失败和设备损坏。如图6，文献［13］提出了采用一种基于幅值和相位逐步逼近的预同步算法，能够保证MG电压幅值、相位与电网侧电压的幅值、相位一致，实现“零冲击”自动并网。

图6 预同步并网

4.7 P/U控制技术

DG无约束大规模接入配电网以及负荷的多变性等因素会引起较大的电压偏差和波动，甚至出现过电压现象，最终导致逆变器退出运行，无法保证DG的正常接入。DG工作在PQ模式时，采用一种P/U控制技术，如图7，其基本原理是逆变器根据接入点电压情况自动进行出力调节，解决由于DG发出有功过多引起电压升高、使DG退出运行、不能有效发电的问题，避免DG因过电压而退出运行；电压恢复正常后，自动恢复DG正常运行特性，保证DG更多时间接入，发电量渗透率最大，实现按最大发电量渗透率即插即用。

图7 P/U控制

4.8 保护控制技术

分布式电源接入配电网，配电网潮流由单向流动变为双向流动，给配电网保护、配电自动化和故障处理过程带来影响。文献［15］提出了基于虚拟节点网络拓朴结构的配电网纵联保护方案，适用于架空线路的配电自动化。如图8所示，根据配电网网络拓朴结构，把断路器归类为单元元件，把线路虚拟为一个节点，以节点为单元划分为不同的支路区域，采用分支线路纵联方向保护，对同步没有要求，通道采用EPON通信技术，利用EPON传输GOOSE机制，配电网馈线终端FTU传输启动及方向元件，由集中式纵联方向保护装置进行集中判别，实现配电网快速准确的故障定位和隔离，实现架空线路配电网纵联保护，并在示范工程中应用。

针对电缆型主动配电网环网柜接线特点，文献［16］提出采用集中式线路差动与就地式母线差动方案。如图9所示，配电终端DTU采用内置以太网通信技术，采用专用光纤通道“手拉手”连接，基于光纤通道实现DTU数据同步，DTU进出电流传输至集中式差动保护装置，由集中式差动保护装置实现配电网线路保护，DTU就地实现环网柜母线保护，并在示范工程中应用。

图9 电缆型主动配电网保护方案

5 结语

随机性电源均属电力电子类型电源，接入配电网具备相同的特征，从转换统一、安全并网、信息互联、超高速控制等方面分析了随机性电源即插即用要求，探讨采用DC/DC，DC/AC两种电源转换装置实现随机性电源设备即插即用接入要求，随机性电源实现即插即用需要的关键技术，有些技术已在示范工程中应用，有些技术需要进一步进行工程示范验证，还需要进一步研究更多的关键技术，为实现随机性电源即插即用提供技术支撑。

作者简介：

李瑞生，许继集团研发中心主任，教授级高工，全国五一劳动奖章获得者、国家科技进步特等奖获得者，享受国务院特殊津贴专家，中国电工技术学会电力系统控制与保护委员会委员，《电力系统保护与控制》杂志编委。在智能变电站、分布式发电与微电网、智能配电网等领域开展研究。出版专著3本，申请专利30项，发表论文30余篇，负责完成国家级项目6项，国家科技进步特等奖1项，获得省部级奖6项，起草国家及行业标准6项。

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