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1、,安徽大学教育部电能质量工程研究中心,李令冬,分布式电源接入电网支撑技术,目 录,一. 引 言,分布式电源快速发展已成为必然趋势 迫于能源紧缺和环境的压力，以风电、光伏电源、小水电等可再生能源为主体的分布式电 源发展已成为必然趋势，分布式电源的比例将超过30%。,分布式电源的发展使电网承载更大的压力 分布式电源的分散性、不稳定性、发电间歇性等特点使电网负荷峰谷差加大、运行稳定性 降低、供配电效率减小、电能质量问题更加严重，从而导致电网接纳分布式电源的能力受 到限制。,电网技术新需求分布式电源接入电网支撑技术 “如何处理数以万计的分布式电源接入电网，同时确保电网的可靠性以及人身和设备安全， 并激
2、励市场？”成了挑战性的课题。围绕着提高电网接纳分布式电源能力为目标的电网支 撑技术为解决这一问题提供了新的解决方案。,一. 引 言,电网接纳分布式电源能力的建模与仿真技术,电力储能技术,可平移负荷控制技术,电网动态无功补偿技术,分布式电源接入电网的解列重合闸技术,分布式电源接入电网的测试评估技术,分布式电源接入电网支撑技术,一. 引 言,分布式电源并网电路模型 分布式电源并网仿真技术 电网接纳分布式电源能力计算 分布式电源并网仿真主要结论,二.电网接纳分布式电源能力的建模与仿真技术,分布式电源并网电路模型 分布式电源并网系统仿真技术 电网接纳分布式电源能力计算 分布式电源并网仿真主要结论,二.
3、电网接纳分布式电源能力的建模与仿真技术,分布式电源并网系统电路模型,配电网拓扑结构,分布式电源并网系统电路模型,等值电路,分布式电源并网电路模型 分布式电源并网系统仿真技术 电网接纳分布式电源能力计算 分布式电源并网仿真主要结论,二.电网接纳分布式电源能力的建模与仿真技术,仿真内容,分布式电源并网仿真技术,电压稳定仿真 高压传输线送端电压对受端电压的调整率； 高压传输线送端电压对中压母线电压的调整率； 高压传输线送端电压对低压母线电压的调整率。基波功率潮流仿真高压送端电压功率角；高压送端功率因数；高压传输线传输效率。谐波潮流仿真 高压传输线受端对送端的谐波电压串联谐振系数； 高压传输线送端对中
4、压负载的谐波电流并联谐振系数。,分布式电源并网仿真技术,仿真流程,仿真应用,（以上海洋山港供配电系统为例） 电压稳定仿真 110kV传输线送端电压对受端电压的调整率； 110kV传输线送端电压对10kV母线电压的调整率； 110kV传输线送端电压对0.4kV母线电压的调整率。基波功率潮流仿真 110kV送端电压功率角； 110kV送端功率因数； 110kV传输线传输效率。谐波潮流仿真 110kV传输线受端对送端的谐波电压串联谐振系数； 110kV传输线送端对10kV负载的谐波电流并联谐振系数。,分布式电源并网仿真技术,电压稳定性仿真目的,大容量的分布式电源接入电网，对电网而言，广义负荷功率为分
5、布式 电源功率与负荷功率之和，由于分布式电源发电功率的快速随机波动性， 使广义负荷功率波动加大，从而引起负载端电压的稳定性。因此为了保证 电压稳定，需要对接入电网的分布式电源容量加以限制，并对接入电网的 广义负载的无功功率加以控制。电压稳定仿真分析可以为分布式电源容量限值的计算及广义负载的无 功功率控制提供依据和方法。,分布式电源并网仿真技术,110kV传输线送端电压对受端电压调整率（S=050MVA）,电压稳定仿真,分布式电源并网仿真技术,110kV传输线送端电压对受端电压调整率（S=050MVA）,电压稳定仿真,功率因数越高，受端电压受负载功率影响越小。当功率因数为+0.98（超前）时，
6、负载相功率在050MVA范围内变化时，受端电压变化小于1%；当功率因数为-0.98时 （逆流），受端电压变化范围大于2%。,分布式电源并网仿真技术,110kV传输线送端电压对10kV I段母线电压调整率 （ ， ，S=050MVA）,电压稳定仿真,分布式电源并网仿真技术,110kV传输线送端电压对10kV I段母线电压调整率 （ ， ，S=050MVA）,电压稳定仿真,功率因数越高，10kV I段电压稳定性受10kV I段母线负载功率影响越小。当负载功率 因数为1，则广义负载相功率在015MVA范围内变化时，10kV I段母线电压变化在2%以内。,分布式电源并网仿真技术,110kV传输线送端电
7、压对0.4kV I段电压母线电压调整率 （ S=050MVA）,电压稳定仿真,分布式电源并网仿真技术,110kV传输线送端电压对0.4kV I段电压母线电压调整率 （ S=050MVA）,电压稳定仿真,功率因数越高，0.4kV I段母线电压稳定性受0.4kV I段母线负载功率影响越小。 有功功率正向流动时，功率因数控制在+1，或有功功率逆向流动时，功率因数控制在 0.98 （滞后），则0.4kV母线电压变化在2.5%以内。,分布式电源并网仿真技术,电压稳定仿真结论,负载功率波动越大，功率因数越低，电压波动越严重。对于同样的功率波动和功率因数，电压等级越低，电压波动越严重。,分布式电源并网仿真技
8、术,基波功率潮流仿真目的,分布式电源接入电网，分布式电源输出功率的随机波动性使传输线所 带的广义负载功率波动增大，影响电网潮流分布的合理性：即使传输线受 端功率因数接近1且稳定，送端功率因数有时依然很低且波动较大；有时 传输线传输效率低且波动较大；传输线送端电压功率角也随受端所带的广 义负载波动而变化。以上问题需对分布式电源容量和负荷特性进行优化控 制，使功率潮流分布合理。功率潮流仿真分析可以为分布式电源并网系统的功率潮流优化控制提 供依据和计算方法。,分布式电源并网仿真技术,110kV传输线送端电压功率角,基波功率潮流仿真,分布式电源并网仿真技术,110kV传输线送端电压功率角,基波功率潮流
9、仿真,结论：无论功率因数多大，广义负载相功率在050MVA内变化时，110kV送端电压的 功率角都在7以内，满足功率稳定传输条件。,分布式电源并网仿真技术,110kV传输线送端功率因数,基波功率潮流仿真,分布式电源并网仿真技术,110kV传输线送端功率因数,基波功率潮流仿真,负载功率因数为1时，且广义负载相功率大于10MW时，送端功率因数大于0.95。 否则，送端功率因数小于0.95。,分布式电源并网仿真技术,110kV传输线效率,基波功率潮流仿真,分布式电源并网仿真技术,110kV传输线效率,基波功率潮流仿真,分布式电源并网仿真技术,110kV传输线效率,基波功率潮流仿真,功率因数越大，传输
10、线效率越高；当负载相功率小于1.33MVA时，无论有功是 正向流动还是逆向流动，传输线效率都随着广义负载相功率的减小而迅速下降。,分布式电源并网仿真技术,基波功率潮流仿真结论,当传送功率在150MVA以内时，无论是否逆流，送端电压功率角都在以内。当传送功率在15MVA150MVA以内，当受端功率因数在（滞后）时，送 端功率因数均在（滞后）之间；当传送功率小于15MVA，受端功率因数在（滞后）时， 送端功率因数随传送功率下降而迅速下降；当受端功率因数超前时，无论逆流与否，送端 功率因数都很低。当功率由送端向受端传送或逆流时，若功率因数大于在以内，传送功率大于 4MVA，有功传输效率在98%以上；
11、当传送功率小于4MVA，无论功率因数多大或是否逆 流，有功传输效率很低，且随着传输功率减小而迅速下降。,分布式电源并网仿真技术,谐波潮流仿真目的,当高压传输线路较长，充电功率较大时，由于分布式电源输出功率波动性较大， 致使广义负载功率波动较大，会引起高压传输线受端对送端谐波电压的串联谐振放大 和高压传输线送端谐波电流对中低压侧谐波电流的并联谐振放大，为了减小分布式电 源产生的谐波电流对电网的干扰和背景谐波电压对负载的影响，需要对广义负载特性 和传输线特性进行控制。谐波潮流仿真分析可以为控制广义负载特性和传输线特性提 供依据。,分布式电源并网仿真技术,110kV传输线受端对送端谐波电压串联谐振仿
12、真（以5次谐波电压为例 ）,谐波潮流仿真,广义负载功率因数超前补偿，5次谐波电压在110kV受端放大严重。,分布式电源并网仿真技术,110kV传输线送端对10kV I段负载谐波电流并联谐波仿真（以5次谐波电流为例 ）,谐波潮流仿真,10kV I段母线广义负载功率因数超前补偿，5次谐波电流在110kV送端放大严重。,分布式电源并网仿真技术,谐波潮流仿真结论,在大规模分布式电源并网系统中，各电压等级线路的功率因数应在 0.950.98之间，决不允许无功过补偿，无功过补偿将会引起谐波电流 的并联谐振和谐波电压的串联谐振。,分布式电源并网仿真技术,分布式电源并网电路模型 分布式电源并网仿真技术 电网接
13、纳分布式电源能力计算 分布式电源并网仿真主要结论,二.电网接纳分布式电源能力的建模与仿真技术,电网允许接入的分布式电源功率,分布式电源并网系统仿真计算,电网接纳分布式电源能力计算,满足电能质量和经济运行等约束 条件的最小广义负载功率P1 （滞后功率因数大于0.98）,实际测试,实际运行的最小负载功率P2 （滞后功率因数大于0.98）,P1P2,P2P1,最小功率法,分布式电源并网电路模型 分布式电源并网仿真技术 电网接纳分布式电源能力计算 分布式电源并网仿真主要结论,二.电网接纳分布式电源能力的建模与仿真技术,主要结论,提高受端广义负载的最小容量是提高输电线路运行经济性能（提高输电线路效率和
14、送端功率因数）的根本方法。背景谐波电压的串联谐振和负载谐波电流的并联谐振与系统网络阻抗参数关系较大， 与分布式电源并网容量关系较小，广义负载功率因数超前补偿将使谐波问题更加严重。 提高并稳定分布式电源并网点负载功率因数是提高电网电压稳定性的根本方法。电网接纳发电能力计算与校核可采用最小功率法，即分布式电源接入电网的最大功 率为线路实际运行的最小负载功率与在经济运行和电能质量约束条件下的线路允许最 小广义负载功率之差。,结论,分布式电源并网仿真可以定量分析分布式电源并网系统的电压稳定、基 波功率潮流和谐波潮流等电能质量问题，并为解决上述问题提供技术方案 。应用分布式电源并网仿真可以在规定的约束条
15、件下计算接入不同电压等 级的不可调度的分布式电源并网容量限值，并为提高其限值提供技术思路 。,电网面临的问题与挑战 电力储能技术 大容量储能装置 应用举例 上海电网储能系统,三. 电力储能技术,三. 电力储能技术,电网面临的问题与挑战 电力储能技术 大容量储能装置 应用举例 上海电网储能系统,电网面临的问题与挑战,经济社会发展对电网电能质量提出了更高的要求,电网用电峰谷差逐渐增大，调峰矛盾日益突出,不断扩大的电网规模增大了电网安全稳定运行的风险,可再生能源发展迅猛，其并网运行技术有待完善,电网发展 的挑战,上海电网发展如沿用外延扩张型方式将难以为继！,增长需求大，建设困难大 最高负荷每年10%以上高增长，变电站、线路走廊用地困难。 投资量巨大，利用效率低 每年电网投资100多亿，仅用来满足高峰负荷短时应用！,电网面临的问题与挑战,分布式电源发展带来的困难,分未来12年，上海将新增1480MW风电装机容量、150MW太阳能光伏发电。,风力发电和太阳能发电都有功率变动大、发电与用电需求不同步的缺点。大量并网后电网企业将面临技术和管理难题。,
