分布式电源接入装置的研究综述-solarbe文库

资源描述：

摘要大规模分布式电源并网是实现智能电网的必然趋势，应用微网技术解决分布式电源并网问题是目前有效途径之一。本文阐述了分布式电源和微网结构体系，在微网架构下研究了 0.4kV 级和 10kV 级两种分布式电源接入系统，基于此，论文提出一种采用 ARMTDMI- S芯片的分布式电源通用接入装置，并分别设计了该装置的两大模块功率传输模块和控制信息模块。该接入装置具有并网同期检测功能；采用结合各种主动式和被动式检测方法的随机性、周期性检测方案的孤岛效应检测功能；兼容以太网、串口和 MO-DEM 三种通信方式，能满足主网、微网各 DG 三级之间的通信；具有功率控制管理功能和继电保护功能。关键词分布式电源（ DG）智能电网微网功率传输模块控制信息模块0 引言随着各种新型发电技术的发展，大规模分布式电源 distributedgeneration ， DG接入电网是实现智能电网的必然趋势，但是大规模DG 的渗透必将给电网的电能质量特别是保护带来较多的负面影响。应用微网技术 [1- 3]解决分布式电源并网问题是目前有效途径之一。笔者认为实现微网技术的关键是优秀的控制策略、强大的通信能力、可靠服从的即插即用接入装置，不论是微网还是分布式电源的并网，它们的控制和保护即怎样控制并入配电网，并网后的电压、功率如何调节，系统侧和微网（或 DG）侧发生故障时如何保护，仍然是目前并网的关键问题。因此有必要研究微网（分布式电源）的接入系统，将接入装置从各个分布式发电系统剥离出来，使其独立于微网和主网（或分布式电源），并具有可靠服从的即插即用功能。1 分布式电源和微电网分布式电源是指区别于集中发电、远距离传输、大联网系统的传统发电形式。它的功率较小（一般在 50MW 以下），属于模块式、分布位置灵活，与主电网互为备用共同对用户供电。虽然分布式电源极好地适应了分布式电能的需求以及资源分布的特点，并大大减少了输、配电网升级换代的巨额投资，但是分布式电源的缺点也是显而易见的，如污染主电网电能质量、单台接入成本高、 DG 属于不可控单元难以控制等等。早期的 DG 并网策略没有有效实现分布式电源的积极辅助作用，仅仅采用隔离、限制的策略。近年来国内外专家经过大量的研究、结合工程实践，提出了微网概念，并将微网技术应用于解决 DG 并网问题。微网是按照系统的观点将发电和负荷看成一个子系统，成为一个单一可控的单元。如图 1 所示为微网和主网联络图，从图中可知该微网主要是由各种分布式电源（储能单元）、各种负荷用户终端以及相关的电力电子接口（ 220/380V）、主接口 10kV、智能控制中心、通信路径以及相关的测量计量元件组成。整个电网架构从控制角度可理解为主网控制中心，微网控制中心及各 DG 控制单元。应用微网技术解决 DG 并网问题，在完成接入控制策略的同时，还要关注接入后运行、控制策略，也即两种过渡状态和两种运行状态微网与主网的解列过渡状态和微网与主网的并网过渡状态、并网运行状态和孤岛运行状态。因此笔者认为在微网架构下的分布式电源接入应该满足以下两大方面 ① 可靠服从的即插即用功能，由于光分布式电源接入装置的研究综述徐铭 1 张维 2 郭上华 2 牛文楠 1 （ 1 广东电网公司深圳供电局； 2. 珠海许继电气有限公司）有显著性意义。4 分析讨论糖是机体有氧耐力运动的主要供能物质。本实验选用大鼠灌胃以补糖 6mg/kg/d 和补药（ 80mg/kg/d ）为测试因素，训练一周观察大鼠在一次消耗糖原游泳运动前后血糖水平、肌肝糖原含量。在运动后即刻各组都出现肌糖原含量明显下降但各组肌糖原差别不大，但在随后 12 小时的恢复过程中，补药组肌糖原含量一直高于对照组，表明补药可通过促进运动后肌糖原再合成来提高运动能力。补糖组的肌糖原运动后 4 小时一直高于补药组，表明补糖促进运动后 4 小时肌糖原恢得的效果强于补药组，这可能与各自的作用机制不同有关。运动后补糖可能提供充足的合成原料，所以起效快，短期效应强，主要促进运动后的糖原合成恢复。而补药为调节糖代谢过程，故作用缓慢，长期效应更加明显。因此将二者结合促进糖原合成过程中的多个环节，作用更强，同时补糖补药组肌糖原含量在运动后高于其他各组。肝糖原对运动能力的作用主要为耐力运动中，肝糖原分解成葡萄糖进入血液，以维持血糖稳定，参与运动肌和中枢神经系统的供能。血糖是中枢神经系统的基本燃料，也是长时间运动骨骼肌可动用的外源性糖的重要来源。运动时间越长，强度越高，肌糖原储量越少，肌肉吸收和利用血糖越多，血糖水平越低，使中枢神经系统和运动肌肉能量供应减少，限制了机体的运动能力。血糖水平对于运动后糖原合成也很重要，它可反映糖原合成所需底物的可获得性高低。血糖水平高则反映了合成底物充足。本实验观察在运动前安静状态时，各组血糖水平没有统计学显著性差异。而运动后即刻血糖最低，但补糖和补药组都显著的提高了机体的血糖水平，在随后升高，运动后 4 小时点是我们所有采样时间点中最高之后血糖逐渐下降。但据文献报道，运动后血糖峰值可能出现在运动 1 小时左右，虽然我们没有在这点采样但基本相同，这种运动后血糖的变化曲线与前人研究结果基本一致。综上所述，运动后糖原的合成是一个复杂过程，补糖和补药的作用各有侧重，补糖有利于糖原的快速合成和机能的恢复，补药的作用相对缓慢，但持续时间较长。两者同时补充有协同作用。5 结论根据本实验研究结果及对结果的分析，可以得出以下结论 ① 补糖和补药可以提高运动后肌糖原的基础储备，补糖对运动后肌糖原的快速恢复作用明显，而补药的作用相对缓慢，但持续时间较长。同时补糖和补药协同效果明显。 ② 补糖促进运动后肝糖原的恢复，而补药则对运动后肝糖原恢复没有影响。同时补糖和补药的协同效果不明显。 ③ 在运动后的，补药和补糖都在不同程度上提高了机体的血糖水平。参考文献 [1]Brekhman Ⅱ and Dardymov Ⅳ .Mechanism of increasing or-ganism resistance under the effect of Glnseng and Eleutherococcuspreparations.Sb Rab Inst Tsitol.19741482- 85.[2] 张爱芳，冯炜权 .理气活血中药对小鼠运动时物质代谢的影响 .北京体育大学学报 .199619427- 33.[3] 赵鹏，李彬，何为涛，等 .三七皂甙对小鼠免疫功能影响的实验研究 .中国热带医学， 2004 ， 44 522 524．[4]马珂，汤金士 .三七皂甙的实验研究进展 .浙江中西医结合杂志， 2002， 123 197 199.[5]Miura A， et al. The effect of glycogen depletion on the curva-ture constant parameter of the power- duration curve for cycle er-gometry.Ergonomics.2000 Jan;431133- 41.项目资助湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目编号 KDCX0923科学实践上接第 317 页）318伏发电、风力发电的间歇性以及各 DG 运行模式的切换要求使得分布式电源和微网间出现频繁地并入和脱离，类似于计算机的 USB 接口。 ② 强大的通信功能，共同搭建统一调度管理体系。微网具有自我控制、管理、保护的功能，各 DG 单元在微网控制中心或自身控制下调整各自功率输出，以满足整个微网运行的稳定性和经济性，同时在微网独立运行时进行统一调度以保证敏感性负荷供电的可靠性。2 分布式电源接入装置的设计方案2.1 分布式电源接入装置的硬件组成和功能规划控制层次的不同和并网电压等级的不同，各分布式电源接入系统的硬件组成和功能也有所不同。两者的区别 ① 逆变和升压环节不同， 0.4kV 级采用 0.4kV 级逆变器， 10kV 级的组成有三种采用10kV 级逆变器；采用 AC/DC/AC 电力电子换流器；采用 0.4kV 级逆变器和升压变压器组合。 ② 与电网联络的开关不同， 0.4kV 级大多使用负荷开关（或电力电子开关）， DG 的开关可由 DG 控制单元和负荷开关（或电力电子开关）实施；而 10kV 级使用断路器和隔离开关，微网和主网的开关由微网控制中心和断路器实施。 ③ 功能规划不同，除具有并网接入功能、孤岛效应检测功能、通信功能、电能质量监测功能、继电保护功能、电能计量外，主接口（微网控制中心）具有对各DG 单元的控制管理功能，能控制实现整个微网的功率平衡以及在独立运行时保证敏感性负荷供电的可靠性。根据第 1 节所述的即插即用要求，结合本节所阐述的两个接入系统，本文提出一种灵活可靠的互联接入方案，即将分布式电源接入装置从各分布式发电系统中剥离出来，将图 1 中的微网控制中心和主接口集合在一起设计成接入装置，将图 1 中的 DG 控制单元和电力电子接口集合在一起设计成接入装置。这样，上述两个电压等级的分布式电源接入装置可统一划分为两大模块功率传输模块和控制信息模块，如图 2 所示。2.2 接入装置电路设计接入装置的功率传输模块是指各 DG发出的功率输入电网的实际途径，这一部分由逆变器（变换器）接口、断路器接口 / 负荷开关接口、继电器（接触控制器）接口、电量传感器等硬件接口组成，是用来连接（断开）微网和分布式电源，或者连接（开断）微网和主网的，对应接入的不同电压等级，线路开关、电流互感器等硬件接口和相应的硬件配置上将会不同。控制信息模块是指微网控制中心和各 DG 控制单元，是构建统一调度体系的主要载体，实现对各分布式电源并网、切除、发电调度、故障检测等的统一管理，协调整个微网的运行。根据接入装置所在控制等级规划相应的功能，按照控制等级可分为微网主控制中心级和DG 控制单元级。图 3 是以 Philips 公司的 ARM 系列芯片为核心的控制信息模块设计。该接入装置具有三种通信方式以太网、串口和MODEM ，能满足主网主站和微网主控制中心以及各 DG 单元间的三级通信。3 分布式电源接入装置的功能应用分布式电源接入装置的各功能模块通过 ARM 编程实现。这些主要的功能有3.1 同步并网功能，装置通过检测主电网和微网的电压、电流以及相位频率等，在一定的偏移容许条件下完成并网动作。当出现不符合并网条件时如频率偏差大、相位不符合，装置可以通过控制功能模块对微网中的可调单元如光伏电源的逆变器等进行频率、电压等因素的调控，从而满足并网条件。3.2 频率、电量、功率因数等数据显示、计算、传输。3.3 继电保护功能，低压（过压）保护，低频（过频）保护、过流保护等。3.4 孤岛效应检测，目前孤岛效应检测有两大类方式主动式和被动式，但是由于电网故障瞬间和配网的复杂性以及研究时日较短，孤岛效应检测方法难免不尽人意。本文提出一种结合各种主动式和被动式检测方法的随机性、周期性检测方案。利用 ARM 芯片内存大的特点，将各种式检测方法编写功能函数代码写入，在不同的周期内，通过程序随机选择一种检测方案，控制硬件输出然后完成检测；最后将前后两个周期的检测结果进行与逻辑后判断孤岛效应。3.5 控制功能，各 DG 单元的接入装置设定好相关功率控制方式，如 PQ 下垂特性控制、最大功率输出跟踪控制等，主接口接入装置通过两级通信控制 DG 的运行模式以及相关储能单元的投切，从而完成整个微网的运行可靠稳定。3.6 电能质量监测功能，接入装置对两侧的电能质量进行检测，当电能质量不符合相关标准要求时，接入装置发出命令控制开关进行切换。3.7 电能计量功能，该功能主要是完成微网和主网间的潮流调度的数据统计，特别是在主网负荷高峰期间。4 结论本文详细阐述了微网体系结构，在此体系结构下设计了一种采用 ARMTDMI- S芯片的分布式电源通用接入装置。应该说本文所提出的设计方案都还是比较粗糙的，在实际产品开发过程中还需要大量的仿真论证和工程实践。下一步工作重点有两个 ① 完善硬件开发，特别是电磁兼容 EMC ； ② 完成整机软件的开发以及系统联调；同时搭建 EMTP- ATP 仿真模型，进一步仿真验证。参考文献 [1] 撖奥洋，邓星，文明浩，李惠宇，陈晓燕 .高渗透率下大电网应对微网接入的策略 [J]. 电力系统自动化， 2010 ， 341 78- 82.[2] 李鹏，张玲，王伟，杨希磊，赵义术 .微网技术应用与分析 [J]. 电力系统自动化， 2009 ， 3320109- 113.[3] 丁明，张颖媛，茆美琴 .微网研究中的关键技术 [J]. 电网技术， 2009 ， 3311 6- 10.[4]IEEE Standard for Interconnecting Distributed Resources WithElectric Power Systems[S].,IEEE Std.1547,2003.[5] 张超 .光伏并网发电系统 MPPT 及孤岛检测新技术的研究 [D]. 浙江大学 .2006.项目基金山东省优秀中青年科学家奖励基金项目编号 2006BS01018珠海许继电气有限公司分布式电源科技项目科学实践319