針對微電網儲能技術與短路故障問題綜合概論

胡經偉

摘 要：隨著社會經濟的高速發展，電力需求增加，日益緊張的能源問題為電力行業和環境保護帶來了巨大的挑戰。已發展成為集中發電，遠距離輸電的大型互聯網絡也暴露了當前電力系統安全性差、效益低等缺陷。針對這些問題，需要加大新能源以及可再生能源的發展力度，實行分布式發電。另外，一方面微電網的儲能技術一直是制約微電網發展一個重大瓶頸，另一方面，當微電網出現短路引起一系列相關問題也是一重大課題，文章即對其相關問題作出相應探討與分析。

關鍵詞：微電網；短路故障；儲能

中圖分類號：TM72 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）31-0046-02

引言

微電網主要的特點是“微和精”，“微”是指微電網與大規模系統相比更加“小巧”；“精”是指其結合了多種裝置 ，例如微電源、儲能裝置、負荷及控制裝置。微電網為保證供電可靠性方面發揮著穩定的作用。但不可否認的是微電網的出現也增加了故障的復雜性。為了使微電網更加穩定，研究可靠的保護方案成為首要任務。微電網通過控制系統管理網絡范圍內的各分布式電源，使各分布式電源工作在最佳狀態充分利用給類再生能源的同時又可有效的抑制單個分布式電源并網給系統帶來的沖擊性。微電網與大電網相結合的供電方式將是今后配電網的發展的重要方向，未來的配電網將會是大量的微電網并入。完善保護和控制系統是今后微電網技術能夠繼續有效的發展并廣泛的加以應用的重要保障。

1 微電網儲能

微電網的電能通過某種裝置轉換成其他便于存儲的能量高效存儲起來，儲能主要是實現在需要時候以提供必要的電能實供相應場合應用一種技術。裝置兩大部分構成包括：儲能裝置和由電力電子器件組成。儲能裝置主要實現能量的儲存、釋放或快速功率交換。電網接入裝置實現儲能裝置與電網之間的能量雙向傳遞與轉換， 實現電力調峰、能源優化、提高供電可靠性和電力系統穩定性等功能。儲能系統可以調節微電源性能，保證用戶的供電質量，提高微電網供電可靠性，因此研究儲能系統在微電網中的應用具有十分重要的現實意義。

2 微電網儲能意義

2.1 提供短時供電

在正常情況下，微電網處于并網運行狀態；當電網發生故障時，微電網將及時與電網斷開，切換到孤島運行狀態。微電網在這兩種模式的轉換中，通常會有一定的功率缺額，由于光伏發電夜間無光、風力發電無風等外界條件的變化，會經常導致沒有電能輸出，這時就需要儲能系統向系統中的用戶持續供電。

2.2 削峰填谷

電能的生產、輸送和消費實際上是同時進行的，不能大量存儲。微電網存在大量的分布式電源，用電負荷總是不均衡的，在不同時間和季節出現了峰谷差大的現象。現階段電網中絕大部分的調峰只能依靠常規電廠來承擔，增加對電力設備的投資成本，其中絕大部分要由燃煤電廠負擔，單位煤耗增加。儲能系統可以在負荷低谷時將電能存儲，在電網負荷高峰時發電，提供出力，使得火電機組穩定出力運行，降低成本，保證電網穩定安全運行。而且，儲能系統相對傳統的調峰電廠響應速度以ms為單位，啟停迅速，調節方便。

2.3 保證電能質量

電力系統運行質量的重要內容是指電壓與頻率必須要滿足相關條件要求，其中電壓是由無功頻率所決定的，必須保證在任何時候可以進行無功的交換，進而來調節系統無功系統，提高系統的電壓穩定性。在另一方面，還必須通過電力電子器件的控制來調節輸入/輸出功率，以滿足用戶的負荷的需求，能夠根據系統負荷變化快速調整出力來穩定系統頻率，改善電網的電能質量。

2.4 滿足可再生能源發展的需要

多數可再生能源諸如太陽能、風能、潮汐能等具有隨機性、間歇性以及季節性的顯著特點，當外界的光照、溫度、風力等發生變化時，微源相應的輸出能量就會發生變化，造成母線及附近電網的電壓波動，同時因為并網與脫網的相對動態變化性，難免引起電壓沖擊與供電質量問題。利用儲能系統將可再生能源間接輸入電網或存儲起來，連續穩定地為電網供電。大大地提高了可再生能源利用率和電網供電質量，使可再生能源得到最大化的開發利用，促進產業化發展。

3 微電網保護難點

微電網一般是直接并入配網中，而單電源輻射狀的配電網中的繼電保護常采用過電流保護方案。微電網中的微電源通常是經過逆變器接入，為了保護電力電子元件，逆變器控制部分中會添加限流模塊，這樣逆變型分布式電源在系統故障時，就不會向故障點供應很大的短路電流，雖然微電網中一般都含有多個微電源，可能會有多個電源提供短路電流，但是和大系統的短路電流相比還是小很多，從而給傳統的過電流保護帶來嚴重影響，造成傳統的過電流保護配置可能不再適用；在選擇性、速動性、靈敏性和可靠性方面難以滿足繼電保護各方面的的要求。因此需要研究適用與微電網的新的繼電保護方案。本章在以上理論分析的基礎上，以微電網的運行和故障的特殊性為切入點，分析微電網保護所要面臨的新問題，進而提出能夠滿足孤島微電網可靠運行的保護原理。

4 微電網PSCAD故障模型

組成微電網的分布式電源也稱為微電源。微網中根據發電方式和能量的轉換過程，可將現有的微電源等效為一個直流電源加逆變器再加上濾波裝置。微電源一般可以采用恒功率控制方式（P-Q控制）或者恒電壓頻率控制方式（V-f控制）。V/f 控制方式可以實現情況改變時微電源之間變化功率的共享，能夠保證電壓和頻率的穩定性。在 PQ 控制方式下，微電源向系統注入預定數值的有功和無功功率，選擇合適的坐標變換參考軸，可對有功功率和無功功率分別進行控制。逆變器的PQ 控制方式適合于微電網與大電網并網運行時的情況，當微電網脫離大電網獨立運行時，使用這種控制方式的微電源不能為微電網提供電壓和頻率的有效支撐。本文所建的微電網模型均采用恒電壓頻率控制方式。如圖1所示建立微電網故障模型。

5 微電網孤網故障下仿真分析

微電網有并網和孤島2種運行模式。微電網孤島運行故障如圖1所示：為研究線路以及微電源發生單相短路故障時的電流特征。本仿真微電網在并網和孤島運行模式下發生故障時，故障線路的故障特征也不一樣。下面將以單相接地故障為例，分析微電網孤島運行模式下故障線路的特點。由圖2可知，孤島運行時發生單相短路故障時，恒壓恒頻控制的微電源DG2發生單相短路接地故障時，由于微電源自身的控制使其電流在增幅約為2倍左右。而DG2的故障作為DG1的遠端故障，能提供的故障電流有限，故使得穩態故障電流的幅值也很小，不高于額定電流的2倍。

6 結束語

本文在PSCAD/EMTDC軟件平臺上建立了含2個逆變型微電源的微電網仿真模型，對孤島和并網兩種運行模式下微電源和線路發生單相接地短路故障進行仿真，可以得出看出在孤島模式下，微電源受恒壓恒頻控制，其輸出的故障電流小于額定電流的2倍。

參考文獻：

[1]孫景釕，等.含分布式電源配電網保護方案[J].電力系統自動化，2009，33（1）：81-84.

[2]楊恢宏，余高旺，樊占峰，等.微電網系統控制器的研發及實際應用[J].電力系統保護與控制，2011，39（19）：126-129.

[3]呂婷婷，段玉兵，龔宇雷，等.微電網故障暫態分析及抑制方法研究[J].電力系統保護與控制，2011，39（2）：103-107.

[4]江偉.有關微電網儲能技術的分析[J].科技創新與應用，2016（17）：187.endprint