含分布式电源主动配电网的保护策略分析

谈康兴 陈曦 徐戈

摘要：分布式电源规划与科学合理的接入对主动配电网中需求侧资源的优化利用至关重要，但是在实际运行时也会出现安全风险等问题。对此本文首先阐述了含分布式电源主动配电网的概念，其次总结了分布式电源接入对于配电网的影响，然后提出具体的保护策略。

关键词：主动配电网;分布式电源;保护策略

1引言

近年来，随着配电网中分布式电源接入比例不断提高，但会造成配电网潮流逆向流动更加频繁，导致配电网电压分布发生剧烈变化;同时，配电网电压波动和越限等问题也愈发突出，给配电网的安全运行带来了巨大挑战。为此，需注重含分布式电源主动配电源的运行及故障特征，实施针对性的保护策略。

2含分布式电源主动配电网概述

所谓分布式电源，是一种自发自用的能源，可作为集中供电方式的补充。将配电网与分布式电源相结合，在一定程度上解决电力系统事故后电力供应的问题，节省电力建设投资，提高配电网调度灵活度以及满足配电网对于供电可靠性的要求。分布式电源安装在用户端，随着碳达峰、碳中和目标的提出，光伏、风电等分布式电源将大规模接入配电网，构成主动配电网。与传统配电网相比，主动配电网的DG渗透率较高，拥有主动控制和管理模式（包括DG优化调度、配电网重构、需求侧管理等），运行方式更加灵活。

3分布式电源的接入对于配电网的影响

3.1对电能质量的影响

分布式电源并入配电网后对电能质量的影响通常体现在谐波污染、电压波动等方面。例如，分布式光伏发电产生的直流电须经过逆变器调制为交流电后才能并入配电网，但并网逆变器在高频调制直流电过程中容易产生谐波，谐波经并联输出后放大，存在难以预测与治理的问题。此外，分布式发电极易受天气影响，输出功率波动较大，并网后将对电网的电压质量造成一定程度上的影响。

3.2对配电网运行控制的影响

虽然分布式发电可在电力系统事故后起到支撑作用，但发电的调峰能力较差，并且随着分布式发电穿透功率的增加，电力系统内的峰谷差将进一步扩大。大规模分布式发电并入配电网将使得配电网的分布式电源系统呈现出多点、多地分散的特点。

3.3孤岛效应

当配电网发生故障解列时，由于分布式发电装置目前尚未有较好的检测方法，且会在配电网解列后仍然向配电网供电，此时就会造成孤岛效应。分布式发电对局部电网持续供电，但对于非计划内的局部区域供电将会威胁到电网检修人员的人身安全。此外，局部区域供电造成的孤岛电网与配电网主网非同步重合闸将造成操作过电压，对设备及电网的安全运行造成威胁。

4含分布式电源主动配电网的保护策略

4.1安装谐波抑制装置

4.1.1无源滤波器

无源滤波器（PPF）是一种常见的滤波装置，主要是利用电感L的低通作用、电容C的高通作用以及L、C的谐振原理。比如说普遍使用的一种方式就是通过适当调节L、C电路中电感、电容的参数使其在特定频率下发生谐振，对系统中相应频率的谐波呈现出低阻抗，使谐波流入滤波装置，避免污染电网。无源滤波器如图1所示。

4.1.2有源滤波器

有源电力滤波器（APF）是兼备谐波治理与无功补偿功能的综合设备。按照接入方式不同，APF可分为串联型、并联型和串并联混合型结构。其中应用较为广泛的是并联型有源滤波器，主要结构如图2所示。

4.2对发电功率进行预测

基于分布式电源接入对于配电网运行控制的影响分析，可结合大数据与人工智能技术，研发分布式光伏发电功率预测技术。例如，可基于多智能体深度强化学习方法创建分布式优化调度框架。本文利用PPO算法对各区域智能体神经网络进行统一训练，得到网络参数。第t个调度时段，区域智能体n根据本区域状态，利用策略网络输出调度决策;因各自治区域协同运行，根据所有区域智能体调度决策，各区域智能体获得相同的全局奖励，并进入下一个调度时段的决策。将每个调度周期采样获得的经验（）存储于经验池中，以最大化每个调度周期T个时段累积全局奖励为目标更新网络参数。

各自治区域既可实现本区域自治，又可协作运行。一方面，每个区域智能体都包含策略网络和价值网络，可实现分布式电源高渗透率的配电网分区域就地数据处理;另一方面，策略网络和价值网络均采用CommNet架构连接，从而在相邻区域智能体间进行神经网络隐层特征信息的交互，实现多个自治区域的分布式协同优化。集中式系统因涉及所有者隐私而难以采集各分布式资源的详细信息，该架构下各区域智能体根据本地收集的信息和相邻区域智能体的通信即可实现问题的合作求解，避免了调度过程中大量隐私数据传输。

4.3电网孤岛检测

4.3.1主动式孤岛检测

主动式检测方法，是指通过控制逆变器，使逆变器输出功率、频率或相位存在一定正常情况下无法被检测的扰动。当孤岛现象发生后，失去电网平衡作用的扰动会累积变大，从而被檢测到。主动检测方法精度高，非检测区小，且能够自动检测，但是技术要求高，还会降低逆变器输出电能质量。目前的主动检测方法主要有以下几种：频率偏移法、电网阻抗估算法、电压漂移法等。

4.3.2被动式孤岛检测

当系统处于孤岛状态时，通常会发生一些参数的非正常改变。被动式孤岛检测法就是实时检测公共连接点处的一些电信号的异常变化。

（1）过/欠频率（OUF）和过/欠电压（OUV）检测法：在孤岛现象发生时，如果光伏发电装置的输出功率与本地负载的功率需求不匹配时，系统中的频率和电压数值会产生偏离。控制器对公共连接点处的当频率和电压信号实时采样，发现异常后，切断逆变器输出。

（2）电压相位突变检测法（PJD）：正常运行时，逆变器的输出电流和电网电压同频、同相，没有相位偏移，但孤岛现象发生时，公共连接点处电压与逆变器输出电流之间会产生瞬时的相位偏移，控制器发现偏移后切断逆变器输出。

（3）谐波检测法（HD）：电网断电后，检测公共连接点处电压的谐波失真度，判断失真度是否增大并超过了5%的阈值，就能知道是否存在孤岛现象。

4.3.3故障信号监测

故障信号监测方法主要通过电网侧的监控装置在配电网发生故障发送控制信号实现，分布式发电装置接收到控制信号时停止运行，及时切断与电网的并联运行。

5结束语

综上所述，为保证分布式电源接入的配电网能够安全稳定运行，本文就分布式电源接入对配电网造成的影响进行分析，进而提出安装谐波抑制装置、预测发电功率和电网孤岛检测三种保护策略，旨在为主动配电网的运维提供参考，确保电网整体运行的稳定与安全，为人们提供更高质量的电能。

参考文献

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作者简介：谈康兴（1994-），男，湖南长沙人，助理工程师，本科，工作方向：电气专业。