分布式电源广泛接入配电网是智能电网的核心特征之一。传统的配电网是一个功率单向流动的无源网络,而大量分布式电源的接入对传统配电网的拓扑结构、运行规程、控制方式和保护配置等都提出了很大的挑战。与常规集中式发电不同的是,分布式电源具有容量小、数量多的特点,电网运行人员不具备对分布式电源单元的直接控制能力,这给配电网运行中的人身安全、设备安全、系统安全以及电能质量等都带来了威胁。
为使配电网不直接面对类型多样、数量众多的分布式电源,需要针对分布式电源接入电网的公共耦合点研究、制定并网标准。并网标准使得电网公司仅需关注分布式电源与公共配电网的接口处,而无需关注公共耦合点内分布式电源单元的复杂性,从而建立更为清晰的保护与控制的配合界面。国际电气与电子工程师协会于2003年发布的IEEE1547标准在国际上获得广泛的认可,并已经扩展成系列标准。欧洲委员会机电标准化组织于2007年出台了公共低压配电网连接微小发电机的草案。在国家层面,英国于2010年发布了嵌入式发电接入公共配电网的标准。加拿大目前主要有两个互联标准,分别为2006年发布的《基于逆变器的微电源配电网互联标准》和2007年发布的《分布式电力供应系统互联标准》。从2010年起,我国国家电网公司先后发布了《分布式电源接入电网技术规定》《分布式电源接入配电网运行控制规范》及《分布式电源接入配电网设计规范》等 。
配置并网保护是使分布式电源满足并网标准的重要技术措施。发达国家由于独立发电商出现较早,较早就开始了并网保护研究。IEEE的继电保护专委会于1990年发表了用户侧电源的并网保护研究报告IEEE 1547.2标准中明确了并网保护的安装要求。国际大电网委员会组建B5.34工作组,对可再生能源与分布式发电对变电站保护与自动化的影响问题进行了专门研究。该组织在2012年又组建了联合工作组JWG BS/C6.26-CIRED,于2014年发表了《含分布式能源的配电网保护》技术报告。电网公司也认识到并网保护的重要性,并开始制定相关规范。加拿大安大略省最大的电力公司Hydro one规定了并网保护的功能配置与要求。我国的国家电网公司于2014年发布了《分布式电源涉网保护技术规范》和《接入分布式电源的配电网继电保护和安全自动装置技术规范》。
在分布式电源发展初期,各国通过限制其并网容量来保证配电网的安全运行。但随着可再生能源的快速发展,分布式电源渗透率水平不断提高,并网保护才开始受到重视。这使得国内外对并网保护的研究较之对配电网保护和分布式电源内部保护存在较大的滞后性;而且,由于不同时期、不同地区分布式电源渗透率不同,以及分布式电源类型的多样性和接入方式的复杂性,导致了世界各国对并网保护的具体要求存在较多差异性。
随着我国用户侧分布式电源市场的全面放开,并网保护研究应获得越来越多的重视。为此,对国内外的研究进行梳理,分析分布式电源并网保护的功能配置与性能要求,总结并网保护应用中的主要问题,给出可能的解决方案,提炼并网保护研究中的关键课题,对于并网保护的未来发展具有积极的意义 。