国内外分布式电源并网标准对比（转）

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1.一般性要求和接入原则
      从内容上看，大多数DR并网标准都包括总体要求、电能质量、功率控制、电压与频率响应、并网与同步、安全与保护、计量、监控与通信、检测等几个方面的要求。下面重点针对功率和电能质量控制以及电网支撑（主要指故障穿越能力）等要求差异较大的方面对已有国内外标准进行对比。

     IEEE 1547和德国中低压并网指南均通过限制DR接入后公共连接点最大电压变化的方式对DR的并网容量进行了约束。其中，IEEE1547标准要求DR在公共连接点（points of common connection, PCC）产生的电压波动不大于5%标称电压，德国中压并网指南规定网络中每个公共连接点的电压幅值变化跟没有连接DR时相比不能超过2%，低压并网指南要求不得超过3%。

       跟其他标准的规定方式不同，中国Q/GDW480—2010标准没有直接规定DG接入后引起的电压变化范围，但是对分布式电源的接入容量、接入电压等级做了具体规定，具体要求如下：1）分布式电源总容量原则上不宜超过上一级变压器供电区域内最大负荷的25%；2）分布式电源并网点的短路电流与分布式电源额定电流之比不宜低10:3）分布式电源接入电压等级宜按照200kW及以下分布式电源接380V电压等级电网；200kW以上分布式电源接入10kV（6kV）及以上电压等级电网。
2 有功控制和频率响应
   IEEE 1547和加拿大C22.3NO.9标准都没有关于支撑电网频率的有功功率控制方面的要求，认为系统频率由大电网调节，且当系统频率超过正常范围时，DR系统需要在规定的时间内切除，停止向电网供电。
和北美的标准不同，德国中低压并网标准对DR系统的有功功率控制进行了详细规定，明确提出DR系统需根据电网频率值、电网调度指令等信号调节电源的有功功率输出，具体规定见图2-1。其他参数的具体数值见表2-1。


图2-1  德国中低压并网标准中关于DR有功-频率控制的规定

表2-1德国中低压标准中关于DR频率响应的要求


由图2-1可知：
1）DR须具备根据调度指令限制其有功功率输出的能力，并能够最大以额定有功功率的10%逐步降低其功率输出。


      我国Q/GDW 480—2010标准将适用范围内的电源分为两类：10kV（6kV）～35kV电压等级并网和380V电压等级并网的DR。对于380V电压等级并网的小容量DR，其对电网的影响和支撑非常有限，考虑到成本等各方面的因素，本标准对其在有功-频率调节与无功-电压调节方面的要求较为宽松，一般不要求其参与电网调节。与德国标准的规定类似，本标准对通过10kV（6kV）～35kV电压等级并网的DR也提出了根据电网频率值、电网调度机构指令等信号调节电源有功功率的要求，确保DR最大输出功率及功率变化率不超过电网调度机构的给定值，具体的频率响应要求见表2-2，但未给出确定的有功功率控制速率。

表2-2我国Q/GDW 480标准关于频率响应的要求


3 无功控制和电压调节
     IEEE 1547标准不鼓励DG参与电压调节，对DR运行的功率因数未作规定。对于异常电压响应，此标准要求DR在规定的时间内断开，这一要求在其他各项标准中均有体现，不再赘述。

     与IEEE 1547标准不同，在电网公司许可的前提下，加拿大C22.3NO.9标准允许DR参与PCC点的电压调压。对于30kW以上的DR要求功率因数在-0.9~+0.9之间可调，30kW以下的DR允许以这个范围内的某一固定功率因数运行。对配电网电压可能产生影响的系统需要采取一些措施，如动态功率因数方法等。

    德国中压并网标准规定，如果网络运营商要求或者为了满足网络要求，发电厂必须参与中压网络的稳态电压控制。但是在低压并网标准中的要求较为缓和，未作强制规定：如果由于网络运行工况需要，网络运营商可以要求在低压配电网中的DG参与静态电压调节。

      由于同步电机类型、异步电机类型和变流器类型DR的无功调节能力和调节方式不一致，我国Q/GDW 480—2010标准分别对它们提出了不同的要求，要求通过10kV（6kV）～35kV电压等级并网的同步发电机和变流器类型DR应该能够利用无功功率控制参与并网点电压调节，对其他DR未作要求。其功率因数的范围也考虑到了各类型分布式电源的调节能力。各个标准是否允许DR参与PCC点电压调节的要求详见表3-1。

表3-1  各项标准关于电压调节的要求


    对于系统的无功功率，各个标准的规定大体相同：并网点的功率因数在某一范围内可调，并且可以在规定时间内穿越这个无功功率范围；对于容量特别小的DR系统，要求其功率因数固定即可。具体标准规定的数值见表3-2。

  由表3-2可以看出，相比中压标准，德国低压标准对一定容量以上DR的无功能力要求更高，要求其在-0.9~+0.9之间可调，这是因为DR并网对低压配电网电压影响更大，在不集中配置无功补偿设备的前提下，需要考虑用DR的无功能力将并网点电压调节到正常范围。

表3-2  各项分布式电源并网标准关于功率因数的要求




图3-1  德国中低压并网标准DR功率因数-有功参考曲线


4 故障穿越能力
     故障穿越能力主要包括低电压穿越和高电压穿越能力。低（高）电压穿越是指，当电力系统事故或扰动引起分布式电源并网点电压暂降（暂升）时，在一定的幅值范围和时间间隔内，分布式电源能够保证不脱网连续运行的能力。目前，各项标准中均未提及高电压穿越的要求。各项标准关于低压穿越的要求详见表4-1。

表4-1  各项标准关于低电压穿越的要求

      各项标准中，只有德国中压并网指南明确提出DR必须具备低电压穿越能力，如图4-1所示，参与电网的动态支撑（适用于各种短路类型）。具体要求如下：在电网发生故障时，不从网络断开；在网络故障情况下，通过向网络注入无功电流支撑网络电压；在故障清除后，不向中压电网吸收比故障发生前更多的感性无功电流。

图4-1  德国中压并网标准低电压穿越曲线

     如图4-1所示，当并网点电压降到图中曲线边界以上，DR都要保持与网络连接，当并网点电压跌至图中曲线以下时，DR可以从电网切出。图中，曲线1适合于直接和电网相连的同步发电机类DR（只通过发电机变压器）；曲线2适用于其他类型的DR，包括通过变流器和异步电机并网的DR。
需要指出的是，在电网公司同意的前提下，加拿大C22.3NO.9标准也允许DR进行低电压穿越，在这种情况下，保持动作的时间无效，经电网公司和DR所有者协商后，用低电压穿越要求代替电压响应要求。
5 电能质量
    分布式电源并网标准对DR接入后所引起的公共连接点的电能质量都做了约束，要求其满足本国电能质量相关标准的要求。涉及的电能质量问题主要包括电压偏差、电压波动和闪变、谐波、电压不平衡度、直流分量等。
6 并网与同步
    各分布式电源并网标准都要求只有当系统的电压和频率处于正常运行范围且当分布式电源与电网的电压相位、幅值、频率偏差在一定范围之内时，才允许DR并网。
此外，各标准还对电网故障恢复后DR的重新并网做了规定，要求除了满足上述并网条件之外，DR的重新并网和系统的电压、频率恢复之间需要有个延时，具体延时时间在各个标准中存在着轻微的差异。
7  安全与保护
     各分布式电源并网标准都要求分布式电源的保护装置应具备下列保护功能：高、低压保护；过、欠频保护等；保护的整定值和最大切除时间与频率和电压响应中的规定一致。此外，除了德国中压并网指南以外，其他标准还要求分布式电源需具备防孤岛保护。
8 发展趋势
     通过对典型标准内容的对比研究可以看出：以IEEE 1547为代表的北美部分国家的标准和以德国中低压并网指南为代表的欧洲部分国家的标准，对DR在功率控制和故障穿越等方面的要求存在着较大的差异。

    IEEE 1547是最早制定的DR并网标准，当时DR在配电网中的装机比例较低，IEEE 1547标准是基于尽量减小DR对电网影响的控制思想制定的，认为电风的频率和电压由大规模传统电源调节，不鼓励DR参与电风的频率和电压调节，不允许DR向电网提供任何的辅助服务。当DR并网时，要求其在单位功率因数附近运行，当电网发生扰动时，要求其迅速从电网断开，不允许DR具备故障穿越能力。IEEE 1547标准颁布之后，获得了众多国家（尤其是北美国家）的广泛认可，许多国家的DR标准都是参照这种控制思想制定的。

    近几年来，德国、西班牙等欧洲国家由于能源短缺问题突出，环境保护意识较强，分布式电源发展迅速。在欧洲部分国家，随着DR装机容量的增长，DR已经逐渐变成电网中不可忽略的一部分，如果继续采取传统的控制思想对DR进行控制，将对电网的稳定性和可靠运行带来挑战。欧洲国家逐渐意识到了这种挑战，于是开始着手重新制修订DR并网标准。目前，德国的DR并网标准中充分考虑了在分布式电源穿透率较高的情况下，DR支撑电网的可靠性和稳定性的要求，要求分布式电源必须具有一定的有功控制能力参与电网的频率支撑，允许分布式电源通过无功功率控制参与电网电压调节，及必须具备一定的故障穿越能力支撑电网的稳定运行等。

     从世界范围看来，各个国家都出台了一系列的政策鼓励可再生能源的开发。随着设备制造及通信、控制技术的提高，分布式电源的成本也在不断下降，分布式电源发展势头良好。从分布式电源的发展趋势来看，随着分布式电源在配电网中的装机容量越来越大，使DR在配电网中继续保持被动的角色已经不合适。这个趋势已经在近来发布的加拿大标准协会（Canadian Standards Association,CSA）标准C22.3中得到体现，如：在某些情况下已经允许DR进行低电压穿越和调节PCC点的电压。美国也在不断更新和补充自己的标准，如近年来，北美电力可靠性公司（North American Electric Reliability Corporation, NERC）和IEEE工作组成员提出由于IEEE 1547标准缺乏故障穿越能力等方面的要求，需要重新修订。即将完成的IEEE 1547.7和IEEE 1547.8意图填补IEEE 1547没有考虑高DR穿透率的空白，提供DR对电网的影响等方面的研究，为IEEE 1547标准做补充。

     相比发达国家，国内分布式电源和微电网的发展较为落后，标准体系还不完善，已发布的标准大多是企业标准，约束力较低，今后DR标准还面临着严峻的制订和修订工作。国内的分布式电源在未来几年内也会得到迅速发展。国内在制定DR标准时，应借鉴北美和欧洲标准的发展历程，充分考虑未来几年的发展趋势，促进分布式电源的合理有序发展。
作者：林海雪：中国电力科学研究院教授级高工，长期从事电能质量和动态无功补偿装置的研究、开发和工程应用工作。主持或参与制定电能质量国家系列标准