分散式電源併網標準

分散式電源併網標準是指允許分散式電源併入大電網的條件。國際標準有1）IEEE 1547系列標準。IEEE 1547標準是最早發布的針對分散式電源併網的標準，於2003年由美國電氣與電子工程師協會(Institute of Electricaland Electronics Engineers IEEE)正式出版。IEEE 1547適用於任何發電技術的DR，已經擴展成系列標準包括測試、監測、信息交流和控制等內容。 2） IEC/IEEE/PAS 63547-2011分散式電源與電力系統的互聯標準。由IEEE 1547標準轉化而來，在轉化成IEC標準的過程中失敗，於是轉而以國際電工委員會(International Electro technical Commission IEC)公共可用規範(publicly available specification PAS)檔案的形式發布，內容與IEEE1547大體相同。還介紹了其他國家的標準，並將國內標準從多個方面與國外標準進行了對比。

基本介紹

• 中文名：分散式電源併網標準
• 外文名：Distributed power grid standards
• 本質：併網標準
• 國際標準：IEEE1547
• 領域：能源
• 學科：電氣工程

基本信息

近年來，能源需求和環境保護促進了分散式電源和微電網的發展。分散式電源(distributed resources DR)是指位於負荷附近，裝機規模較小，就近接入中低壓配電網的電源，包括分散式發電(distributed generation DG)和儲能(energy storageES)。根據一次能源的利用形式劃分，DR主要分為燃氣輪機、內燃機等利用清潔能源發電的單元和光伏、風電、水電、生物質能等利用可再生能源發電的單元;根據與電網的接口類型劃分，DR主要分為以同步電機和異步電機等旋轉電機併網的發電單元和通過變流器併網的發電單元兩類。

微電網(microgrid)是一種由分散式電源、儲能和負荷共同組成的小型低壓系統，可以通過適當的控制手段實現網路內部的電力電量平衡，既可併網運行，也可孤網運行。

開發分散式發電可以充分利用以分散式形式廣泛存在的可再生能源，提高能源利用效率，節能減排。分散式電源和微電網就近併入低壓配電網，可以降低線路損耗，改善電網末端電能質量，緩解用電壓力，提高電網抗災能力，保證對重要用戶的可靠供電。獨立型微電網還可以解決偏遠內陸或海島地區的用電問題。但是DR或微電網併入配電網會對電網的運行、控制和保護等帶來一系列的影響。為此，必須制定統一的併網標準來規範電網對分散式電源的要求，保證系統的安全可靠運行。

目前，國內外已經出台了一系列的DR併網標準，如IEEE 1547系列標準，英國G59/1和G75/1工程推薦標準，加拿大C22.2N0.257標準等。但是，各個國家和組織的標準存在著一定的差異，國際上還缺乏具有統一約束力的DR併網標準，並且部分標準老化滯後。同時，我國DR的相關技術標準也不完善。近年來，由於設備製造能力及通信、控制等技術水平的提高，分散式電源發展迅速，裝機容量不斷增加，DG併網標準面臨著迫切的制修訂需求。在這種背景下，對已有的DR併網標準進行研究，探討國際和國內標準的發展方向尤為重要。

對DG與電網的互聯標準作過介紹。僅針對2009年之前發布的標準，從總體要求、電能質量和保護3個方面進行了簡單的對比。

國際組織標準

1) IEEE 1547系列標準。IEEE 1547標準是最早發布的針對分散式電源併網的標準，於2003年由美國電氣與電子工程師協會(Institute of Electricaland Electronics Engineers IEEE)正式出版。IEEE 1547適用於任何發電技術的DR，已經擴展成系列標準包括測試、監測、信息交流和控制等內容。

2 ) IEC/IEEE/PAS 63547-2011分散式電源與電力系統的互聯標準。由IEEE 1547標準轉化而來，在轉化成IEC標準的過程中失敗，於是轉而以國際電工委員會(International Electro technicalCommission } IEC)公共可用規範(publicly availablespecification PAS)檔案的形式發布，內容與IEEE1547大體相同。

部分國家標準

1)英國。英國目前主要有BS EN50438:2007微型發電設備接入低壓配電網技術要求和嵌入式發電廠接入公共配電網標準。其中英國BSEN50438:2007標準針對的微電源為接入230,400 V配電網單相電流不超過16A的分散電源;英國嵌入式發電廠接入公共配電網標準是由電力協會制定的G59/1和G75/1 I程推薦標準 G59/1標準適用於接入20 kV以下配電網，且容量不超過5 MW的小型電源併網，G75/1標準適用於接入20 kV以上電壓等級配電網，且容量大於SMW的電源併網。此外，ER 683/1為單相16A以下小規模嵌入式發電設備接入公共低壓配電系統標準。

2)德國。德國先後於2008年1月和2011年8月發布了發電廠接入中壓電網併網指和發電系統接入低壓配電網併網指南這兩項指南都考慮了可再生能源發電的接入，適用於風電、水電、聯合發電系統(如生物質能、沼氣或者天然氣火力發電系統等)、光伏發電系統等一切通過同步電機、異步電機或變流器接入中低壓電網的發電系統。此外，德國還發布了DIN EN 50438-2008，與公共低壓配電網並聯運行的微型發電機的連線要求。

3)加拿大。加拿大目前有2個主要的互聯標準，包括C22.2N0.257基於逆變器的微電源配電網互聯標準[4]和C22.3N0.9分散式電力供應系統互聯標準}s}，其中C22.2N0.257標準規定了基於逆變器的分散式電源與0.6 kV以下的低壓配電網互聯要求，C22.3N0.9適用於接入50 kV以下配電網、併網容量不超過10 MW的分散式電源。

4)中國。國家電網公司先後於2010年和2011年發布了Q/GDW 480-2010分散式電源接入電網技術規定、Q/GDW 666-2011分散式電源接入配電網測試技術規範、Q/GDW 667-2011分散式電源接入配電網運行控制規範和Q/GDW 677-2011分散式電源接入配電網監控系統功能規範等4項企業標準}。其中Q/GDW 480-2010標準適用於國家電網公司經營區域內以同步電機、感應電機、變流器等形式接入35 kV及以下電壓等級電網的分散式電源，後3項標準適用於國家電網公司經營區域內以同步電機、感應電機、變流器形式接入10 kV及以下電壓等級配電網的分散式電源。

除了針對各種類型分散式電源的統一標準外，IEC和許多國家也發布了一些針對具體分散式電源形式的併網標準，如風電併網準則。

選取IEEE1547、加拿大C22.3N0.9、德國中壓和低壓併網指南、中國Q/GDW 480-2010標準為代表來對已有的DR併網標準進行對比研究。

併網標準對比

一般性要求和接入原則

從內容上看，大多數DR併網標準都包括總體要求、電能質量、功率控制、電壓與頻率回響、併網與同步、安全與保護、計量、監控與通信、檢測等兒個方面的要求。本文重點針對功率控制和電網支撐(主要指故障穿越能力)等要求差異較大的方面對已有國內外標準進行對比研究。

IEEE 1547和德國中低壓併網指南均通過限制DR接入後公共連線點最大電壓變化的方式對DR的併網容量進行了約束。其中，IEEE 1547標準要求DR在公共連線點(points of common connectionPCC)點產生的電壓波動不應大於士5%額定電壓，德國中壓併網指南規定網路中每個公共連線點的電壓幅值變化跟沒有連線DR時相比不能超過2%；低壓併網指南要求不得超過3%。

跟其他標準的規定方式不同，中國Q/GDW480-2010標準沒有直接規定DG接入後引起的電壓變化範圍，但是對分散式電源的接入容量、接入電壓等級做了具體規定，具體要求如下:1)分散式電源總容量原則上不宜超過上一級變壓器供電區域內最大負荷的25%; 2)分散式電源併網點的短路電流與分散式電源額定電流之比不宜低於10; 3)分散式電源接入電壓等級宜按照200 kW及以下分散式電源接380 V電壓等級電網;200 kW以上分散式電源接入10 kV(6 kV)及以上電壓等級電網。

有功控制和頻率回響

IEEE 1547和加拿大C22.3N0.9標準都沒有關於支撐電網頻率的有功功率控制方面的要求，認為系統頻率由大電網調節，且當系統頻率超過正常範圍時，DR系統需要在規定的時問內切除，停止向電網供電。

和北美的標準不同，德國中低壓併網標準對DR系統的有功功率控制進行了詳細規定，明確提出DR系統需根據電網頻率值、電網調度指令等信號調節電源的有功功率輸出。

1) DR須具備根據調度指令限制其有功功率輸 我國Q/GDW 480-2010標準將適用範圍內的電源分為兩類:10 kV(6 kV卜35 kV電壓等級併網和380 V電壓等級併網的DR。對於380 V電壓等級併網的小容量DR，其對電網的影響和支撐非常有限，考慮到成本等各方面的因素，本標準對其在有功一頻率調節與無功一電壓調節方面的要求較為寬鬆，一般不要求其參與電網調節。與德國標準的規定類似，本標準對通過10 kV、6 kV、35 kV電壓等級併網的 DR也提出了根據電網頻率值、電網調度機構指令等信號調節電源有功功率的要求，確保DR最大輸出功率及功率變化率不超過電網調度機構的給定值，但未給出確定的有功功率控制速率。

無功控制和電壓調節

IEEE 1547標準不鼓勵DG參與電壓調節，DR運行的功率因數未作規定。對於異常電壓回響，此標準要求DR在規定的時問內斷開，這一要求在其他各項標準中均有體現。

與IEEE 1547標準不同，在電網公司許可的前提下，加拿大C22.3N0.9標準允許DR參與PCC點的電壓調節。對於30 kW以上的DR要求功率因數在-0.9~0.9之間可調，30 kW以下的DR允許以這個範圍內的某一固定功率因數運行。對配電網電壓可能產生影響的系統需要採取一些措施，如動態功率因數方案等。

德國中壓併網標準規定，如果網路運營商要求或者為了滿足網路要求，發電廠必須參與中壓網路的穩態電壓控制。但是在低壓併網標準中的要求較為緩和，未作強制規定:如果由於網路運行工況需要，網路運營商可以要求在低壓配電網中DG參與靜態電壓調節。

由於同步電機類型、異步電機類型和變流器類型DR的無功調節能力和調節方式不一致，我國Q/GDW 480-2010標準分別對它們提出了不同的要求，要求通過10 kV (6 kV卜35 kV電壓等級併網的同步發電機和變流器類型DR應該能夠利用無功功率控制參與併網點電壓調節，對其他DR未作要求。其功率因數的範圍也考慮到了各類型分散式電源的調節能力。對於系統的無功功率，各個標準的規定大體相同:併網點的功率因數在某一範圍內可調，並且可以在規定時問內穿越這個無功功率範圍;對於容量特別小的DR系統，要求其功率因數固定即可。相比中壓標準，德國低壓標準對一定容量以上DR的無功能力要求更高，要求其在一0.9~0.9之間可調，這是因為DR併網對低壓配電網電壓影響更大，在不集中配置無功補償設備的前提下，需要考慮用DR的無功能力將併網點電壓調節到正常範圍。

此外，德國中低壓標準中還指出了DR系統在電網穩態運行時通過無功功率控制提供靜態電壓支撐的幾種方案，可供參考:

1)按恆定有功功率因數運行;

2)按指定的有功功率因數運行;

3)按指定的無功功率運行;

4)按指定的無功-電壓特性Q-U運行。

電網調度運行機構可以根據電網的具體情況，要求DR系統按上述某一方案運行，提供某一運行曲線或者目標設定值，但要保證功率因數在表4規定的範圍內。對於光伏、風電等功率波動的電源，電網公司可以提供一條功率因數(有功)曲線;對於輸出有功功率恆定的電源，可以要求其以固定功率因數運行，某些情況下需採取補償措施;當電網的電壓穩定性較差時，電網公司可以提供一條無功-電壓特性曲線。

對於光伏、風電等波動性可再生能源電源，當DR發出的有功功率較高時，會使併網點電壓升高，可以利用DR吸收部分無功功率來降低電網電壓;當DR發出的有功功率較低時，可以要求DR發出部分無功功率以支撐電網電壓。這樣，就在一定程度上緩解了波動性電源就地併網時帶來的電壓波動問題，在不集中安裝無功補償設備的情況下，很好地利用了DR的無功能力進行電網電壓調節，提高了電壓合格率。

故障穿越能力

故障穿越能力主要包括低電壓穿越和高電壓穿越能力。低(高)電壓穿越是指，當電力系統事故或擾動引起分散式電源併網點電壓跌落(升高)時，在一定的電壓跌落(升高)範圍和時問問隔內，分散式電源能夠保證不脫網連續運行的能力。目前，各項標準中均未提及高電壓穿越的要求。各項標準關於低壓穿越的要求詳見表So 各項標準中，只有德國中壓併網指南明確提出DR必須具備低電壓穿越能力，參與電網的動態支撐(適用於各種短路類型)。具體要求如下:在電網發生故障時，不從網路斷開;在網路故障情況下，通過向網路注入無功電流支撐網路電壓;在故障清除後，不向中壓電網吸收比故障發生前更多的感性無功電流。 當併網點電壓降到圖中曲線邊界以上，DR都要保持與網路連線，當併網點電壓跌至圖中曲線以下時，DR可以從電網切出。

需要指出的是，在電網公司同意的前提下，加拿大C22.3N0.9標準也允許DR進行低電壓穿越，在這種情況下，保護動作的時問無效，經電網公司和DR所有者協商後，用低電壓穿越要求代替電壓回響要求。

電能質量

各分散式電源併網標準對DR接入後所引起的公共連線點的電能質量都做了約束，要求其滿足本國電能質量相關標準的要求。涉及的電能質量問題主要包括電壓偏差、電壓波動和閃變、諧波、電壓不平衡度、直流分量等。

併網與同步

各分散式電源併網標準都要求只有當系統的電壓和頻率處於正常運行範圍且當分散式電源與電網的電壓相位、幅值、頻率偏差在一定範圍之內時，才允許DR併網。

此外，各標準還對電網故障恢復後DR的重新併網做了規定，要求除了滿足上述併網條件之外，DR的重新併網和系統的電壓、頻率恢復之問需要有個延時，具體延時時問在各個標準中存在著輕微的差異。

安全與保護

各分散式電源併網標準都要求分散式電源的保護裝置應具備下列保護功能:高、低壓保護;過、欠頻保護等;保護的整定值和最大切除時問與頻率和電壓回響中的規定一致。此外，除了德國中壓併網指南以外，其他標準還要求分散式電源需具備防孤島保護。

發展趨勢分析

目前，IEEE等國際組織和北美、歐洲、亞洲的一些國家都針對各種類型的分散式電源併網制定了相關標準，這些標準大都針對接入中低壓電網且一定容量以下的DR併網所做出的要求，雖然不同組織和國家標準對各項要求的具體規定存在差異，但內容上大體都包括以下幾部分:一般性要求、電能質量、功率控制、電壓與頻率回響、併網與同步、安全與保護、計量、監控與通信、檢測等。

通過對典型標準內容的對比研究可以看出: 以IEEE 1547為代表的北美部分國家的標準和以德國中低壓併網指南為代表的歐洲部分國家的標準對DR在功率控制和故障穿越等方面的要求存 在著較大的差異。

IEEE 1547是最早制定的DR併網標準，當時DR在配電網中的裝機比例較低，IEEE 1547標準 是基於儘量減小DR對電網影響的控制思想制定 的，認為電網的頻率和電壓由大規模傳統電源調 節，不鼓勵DR參與電網的頻率和電壓調節，不允許DR向電網提供任何的輔助服務。當DR併網時， 要求其在單位功率因數附近運行，當電網發生擾 動時，要求其迅速從電網斷開，不允許DR具備故 障穿越能力。IEEE 1547標準頒布之後，獲得了眾 多國家(尤其是北美國家)的廣泛認可，許多國家的DR標準都是參照這種控制思想制定的。

近兒年來，德國、西班牙等歐洲國家由於能源短缺問題突出，環境保護意識較強，分散式電源發展迅速。在歐洲部分國家，隨著DR裝機容量的增長，DR已經逐漸變成電網中不可忽略的一部分，如果繼續採取傳統的控制思想對DR進行控制，將對電網的穩定性和可靠運行帶來挑戰。歐洲國家逐漸意識到了這種挑戰，於是開始著手重新制修訂DR併網標準，如德國借鑑大規模可再生能源併入高壓等級電網的一些經驗，在2008年發布的中壓併網指南中增加了故障回響(如低電壓穿越)和需求側回響(如有功無功控制)等方面的要求。目前，德國的DR併網標準中充分考慮了在分散式電源穿透率較高的情況下，DR支撐電網的可靠性和穩定性的要求，要求分散式電源必須具有一定的有功控制能力參與電網的頻率支撐，允許分散式電源通過無功功率控制參與電網電壓調節，及必須具備一定的故障穿越能力支撐電網的穩定運行等。

目前，從世界範圍來看，各個國家都出台了一系列的政策鼓勵可再生能源的開發。隨著設備製造及通信、控制技術的提高，分散式電源的成本也在不斷下降，分散式電源發展勢頭良好[23-24]。從分散式電源的發展趨勢來看，隨著分散式電源在配電網中的裝機容量越來越大，使DR在配電網中繼續保持被動的角色已經不合適，北美的標準需要在以下方面做出改進，逐步使DR在配電網中發揮更主動的角色;使DR參與支撐電網的可靠性和穩定性;向歐洲標準靠攏。這些趨勢已經在近來發布的加拿大標準協會(Canadian Standards Association CSA)標準C22.3中得到體現，如:在某些情況下已經允許DR進行低電壓穿越和調節PCC點的電壓。美國也在不斷更新和補充白己的標準，如近年來，北美電力可靠性公司(North American Electric Reliability Corporation NERC)和IEEE工作組成員提出由於IEEE 1547標準缺乏故障穿越能力等方面的要求，需要重新修訂，即將完成的IEEE 1547.7和IEEE1547.8意圖填補IEEE 1547沒有考慮高DR穿透率的空白，提供DR對電網的影響等方面的研究，為IEEE 1547標準做補充。

在具有統一約束力的國際標準的制定過程中要充分考慮這一因素。

相比已開發國家，國內分散式電源和微電網的發展較為落後，標準體系還不完善。已發布的標準大多是企業標準，約束力較低，今後DR標準還面臨著嚴峻的制訂和修訂工作。“十一五”期間，國內分散式發電和微電網技術發展迅速，已建設了多個分散式電源和微電網示範工程。除此之外，2011年，國家能源局先後下發了《分散式發電管理辦法》和《國能新能[2011] 226號關於分散式接入風電開發的通知》，鼓勵分散式發電的發展。在技術和政策的雙重激勵下，國內的分散式電源在未來兒年內也會得到迅速發展。建議國內在制定DR標準時，借鑑北美和歐洲標準的發展歷程，充分考慮未來兒年的發展趨勢，促進分散式電源的合理有序發展。