第三,孤岛内的电压和频率无保障,可能引起用户设备损坏。孤岛形成之后,由于规模较小,发电机出力和用户负荷很难做到匹配,电压调整能力也很可能不足,因此孤岛内的电压和频率基本处于失去控制状态,极有可能导致用户设备的损坏。
为此,须保证在电网线路跳开后,由分布式电源所配继电保护装置检测到异常的电压和频率后自动跳开与电网脱离。对于同步电机、异步电机类型分布式电源,其运行特性已经使其不可能在孤岛情况下运行,无需再专门设置防孤岛保护,电网失压后的切除时间只需要与线路保护相配合即可保证系统安全稳定运行;而变流器类型分布式电源,受其运行控制特性影响,孤岛后有可能继续向电网线路送电,必须设置专门的防孤岛保护,以防止孤岛运行的出现,保证检修人员的人身安全和设备的运行安全,其防孤岛保护需要与电网侧线路保护相配合。变流器的防孤岛控制有主动式和被动式两种,主动防孤岛保护方式主要有频率偏离、有功功率变动、无功功率变动、电流脉冲注入引起阻抗变动等判断准则;被动防孤岛保护方式主要有电压相位跳动、3次电压谐波变动、频率变化率等判断准则。
(二)储能是微电网的重要元素
储能系统作为微电网中必不可少的部分,发挥了至关重要的作用。
微电网可被看作电网中的一个可控单元,它可以在数秒钟内反应来满足外部输配电网络的需求,增加本地可靠性,降低馈线损耗,保持本地电压,保证电压降的修正或者提供不间断电源。
1.储能技术在微电网中的作用。
(1)提供短时供电。微电网存在两种典型的运行模式:并网运行模式和孤岛运行模式。在正常情况下,微电网与常规配电网并网运行;当检测到电网故障或发生电能质量事件时,微电网将及时与电网断开独立运行。微电网在这两种模式的转换中,往往会有一定的功率缺额,在系统中安装一定的储能装置储存能量,就能保证在这两种模式转换下的平稳过渡,保证系统的稳定。在新能源发电中,由于外界条件的变化,会导致经常没有电能输出(光伏发电的夜间、风力发电无风等),这时就需要储能系统向系统中的用户持续供电。
(2)电力调峰。由于微电网中存在大量的分布式电源,其负荷量不可能始终保持不变,并随着天气的变化等情况发生波动。另外一般微电网的规模较小,系统的自我调节能力较差,电网及负荷的波动就会对微电网的稳定运行造成十分严重的影响。为了调节系统中的峰值负荷,就必须使用调峰电厂来解决,但是现阶段主要运行的调峰电厂,运行昂贵,实现困难。储能系统可以有效地解决这个问题,它可以在负荷低落时储存电源的多余电能,而在负荷高峰时回馈给微电网以调节功率需求。储能系统作为微电网必要的能量缓冲环节,其作用越来越重要。它不仅避免了为满足峰值负荷而安装的发电机组,同时充分利用了负荷低谷时机组的发电,避免浪费。
(3)改善微电网电能质量。近年来人们对电能质量问题日益关注,国内外都做了大量的研究。微电网要作为一个微源与大电网并网运行,必须达到电网对功率因数、电流谐波畸变率、电压闪变以及电压不对称的要求。此外,微电网必须满足自身负荷对电能质量的要求,保证供电电压、频率、停电次数都在一个很小的范围内。储能系统对于微电网电能质量的提高起着十分重要的作用,通过对微电网并网逆变器的控制,就可以调节储能系统向电网和负荷提供有功和无功,达到提高电能质量的目的。对于微电网中的光伏或者风电等微电源,外在条件的变化会导致输出功率的变化从而引起电能质量的下降。如果将这类微电源与储能装置结合,就可以很好地解决电压骤降、电压跌落等电能质量问题。在微电网的电能质量调节装置,针对系统故障引发的瞬时停电、电压骤升、电压骤降等问题,此时利用储能装置提供快速功率缓冲,吸收或补充电能,提供有功功率支撑,进行有功或无功补偿,以稳定、平滑电网电压的波动。利用储能系统来解决诸如电压骤降等电能质量问题。当微电网与大电网并联运行时,微电网相当于一个有源电力滤波器,能够补偿谐波电流和负载尖峰;当微电网与大电网断开孤岛运行时,储能系统能够很好地保持电压稳定。
(4)提升微电源性能。多数可再生能源诸如太阳能、风能、潮汐能等,由于其能量本身具有不均匀性和不可控性,输出的电能可能随时发生变化。当外界的光照、温度、风力等发生变化时,微源相应的输出能量就会发生变化,这就决定了系统需要一定的中间装置来储存能量。如太阳能发电的夜间,风力发电在无风的情况下,或者其他类型的微电源正处于维修期间,这时系统中的储能就能起过渡作用,其储能的多少主要取决于负荷需求。
2.微电网中主要储能方式比较。
鉴于微电网系统的特点和储能的作用,对储能装置的性能特点具有较为独特的要求。概括起来包括:能量密度大,能够以较小的体积重量提供较大的能量;功率密度大,能够提供系统功率突变时所需的补偿功率,具有较快的响应速度;储能效率高;高低温性能好,能够适应一些特殊环境;以及环境友好等。现阶段微电网中可利用的储能装置很多,主要包括蓄电池储能、超导储能、飞轮储能、超级电容器储能等。