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摘要：新能源电源单独接入电网中，存在着很多缺点，设计出一种既能实现 “自发自用，余电上网 ”，又能脱网运行，还能调频调峰的智能混合并网方案，并成功应用于新能源混合电源和燃气发电机共同组成的混合供电系统。该方案提高了新能源电源系统的供电可靠性，为新能源电源的大规模开发利用提供参考。
关键词：新能源；混合电源；并网方案；可行性
1 引言
随着全国各地新能源混合电源的大量投入使用，对新能源混合电源并网技术的研究就显得越来越紧迫。目前，新能源混合电源接入电网有3种方式。（1）全部上网：新能源混合电源直接并入公用配电网，其所有发电量按新能源上网电价全部出售给电网企业。由于新能源混合电源容量小，直接并入公用电网易产生功率倒向传输，且主网故障断电后用户不能及时获得供电，因此很少采用此方式并网。（2）接入微网：新能源混合电源在低压用户侧并网，带储能系统，可脱网运行。其全部发电量供用户使用，富余电量通过储能系统储存起来，待阳光不足，新能源混合电源不能满足用户电量需求时，储能系统便会把储存的电量释放出来供用户使用，但在储存电量释放过程中会损失大量电量，而且储能系统的造价和维护成本偏高，因此也很少采用此方式并网。（3）灵活上网：新能源混合电源在低压用户侧并网，不带储能系统，不可脱网运行。其模式为 “自发自用，余电上网 ”，由于不带储能系统，因此无法脱网运行，当主网故障断电时，用户将会陷入一片黑暗。针对3种方式的缺陷，需开发出一种既能实现 “自发自用，余电上网 ”，又能脱网运行，还能调频调峰的智能并网方案。
2 新能源混合电源混合供电系统的设计
既能实现 “自发自用，余电上网 ”，又能脱网运行（公用电网故障时），还能调频调峰（公用电网有功不足时）的智能并网方案，可以是由分布式电源与燃气发电机共同组成的混合供电系统联合并网方案。该混合供电系统由新能源混合电源系统、燃气发电系统、用户负载系统和智能并网控制系统组成。新能源混合电源系统由新能源电池组件、直流断路器、新能源逆变器、交流断路器组成；燃气发电系统由燃气供给装置、燃气发电机、控制器组成；用户负载系统由重要负荷、次要负荷、负载断路器组成；智能并网控制系统由智能并网装置A、智能并网装置B、电能表以及新能源逆变器的测控功能组成。混合供电系统总体设计如图1所示。
3 新能源混合电源混合供电系统的智能并网实现
3.1 系统“并网运行”的实现
待并发电机组只有同时满足以下条件才能同期并网：与公用电网电压同幅值同相位；与公用电网同频率；与公用电网相角差在容许范围内。并网时必须所有条件都达标，否则就为非同期并网。非同期并网会产生很大的冲击电流，使发电机组和与其相连的逆变器、断路器，以及配电变压器等电气设备损坏，严重时还会影响公用电网，使公用电网崩溃。
智能并网装置在检测到新能源混合电源系统或燃气发电系统的电压幅值相位、频率、相角差与公用电网的偏差在允许范围内时开放其并网功能，当同时满足其它并网条件时，便实现智能并网。公用电网在正常运行方式下，混合供电系统长期处于并网运行模式。监控系统根据并网点参数、负荷重要程度、新能源上网电价等信息，通过控制负荷的运行情况、新能源混合电源的运行状态和燃气发电机的启停，计算出以何种运行方式和哪一时间段进行发电供用户使用或是富余电量上网，从而实现混合供电系统的最优化经济运行。新能源混合电源受天气条件的影响较大，监控系统应能监控到太阳光照强度以决定是否启动燃气发动机。
3.2 系统“孤岛运行”的实现
公用电网在故障和检修运行方式下，混合供电系统处于孤岛运行模式。智能并网装置能接收公用电网的测量数据并通过无线通信方式传送给监控系统。当公用电网发生故障，供电被切断时，监控系统向主断路器发送一个控制信号，断开主断路器，混合供电系统进入孤岛运行模式。此时，智能并网装置会根据各分系统的运行状态以及预先制定的规则进行控制并激活备用燃气发电机组，然后根据负荷的优先级，确定是否切除次级负荷，保有重要负荷。
3.3 智能并网控制系统的实现
智能并网控制系统是整个混合供电系统的最核心部分，由智能并网装置A、智能并网装置B、电能表以及新能源逆变器的测控功能组成。其中，智能并网装置B、电能表以及新能源逆变器的测控功能通过RS-485现场总线级联方式（如图2所示）连接到智能并网装置A，由智能并网装置A通过GPRS移动通信方式与主站进行通信，实现远方监控功能。智能并网控制系统监测混合供电系统电压、电流，检测混合供电系统电网故障，发送信号至控制中心。一旦发现主网供电被切断，智能并网控制系统就进入孤岛运行模式，启停燃气发电机等。
3.4 系统故障隔离与闭锁的实现
当公用电网发生故障时，智能并网装置的继电保护单元能够监测到故障处异常信息，并启动继电保护功能，切断主断路器，实现系统与公用电网的故障隔离。当新能源混合电源工作电压、频率、谐波等电能质量指标未达到并网要求，经自动调节控制还不符合标准时，智能并网装置便会向新能源交流断路器发出控制信号并切断该断路器，实现系统与新能源系统的隔离。断路器闭锁的主要作用是防止公用电网故障抢修或计划检修时误合断路器，威胁到人身安全。通过监控系统发送 “闭锁功能投入 ”指令，可以实现断路器的软闭锁；通过接入断路器硬节点的方式，可以实现断路器的硬闭锁。根据系统需求，可以任选一种方式实现闭锁功能。
4 新能源混合电源智能并网系统的应用
本文设计的新能源混合电源智能并网系统已成功应用于某地，其重要设备参数信息如下：（1）新能源逆变器采用英威腾iMars系列产品，能将太阳能电池组件产生的直流电能逆变为与公共电网同频率同相位的正弦交流电输送到公共电网，是一款无隔离高效率的组串型新能源逆变器。（2）新能源电池组采用正负极不接地的晶体硅太阳能电池组件，发电容量为10kW。（3）燃气发动机采用全燃气发电机组，发电指标优、启动性能好、噪音低、振动小，额定容量同新能源电池组容量，皆为10kW。
新能源混合电源智能并网系统的应用带来了以下好处：（1）电源来源于日照，燃气来自于燃气公司的燃气管道，不仅取之方便，而且环保，不会污染环境。（2）无论主网故障还是电源故障，燃气发电机的存在，都能保证负荷的持续供电。（3）负荷高峰期，公网有功不足时，系统自启动燃气发电机向公网输送电能，如果该地区施行分时电价政策，那么就可以赚取可观的上网电费，从而实现公网调峰与自我盈利的双赢。
5 结束语
本文开发的智能并网系统中燃气发电机作为辅助设备，不仅可以调节负载的电能质量，而且能适时对公用电网进行调峰；基于智能并网系统大规模接入公用电网，以台区为单位，设计开发了一套台区综合监控系统，实现了对整个台区智能并网系统的实时监测控制。该智能并网系统已成功应用，运行安全、可靠、经济、环保、灵活。
参考文献
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论文作者:魏骞,史亮萍,王国强
论文发表刊物:《电力技术》2016年第12期
论文发表时间:2017/3/1
标签：新能源论文; 电网论文; 智能论文; 电源论文; 系统论文; 供电系统论文; 断路器论文; 《电力技术》2016年第12期论文;