第4卷第9期 2016年9月 智能电网 Smart Grid V_01.4NO.9 Sep.2016 DOI:10.14171 ̄.2095-5944.sg.2016.09.019 文章编号:2095—5944(2016)09—0957—04 中图分类号:TM46 文献标志码:A 三电平双向DC.DC、AC.DC技术规范研究 李瑞生,翟登辉,徐军,郭宝甫 (许继集团研发中心,河南省许昌市461000) Research on Three・・level DC-・DC and AC--DC Technical Specification LI Ruisheng,ZHAI Denghui,XU Jun,GUO Baofu (xJ Group Research and Development Center,Xuchang 461 000,Henan Province,China) ABSTRACT:Distributed photovoltaic power generation,distirbuted wind power generation,energy storage and electric vehicles have developed rapidly,which are connected to the distribution network with DC--DC and AC-・DC conve ̄er and are considered as “random power supply”.As the link between random power supply and AC distribution network or microgrid with random power supply,DC-DC and AC-DC are the core power electronic equipments.In order to improve the stability and DG penetration rate of he lartge-scale random power supply’S access to distribution network,three-level DC—DC and AC—DC technical characteristics are studied and discussed,its orderly development is also standardized,which are described from the aspects of voltage and frequency response,power control,parallel operation,stabilized voltage precision and stabilized current precision,etc. KEY WORDS:random power supply;plug and play;DC--DC;AC・-DC;three—-level 摘要:分布式光伏发电、分布式风力发电、储能以及电动汽车发展趋势越来越快,它们都采用DC.DC和AC.DC变换器接 入配电网,将其统一按照“随机性电源”考虑。DC.DC和AC.DC用于随机性电源接入交流配电网或由随机性电源构成的微 电网系统中,属于核心电力电子设备;为提高大规模随机性电源接入配电网后的稳定性以及DG渗透率,研究和探讨三电平 双向DC.DC和AC—DC技术特征,规范其有序发展,从电压或频率异常响应、功率控制、并联运行、稳压精度、稳流精度 等方面展开叙述。 关键词:随机性电源;即插即用;DC.DC;AC.DC;三电平 0 引言 储能系统采用储能变换器以及电动汽车(具有 V2G特性)采用充放电机接入低压交流配电网,实 现能量双向流动;而分布式光伏发电采用光伏逆变 器以及分布式风力发电采用风机变换器接入,实现 能量单向流动,但属于双向流动的一种。基于此, 分布式电源标准:国际上,比如《DG并网技术标 准IEEE Std.1547))[卅、英国G59/1、G75/1等,这 些标准之间存在差异,目前还没有统一的分布式电 源并网标准。国内,国家能源局颁布了《NB/T 32015 2013分布式电源接入配电网技术规定》及《NB/T 将光伏、风电、储能以及电动汽车统一按照“随机 性电源”…考虑,将其采用的变换器统一按照 DC—DC或AC.DC考虑,而DC—DC及AC—DC用于 随机性电源接入交流配电网以及由随机性电源构 成的微电网系统中,属于核心电力电子设备,对系 统稳定性起着至关重要作用,如图1所示。 为鼓励和规范随机性电源的有序发展,目前国 内外已有一些标准,文献[2 5]详细总结了国内外的 基金项目:国家能源应用技术研究及工程示范(NY20150302)。 Research of Rational Energy Application Technology and Engineering 随机性电源 ...一,.能量单向流动 }能量双向流动 一一图1随机性电源经DC.DC和AC-DC接入电网或微电网 Fig.1 Random power supply connected to power grid or microgrid with DC・-DC and AC・-DC Demonstration(NY201 50302). 958 李瑞生等:三电平双向DC—DC、AC.DC技术规范研究 Vo1.4 No.9 33010--2014分布式电源接入电网运行控制规 展趋势。 范》,主要针对接入35 kV及以下电压等级电网的 运行控制展开。国家电网公司先后颁布了 J ((Q/GDW 480--2010分布式电源接入电网技术规 因此,为保障未来随机性电源的大规模有序发 展,提高接入后配电网的稳定性,非常有必要研究 和探讨三电平DC.DC及AC.DC技术特征,从电压 或频率异常响应、功率控制、电压控制、并联运行 等方面分析随机性电源并网特征,采用标准化功率 接口设备,规范三电平DC—DC及AC.DC技术发展; 根据国家能源局下达的能源领域行业标准项目制 修订计划,《三电平双向DC—DC技术规范》和《三 定》、((Q/GDW 667—20l1分布式电源接入配电网 运行控制规范》【8],标准仅适用于国家电网公司经 营区域内以同步电机、感应电机、变换器等形式接 入的分布式电源。针对国内外标准的具体差异、具 体内容等,这里不再叙述。 另外,国内还有能源行业标准((NB/T 33001— 电平双向AC.DC技术规范》(计划编号:能源 20150518和能源20150519)¥tJ定工作已初步展开, 该规范主要是提取DC—DC及AC.DC电源转换技术 特征,规范其输入输出、具备不同的控制软件、具 2010电动汽车非车载传导式充电机技术条件》、 《NB/T 3 10l6—2O1 1电池储能功率控制系统技术 条件》、((NB/T 32004--2013光伏发电并网逆变 器技术规范》以及((NB/T 33002--2010电动汽车交 流充电桩技术条件》等,但是这些标准大都针对特 备单向/双向能量流动特征、并联运行、模块化特征, 根据不同应用场景,植入不同软件,实现特定场景 功能,实现电源转换在不同应用场景下的即插即用。 定应用场景,比如光伏逆变器、储能变换器、电动 汽车充放电机等,也没有统一具有约束力的DC—DC 及AC—DC技术规范。 1 研究方向 三电平DC—DC及AC.DC接入配电网后会对其 产生影响,为规范三电平DC—DC和AC.DC技术统 一目前,DC—DC及AC—DC采用的PWM电源转 换技术由两电平向三电平、多电平发展。相对于两 电平,三电平有以下主要优点:1)开关频率较低, 开关损耗较小;2)系统效率高,易于模块化并联。 而多电平的拓扑结构以及控制系统较为复杂。因此, 、健康、有序地发展,从现有相关标准出发,针 对不同指标进行比较,主要从电压或频率异常响 应、功率控制、并联运行、稳压精度、稳流精度等 多方面展开研究。表1为现有DC.DC、AC—DC相 关标准及各指标要求差异性。 采用三电平标准模块化DC DC及AC—DC进而实现 自主并联以构成大容量是随机性电源即插即用的发 表1现有DC.DC和AC.DC相关标准 Tab.1 Existing related standards of DC-DC and AC-DC 1.1 功率控制 易扩容、易维护、即插即用的特点,并联后稳态均 流不平衡度不大于q-5%。 1.3稳压精度 DC—DC及AC.DC工作于直流侧稳压状态时, DC.DC及AC。DC应具有功率输出控制能力, 能根据外部指令调节自身的功率输出,应能工作在 稳压状态或稳流状态且能量可双向流动。 1.2并联运行 DC.DC及AC—DC可具备并联运行功能,具有 当输入电压在额定输入电压的上限值与下限值范 围变化时,输出电流在0~100%范围变化时,直流 第4卷第9期 智能电网 959 侧输出电压在额定电压上限值与下限值范围内任 一速调节,通信可以选用RS485等常规电气接口及 ModbHS等常规通信协议。 数值上应保持稳定,稳压精度不超过2%。 DC.DC及AC.DC工作于直流侧稳流状态时,当 1.4稳流精度 输入电压在额定输入电压的上限值与下限值范围变 化时,输出电压在额定电压上限值与下限值范围变化 时,直流侧输出电流在额定值的20%100%范围内任 一1_7电压或频率异常响应(AC.DC) 随机性电源接入低压交流配电网后,由于其接 入位置、容量以及接入点负荷的不同,会导致接入 点电压有所抬升,甚至出现电压越限;并且随机性 电源的大规模无序接入后,系统频率也会出现偏 差 J。因此,电压和频率的变化要求AC—DC及时响 数值上应保持稳定,稳流精度应不超过2%。 1.5动态电压瞬变范围 应,当超出一定范围时,都要求AC—DC退出运行, DC/DC及AC—DC在离网模式下,工作于稳压 否则将影响配电网的稳定性。目前,国内外典型的 状态时,阻性负载变化0~100%,AC—DC输出电压 有关储能系统以及光伏系统接入电网的技术规范要 瞬变值应不大于标称电压值的士5%。 求的电压异常响应范围不一样,见表2。因此,有必 1.6通信功能 要统一规范AC—DC接入电网后电压和频率异常响 DC—DC及AC—DC应设置通信接口,宜支持快 应的范围和时间。 表2相关标准的电压异常响应要求 Tab.2 Overvoltage response requirements for related standards 1.8三相电压不平衡度(AC—DC) 能变换器、风机变换器以及充放电机等电源转换装 1)工作于并网模式时,其三相输出引起公共 置,建议采用统一模块化的三电平DC—DC及 连接点的三相电压不平衡度ll lJ不超过GB/T 1 5543 AC—DC能够实现功率自主并联,以适应分布式光伏 规定的限值,公共连接点的负序电压不平衡度应不 发电、分布式风力发电、储能、电动汽车充放电等 超过2%,短时不得超过4%;AC.DC自身引起的 不同应用场景。 负序电压不平衡度不超过1.3%,短时不超过2.6%; 三电平DC—DC及AC—DC除了开关损耗低以外, 2)工作于离网模式时,其三相输出的负序电 应还有易于产品模块化设计、系统稳定性更好、功 压不平衡度不超过2%,短时不超过4%。 率密度更高、可自主并联运行特点。其中模块化设 1.9电流谐波畸变率(AC—DC) 计使部件灵活装卸调配、易于扩容维护、易于不同 AC.DC工作于并网模式时,其交流侧并网电流 功率自由组合,能够降低模块内部功率开关管的电流 总谐波畸变率不大于5%。 应力,提高使用寿命。 2通用化建议 3结语 现有厂家都根据随机性电源不同应用场景设 1)分布式光伏、分布式风电、储能以及电动汽 计开发专用的电源转换装置,比如光伏逆变器、储 车都采用变换器接入配电网,将其统一按照“随机 960 李瑞生等:三电平双向DC.DC、AC.DC技术规范研究 、,01.4No.9 性电源”考虑,将变换器统一按照“DC—DC及 AC—DC”考虑; [6] IEEE.IEEE Standard orf Interconnecting Distributed Resources with Electric Power Systems[J1.Institute of Electrical&Electronics Engineers Inc,2003:1-28. 2)为保障随机性电源的大规模有序发展,提 高接入配电网后的系统稳定性,结合相关国内外标 准现状,主要从电压和频率异常响应、功率控制、 并联运行、稳压精度、稳流精度等方面研究其技术 特征,规范三电平DC.DC及AC—DC技术发展; [7] 国家电网公司.分布式电源接入电网技术规定:Q/GDW 480—2010 【S].北京:中国电力出版社,2011. State Grid.Technical rule or fdistributed resources connected to power grid:Q/GDW480—2010[s].Beijing:China Electric Power Press, 2011. ’ [8] 国家电网公司.分布式电源接入配电网运行控制规范:Q/GDW 667—20l1[S].北京:中国电力出版社,2012. State Grid.Operation and Control Speciicatfion for Distributed 3)建议采用标准化三电平Dc—Dc及AC—Dc, 按照模块化设计理念,实现自主并联以构成不同 容量。 参考文献 [1] 李瑞生.云一层一端三层架构体系的随机性电源即插即用构想 [J].电力系统保护与控制,2016,44(7):47—54. LI Ruisheng.The idea of random power supply plug and play based on cloud-layer—terminal three layer architecture[J】.Power System Protection and Control,2016,44f71:47・54(in Chinese). [2] 宗瑾,白恺,刘辉,等 分布式发电相关标准及政策综述[J].华 北电力技术,2014(9):55-60. ZONG Jin,BAI Kai,LIU Hui,et a1.Overview on relevant standards and policy ofdistributed generation[ ̄.North China Electric Power, 2014(9):55—60(in Chinese). [3] 鲍薇,胡学浩,何国庆,等.分布式电源并网标准研究[J].电网 技术,2012,36(1 1):46-52. BAO Wei,HU Xuehao,HE Guoqing,et a1.Study on stnadard for gnd-integrationofdistributed resources[J].Power SystemTechnology, 2012,36(1l、:46—52(inChinese). 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