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反向功率流的有无与电压管理

在是否将分散式电源作为反向功率流并网方面，以及供给可靠性、电力 质量、安保等方面，电力系统的运行难度有所不同。从电力系统运行者的角 度出发，因分散式电源的设置而受影响的是“供给电压的质量管理” 〇

在向多数不特定的用户提供电力的配电系统中，日本电气事业法第26 条及电气事业法施行规则第44条规定将系统各处的低压用户的受电电 压维持在规定的值（101 ±6V, 202 ±20V),因此，电力公司采取如下对 策，即调节与负载状态相匹配的变电站的输出电压，根据负载状态及线路 状态，适当地设定配电线路各处的柱上变压器的分接开关，进而根据需 要，将自动电压调节装置设置在线路中。 

例如，如图3.4所示，对于配电用变电站及配电线路，如果考虑在特定 的配电线（特别是末端部分）中并网分散式电源的情况，则上述电压调节 的难度十分大。

(C)线路电压的状况

图3.4功率流与配电线路的电压 

由图3.4可知，因为在高压配电线①上无反向功率流地并网分散式电 源，所以功率流流向末端，配电线的电压越往线路末端越低。另一方面， 在线路末端以反向功率流并网大量分散式电源的高压配电线②中，因为 功率流从线路末端流向变电站方向，所以线路电压从配电线的中途开始 升高，在该状态下，如果调节配电用变电站的输出电压，使高压配电线 ①的电压即便在线路末端也为适当的值，则在高压配电线②的末端部分 将超出规定的电压（超过上限）Q

在自然能源的发电中，因为太阳能发电与风力发电等的发电状态受气 象状态所左右，时刻发生变化，所以如果增加这些分散式电源，则电力公 司对电压的管理将难上加难。

3.4.2系统并网与防止单运行

在将分散式电源与电力系统并网时，具有防止单运行的对策。 在此，针对防止单运行的必要性及基本思路进行说明。

如果在低压配电线或高压配电线中并网分散式电源，则在发生故障时 开放变电站输出口的断路器，使配电线处于无电压状态，由此能够防止因 电引发火灾及触电事故等，确保设备与人身的安全。而且，即使在故障以 外其他的时间里，有时在作业期间及火灾等紧急时刻，也开放配电线 路的开关器，使配电线处于无电压状态&

但是，如果将分散式电源与配电线并网，并且开放电力公司的断路器 及开关器而以切断的方式继续运行分散式电源，那么，本来应该无电压的 范愿将成为充电状态，像这样从电力公司的系统分离并且以分散式电源继 续充电的系统称为单运行系统。此时，在单运行系统内，如果分散式 电源设备的发电输出与负载功率不平衡，则频率及电压大范围超出规定范 围，可能会对一般用户的设备造成损坏。

图3.5表示配电线停止电力供给时分散式电源的单运行实例。

即在单运行系统中，由于会发生如下所示的维护与消防等涉及 人身安全方面的问题以及设备安全方面的问题，所以需要防止发生这 些情况。

(1 )公众触电、电力公司操作人员触电。 

(2)影响消防活动。 (3 )设备发生损坏。

图3.5分散式电源的单运行实例

电力公司一般在线路中采用自动再送电方式，即在发生高压配电线故 障时，通过电力公司的输出断路器能够自动重合闸，之后通过时限式故 障搜查器（设置于线路中图的自动开关器），从变电站侧向末端每隔一 段区间依次使配电线充电，恢复供电。进而，对于通过该方式而不能恢 复供电的区间，远程控制配电线的开关器，从其他正常的线路进行部分 反向送电。在采用这样的恢复方式的配电系统中，如果存在单运行系 统，则自动再送电就不能远程从根本上恢复供电，其结果导致供电可靠 性降低。

这样，对于系统运行而言，防止单运行是其做的事情，基本方 案如表3.4所不。 

表3.4防止单运行的基本方案

系统并网的形式 防止单运行的方案

无 因为在单运行时从发电设备向系统侧输出电力，所以在发电设备的受电点 设置检测功率流方向的装置（反相继电器等），自动地中断系统

方案因反向功率流的 有无而有所不同 有 因为在平时状态下也向系统侧输出电力，所以不适用反相继电器等=.因此， 设置用来传送商用系统的输出口断路器的开放信息而自动中断系统的装置（传 输中断装置）或针对每个发电设备所设计的用来检澜单运行的装置（有关单 运行检测装置的详细情况将在后面叙述）

在低压配电线设置交流发电机 的形式 因为用来检测、保护单运行的有效技术尚未成熟.所以原则上基本为无反 向功率流的并网。在该情况下，能够使用反相继电器等（在判断不会对安全以 及周边用户造成影响的情况下，有时也可以通过与电力公司的个别协议进行具 有反向功率流的并网）

在特高压电线路的特例 即使为单运行状态，只要能够维持适当的电压与频率，也认可单运行

3.4.31接电方式

如果发电设备的接电方式与并网系统的接电方式不同，则可能出现系 统侧潮流的相间失衡或者由此而导致的系统电压的相间失衡，所以，并网 的发电设备的接电方式原则上与并网的系统的接电方式（单相双线 式、单相三线式、三相H线式）相同。

而且，在单相三线式接电方式的并网中，由于负载的不平衡与发电电 力的反向功率流，在中性线上可能产生负载线以上的过电流，所以在 受电点设置在三有过电流脱扣元件的断路器。

1.当认可接电方式与系统不同时

从截至目前的实际情况来看，如果是小输出发电设备，并且由于相间 的不平衡所产生的影响较小、不会成为问题的情况下，即使接电方式与并 网的系统不同也无所谓。表3.5表示适用该思路的作为基准值的发电设备 的额定输出。

表3.5被认可的不同接电方式的发电设备的额定输出

单相三线式200V 单相双线式200V 轴 ^I^IOOV

高压三相三线式~ 6kV ? A以下 6kV ? A以下 2kV . A以下

单相三线式200V (相同接电方式） 6kV ? A以下 <2> 2kV . A以下

(1)在通过高压等三相三线式受电的用户中单相负载的比率较大，在通过设置发电设备而使不平衡缓和等 情况下，也可以超过其基准值。

在没有发电设备的情况（图3.6 (a))下，因为中性线（N)过的 电流是流经电压线（LU L2)的电流的差，所以不可能大于电压线的大 电流。因此，在中性线不需要脱扣元件，三极二控（3P2E)断路器即可Q 然而，在设置了太阳能发电设备等的情况下，即便是与前述相同的负 载条件，也如图3.6(b)所示，有时通过中性线的电流是三线中大的，为了 检测出该例这样的中性线的过电流，需要三极三控（3P3E)断路器。

3.4.4 i功率因数

在电力系统中，不但只对有功功率，对无功功率也要进行管理，这是 因为构成电力系统的变压器与输电线等阻抗几乎都具有感应性（电阻成分 远小于电抗成分），进而如果无功功率大的负载增多（负载功率因数变 差），则通过输电线与配电线的电流增多，从而导致电力损耗增大。因 此，从维持系统电压、减少电力损耗等观点出发，需要对负载与发电机的 功率因数进行管理。而且，为了防止因费兰梯效应导致电压升高，避 免以功率因数受电。

根据上述观点，规定了在负载设备的情况下在供电条款等中的标准功 率因数的思路。在分散式电源设备中，也以此为基准，认定“使受电点的 功率因数为85%以上，并且从系统侧观察不会成为功率因数”。

在此，功率因数（％)的定义一般表示为（有功功率）/(视在功 率）x 100 (%)，但需要注意功率因数的与滞后，这是因为在同 一区域内设置发电设备与负载设备的分散式电源设备中，作为功率流方 向的标准，是基于发电设备侧还是基于系统侧，可能会使正反向的处理 相反。 

因此，在《系统并网规程》中，定义为从系统侧向负载方向的电力功 率流作为正向来进行处理，对于无功功率，则将基于系统侧的滞后无功功 率定义为（正）。即统一为将电力系统侧作为标准。

这样的关系如图3.7所示。可知基于发电机侧的滞后功率因数的电力是 基于系统侧的功率因数的电力，基于发电机侧的功率因数的电力 是基于系统侧的滞后功率因数的电力。

图3.7基本的功率流矢量图

图3.8表示发电设备为功率因数的情况，图3.9表示发电设备为滞

后功率因数的情况。

?因为基于系统脷的无功功率为正，所以功率因数滞后。

图3.8在有反向功率流的并网中发电设备为功率因数的情况（出自：系统并网规程） 

?因为蓰F系统侧的无功功率为负，功率因数，所以需要凋整发电设备的运行功率因数，

使无功功率为正（基r?系统侧的滞后功率因数）。

图3.9在有反向功率流并网中发电设备为滞后功率因数的情况（出自：系统并网规程）

在图3.8中，受电点的功率流基于系统为滞后，在图3.9中，受电点的 功率流基于系统为，所以，需要调整发电设备的运行功率因数，使其 基于系统为滞后功率因数。

3.4.5电压变化

在低压配电线系统及高压配电线系统上并网发电设备时，需要考虑从 该系统对接受供电的低压用户的受电电压的影响。对此，需要从“长期 电压变化”与“瞬间电压变化”两方面进行研究，进而风力发电设备中 的“电压闪变”（存在由于风速的变化而产生的可能性）等也成为研究的 对象。

长期电压变化的对策

根据日本电气事业法，规定电力公司的供给电压为相对于标准电压 100V，控制在101±6(V)以内，相对于标准电压200V，控制在202±20 (V)以内。

在由于发电设备设置者产生反向功率流、导致可能超出上述标准值的 情况下，发电设备设置者需要设置具有“相位无功功率控制功能”及 “输出控制功能”等的自动电压调节装置等。 

图3.10表示低压并网时的自动电压调节功能的实例，图3.11表示高压 并网时自动电压调节功能的实例。

电乐凋节运行流程

※丨：平均化处理需要比过iR继电器（OVR)的动作时限延迟得足够多，希望是3s以上程度的 平均化处理。

※之：电压上限值的设定考虑从限制点至发电端的电丨玉升高的量，从而希望能够在107.5?HOV 的范围内进行设定。另外，至少每隔0.5V进行设定。

从未进行电压调许时的大反向功率流时的受电点至发电设备之间的电压升高值。 在未进行电压调节情况下的大反向功率流时从引入柱至发电设备之间的电压升高值。 《3:在为多个用户设置发电设备的情况下，只针对由丁?该发电设备导致的电压升高的部分进 行电压升髙控制即可，希望事先附加针对对发电效率具有直接影响的输出控制的限制值 设定功能。

※心在只通过相位运彳f进行必要的电压升高控制的情况下，可以省略输出控制。

图3.10低压并网时的自动电压调节装置的实例（出自：系统并网规程）

瞬间电压变化的对策

计算机、OA设备、工业机器人等有时会在瞬间电压降低额定电压的 

电压调节运行流程

纟1 :在通过设定符合反向功率流量的相位无功功率、能够作为并网的配电线整体的电乐 变化对策的情况下，电压；检测中可以省略比较流程。

※之：电压上限值基于个别协议。

※3 :因为这样的情况（痤子系统的滞后无功功率增大、并且电压升高较大的情况）属于特殊 情况，所以需要单进行研究。

※斗：在只通过相位运行抑制电压.升高的情况卜'，可以省略输出控制。

《5 : PA蕋n电力公司的个别协议。

图3.11高压并网时的自动电压调节功能的实例（出自：系统并网规程）

10%以上的情况下受到影响，所以需要将发电设备系统并网、中断时所 产生的瞬间电压降低控制在10°/。以内。电压降低的容许时间在2s以内， 如果超过该时间继续降低，则利用在长期电压变化中所规定的标准 

用于太阳能发电系统等的系统并网保护装置的认证

作为家庭中一般用途的电气设备的小输出发电设备，有输出不足 10kW的太阳能发电设备，以及家用热电联产系统（燃料电池发电设 备、利用了小型燃气发动机的发电设备）。太阳能发电设备基本上相 当于使用了逆变器的有反向功率流并网；在家用热电联产系统的情况 下，无论是通过燃料电池的发电方式还是利用小型燃气发动机的发电 方式，几乎都是使用了逆变器的无反向功率流并网。

针对关于这些小型分散式发电设备（输出不足10kW)的保护装 置，日本电气安全环境研究所（JET: Japan Electrical Safety &Technical Laboratories)具有基于指导原则、电气设备技术标准/说明，以及电 气用品的技术标准进行认证的制度。而且，针对固体高分子式燃料电 池系统，日本燃气用具检查协会（JIA: Japan Gas Appliance Inspection Association )具有将燃料电池主体与系统并网保护装置作为一体进行认  

可的制度。通过使用接受过该认证/认可的装置，能够顺利地实现与电 力公司的事前协商。

对于这些保护装置，为了谋求装置成本的降低及设置作业的简 便，采用内置于太阳能发电设备用的功率调节器或燃气热电联产盒等 中的形式。

用于太阳能电池发电系统和固体高分子式燃料电池系统的认证标签例

发电设备发生故障时的系统保护

如果在并网系统及区域内无故障的状态下发电设备发生故障，则认为 不能维持电压，所以，以保护发电设备发生故障时的系统为目的，设置过 压继电器（OVR)及欠压继电器（UVR)。在通过发电设备自身的保护 装置能够进行检测/保护的情况下，可以省略这些继电器。表3.8表示标准 的整定值，图3.13表示各继电器的工作范围。

表3.8用于保护发电设备发生故障时的系统的OVR、UNR的标准整定值 (逆变器、交流发电设备）

检测水平 检测时限（S) 思路

OVR 额定电压的115% 1 ?也兼带对单运行时的电压升高进行保护 ?避免因瞬间的电压升高而工作

UVR 额定电压的80% 1 ?也兼带对并网系统发生短路故障时的电压降低进行 保护

?也兼带对单运行时的电压降低进行保护 ?避免因系统干扰及负载设备的起动电流而工作

系统短路故障时的保护

在并网系统（低压）发生短路时，检测出该短路，中断分散式

电源。 

80% 卜 ::::~~~-

UVR的工作区域

Is 时间：f

图3.13 OVR与UVR的工作范围

在同步发电机的情况下，为了检测出在系统发生短路故障时从发 电机流出的短路电流，基本上使用DSR (短路方向继电器），但在通 过OCR (过流继电器）、UVR也能够进行检测的情况下可以以此代 用。在感应发电机的情况下，因为当系统发生短路时不持续流出故障 电流，而且，在使用了逆变器的系统并网中，通过电流抑制功能或过 流保护功能的瞬间工作还能够抑制电流，使得并网点的电压降低，所以 需要通过UVR进行检测。另外，对于UVR,虽然能够与用于保护发电机 发生故障时的系统的UVR共同使用，但针对时限，优行系统发生短 路时的保护。

表3.9表示在系统并网同步发电机的情况下系统发生短路故障时所需 要的保护继电器的种类与标准的整定值。

表3.9用于系统短路保护的继电器的标准整定值（同步发电机的情况下）

继电器种类 赫水平 检泻时陏 丨思路

DSR 单研究 瞬间 如果考虑检测时间，则希望在短路电流的计算中使 用初始过渡电抗

OCR 通过“设置于低压电路的自动断路 器”进行保护

UVR 80% 瞬间 为避免由于上游系统等的瞬间电压降低导致不需要 的动作而考虑时限为〇.3s左右

注：（1)适用上述任意一种继电器。

(2) DSR是以电压为基准、能够检测所通过的电流方向的继电器。系统发生短路故障时从同步发电机向系 统流出短路电流，但在短路电流相对较少、只通过大小不能与正常的负载电流区分的情况下不能使用OCR,需要 使用能够判断电流方向的DSR (详细情况将在3.6中进行说明）。

高低压混合接触故障（高压系统接地）的保护

在日本的《系统并网规程》中，规定“在并网系统的高低压混合接触 故障时间接地检测出该故障，在故障发生后，在电气设备技术标准说明第 19条所规定的时间内切断线路”。

图3.14说明高低压混合接触时的故障情况。例如，如果在柱上变压器 发生混合接触故障，则配电用变电站的接地继电器开始工作，开放配电线 断路器，但如果分散式电源存在同一配电线上，则故障将持续。这表示从 低压并网的分散式电源侧看，需要对并网系统的高压侧系统（上游系统） 的接地故障采取措施。然而，在低压并网的分散式电源设置点难以直接检 测出这样的高低压混合接触故障，需要通过单运行检测功能或反向充电 检测功能等中断分散式电源。

此时留意的是电技说明第丨9条中所规定的时间，根据低压电路 电位升高的程度，确定切断时间，具体地说，就是“只限于变压器的一 次侧电压为35kV以下的情况下，在Is以内断开其电路时，电位上升至 600V;在1?2s断开该电路时，电位上升至300V”。因为针对于电位升 高即柱上变压器的接地电阻及分散式电源的容量与针对于时间即配电 用变电站的接地继电器的动作时间相关，所以需要单与电力公司进行 协商。 

太阳能路灯通过太阳能光伏组件利用光伏应将我们的太阳能转换成电能，经由我们江苏斯美尔光电科技自主生产的控制器，进行充放电控制，存储电能在我们的胶体蓄电池中，当夜晚的时候，光照强度低于10流明左右，太阳能电池板的开路电压降低到5V左右，我们生产的控制器检测到这么个电压值，控制蓄电池对我们的LED灯头放电，这时候我们的太阳能路灯就照亮了您行走的道路了。

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