分布式电源需要安全可靠的控制

避免成为“孤岛”

对这篇文章的所有回应都强调了对DP电源及电网的安全、可靠互连的需求。图（“对抗孤岛的需求”）显示对于带有与公共电网相连的本地负载的分布式电源（DR）而言，如何会产生不理想的电源“孤岛”。当DR的功率输出等于本地负载时，电网仅提供参考电压及频率（电路断路器CB1及CB2闭合）。在此负载匹配条件下，如果CB2打开，则形成功率平衡，且电压和频率保持不受干扰。但这种情况随DR从电网上隔离而可在“区域电源系统”（EPS）中形成一个“孤岛”，并且不经意地继续向本地负载供电--除非做出断开连接的特殊规定。安装用来检测互连点上欠/过电压及欠/过频率的保护继电器，将不会对脱离电网做出响应。Ballard电源公司说。

形成孤岛是非常危险的，因为它会给并不了解 DR仍在为本地负载供电的供电局维修人员带来安全危险。如果是由于上游“自动继电器”而造成脱离电网（比如），则孤岛也可能会给DR造成损坏。按照Ballard公司Witschonke的说法，自动继电器在经过几个循环后会自动闭合，但互连电压并非必然会与区域EPS电压同步。


  
公共电网要求对DP发电采取“抗孤岛”措施，这种安全特性确保在失去电网功率时能将DR从电网上断开。抗孤岛具体要求由一系列标准来规定，如UL 1741、IEEE 1547 及929等（更多标准可在www.controleng.com/issues上查到）。

除进行统一控制外，分布式电源还要求有全部的计量及监控设备、互连部件及软件工具等。总之，需要有适当的控制技术才能与分布式及在线电源的迅速膨胀保持同步。

标准  

工业标准的可用性将有助于新型发电技术的进步。一项最新的标准是IEEE 1547--“用于分布式发电资源与电力系统进行互连的标准”，其重点是在将燃料电池、光电发电设备、微型涡轮发电机及其他本地发电设备连入国家电网中的技术要求上。由Institute of Electrical and Electronics Engineers, Standards Association （电子与电气工程师协会标准分会）出版的IEEE 1547，给出了性能、运行及测试方面的软硬件技术要求，以及用于DP控制及通信的互连产品及维修方面的安全要求。该标准将进一步扩展到产品质量、互用性、设计、工程、安装及认证等要求上。

由超过350名“来自电力行业各方面”的专家参与了该标准的起草工作，据IEEE 1547工作组主席Richard DeBlaso说，其中包括电气部件/设备及替代电源设备制造商、公用事业及能源服务企业、大学、政府实验室及州和联邦政府机构等。IEEE 1547实际上是在分布式资源（DR）方面的一系列互连标准的第一项标准。

更进一步的标准正在制定之中：● IEEE P1547.1- 将为证明/验证互连规范及设备是否符合IEEE 1547的功能及测试要求提供具体测试步骤；● IEEE P1547.2- 将为简化IEEE 1547的使用提供技术背景及应用细节，包括各种DR技术及其互连问题；● IEEE P1547.3- 将通过用于与公共电网系统互连的分布式发电机的监控、信息交换及控制的指导方针来帮助提高互操作性。

其他两个文件也将用于分布式发电及控制技术：Underwriters Laboratories Inc.'s （Underwriters Laboratories公司）（用于独立电源系统中逆变换器、变换器及控制器的标准）（UL 1741），以及IEEE标准929（对光电发电（PV）系统公共电网接口的推荐实行）。

Underwriters Laboratories公司说，UL 1741将产品安全要求与IEEE 1547的电网互连要求合并在一起，以为分布式发电产品的评估和认证提供测试标准。设计（型）测试及生产（型）测试包含在UL 1741中。IEEE 929为确保与公共电网并联的PV系统的兼容运行提供了所需的设备及功能指导方针，并对人员安全、设备保护、电源质量及公共电网运行等因素进行了相应的规定。这份文件同时也讨论了在脱离公共电网时，PV系统在电压及频率控制上所形成的孤岛问题，以及避免分布式资源孤岛化的相应途径。

向分布式电源（DP）发展的趋势，正逐步开始增长，而且大多数专家也认同这一增长；但增长速度未知且受到如下几种发展因素的影响，即：传统发电设施的可用性、各种电力资源成本的变化、政府规定及公众观点等，其中用于DP的控制装置及系统是实现这一增长的关键。  

以下是一些替代电力资源的相关背景，它们在提供分布式电源的过程中扮演主要角色。  

微型涡轮发电机是由小型燃气涡轮机以及由其直接驱动的高速发电机所组成的小型发电系统，通常还包括有用来提高系统效率的排气同流换热器。系统的电能转换器（控制系统的一部分）将所发电力转换成为有用的电压及频率。一般地讲，微型涡轮发电机的容量介于30至80千瓦之间，而小型涡轮发电机的容量则介于100至350千瓦之间。其工作原理与喷气发动机相同，但微型涡轮发电机可提供范围更广、更为经济的燃料选择，如天然气、柴油、乙醇及沼气等。  

微型涡轮发电机系统可以多种模式使用：用于连续发电；提高虚弱电网的容量、质量或可靠性；以及用作待机电源等。后一种模式也用来降低高峰电力负荷（峰值调节），从而减少电力成本。微型涡轮发电机与标准油机发电机组相比可减少有害辐射。  

燃料电池是一种利用燃料与氧化剂（通常为氢或氧）的直接化学反应来产生电能（以及热能）的电化学装置。这种电池的电能输出为直流（dc）电压。根据能量转换过程中所使用电解液的种类，分别有几种不同类型的燃料电池。质子交换膜（PEM）燃料电池是其中一种最简单及最常用的技术，它由4个基本元件组成：正极（或负元件）用于传导氢分子释放出的电子并将氧气分散在催化剂的表面上；阴极（或正元件）用来将氧气分散给催化剂，同时将电子从外电路上传导回催化剂以与氢或氧再结合来形成水；电解液（质子交换膜），一种经过特殊处理的材料，用来只传导正电荷同时屏蔽电子；催化剂，另一种特殊材料，用来在汽车及机动应用中加速氢和氧PEM燃料电池的化学反应。其他类型的燃料电池如固体氧化剂及熔解碳酸盐电池等，则能在更高的温度下工作，并能用来发电。   

风力发电系统采用带有巨大空气动力学桨叶及齿轮传动转子驱动链的可变速度风力涡轮发电机，其中齿轮传动系统（变速系统）用来使发电机能高速旋转以有效地将风能转换成电能。目前正在开发一种无需变速箱的直接驱动风力涡轮发电机。风力涡轮发电机的控制包括在适当的风速极限内启动和停止桨叶、桨叶间距控制、紧急制动及其他功能。