在分布式發(fā)電中的大規(guī)模應(yīng)用技術(shù)

1、第三屆可再生能源發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)研討會(huì)可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用分布式發(fā)電中的微電網(wǎng)技術(shù)分布式發(fā)電中的微電網(wǎng)技術(shù) 合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院張張 興興2009年年2月月30日日.合肥合肥 n 1. 分布式發(fā)電介紹分布式發(fā)電介紹n 2. 微電網(wǎng)微電網(wǎng)n 3.微電網(wǎng)的運(yùn)行微電網(wǎng)的運(yùn)行n 4.微電網(wǎng)中的關(guān)鍵問題及相關(guān)研究熱點(diǎn)微電網(wǎng)中的關(guān)鍵問題及相關(guān)研究熱點(diǎn)n 5.國內(nèi)外微電網(wǎng)研究現(xiàn)狀國內(nèi)外微電網(wǎng)研究現(xiàn)狀n 6. 我們在微電網(wǎng)研究方面所做的工作我們在微電網(wǎng)研究方面所做的工作 1.分布式發(fā)電分布式發(fā)電1.1分布式發(fā)電概述分布式發(fā)電概述當(dāng)前電力系統(tǒng)存在的

2、問題：當(dāng)前電力系統(tǒng)存在的問題：n不能靈活跟蹤負(fù)荷的變化 n對于偏遠(yuǎn)地區(qū)的負(fù)荷不能進(jìn)行理想的供電 ,原因有如下兩種 一種是距離現(xiàn)有電力系統(tǒng)太遠(yuǎn) 一種情況是由于自然條件太惡劣 n大型互聯(lián)電力系統(tǒng)中局部事故極易擴(kuò)散，導(dǎo)致大面積的停電 n對環(huán)境的污染 電網(wǎng)的現(xiàn)代化電網(wǎng)的現(xiàn)代化傳統(tǒng)電網(wǎng)傳統(tǒng)電網(wǎng)Power parkHydrogen StorageIndustrial DG未來電網(wǎng)未來電網(wǎng)Combined Heat and PowerFuel CellWind FarmsRooftop PhotovoltaicsRemote LoadsLoad as a resourceSMESSmart Substati

3、onFuel CellpvRooftop Photovoltaicsn1.1.1基本概念基本概念 分布式發(fā)電分布式發(fā)電(DG) 或分布式能源或分布式能源(DER) 是是一種分散、非集中式的發(fā)電方式，具有以下特一種分散、非集中式的發(fā)電方式，具有以下特點(diǎn)點(diǎn): 接近終端用戶接近終端用戶 容量很小（幾十容量很?。◣资甼W 至幾十至幾十M W） 以孤立方式或與配電網(wǎng)并網(wǎng)方式，運(yùn)行在以孤立方式或與配電網(wǎng)并網(wǎng)方式，運(yùn)行在380V 或或10kV或稍高的配電電壓等級上或稍高的配電電壓等級上(一般一般低于低于66kV) 采用可再生能源采用可再生能源(太陽能、風(fēng)能太陽能、風(fēng)能小風(fēng)電、小風(fēng)電、沼氣、天然氣、生物質(zhì)能、

4、或水能沼氣、天然氣、生物質(zhì)能、或水能小水能小水能) 常采用熱電聯(lián)產(chǎn)常采用熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)或冷熱電聯(lián)產(chǎn)或冷熱電聯(lián)產(chǎn)(CCHP)的方式的方式其它常用的分布式電源的概念其它常用的分布式電源的概念ndistributed resources即DR ndistributed energy resources即DER ndispersed power即DPnembedded generation即EG都可以用來指安裝在用戶附近并為其供電的小規(guī)模電源技術(shù) 。1.1.2分布式發(fā)電的分類分布式發(fā)電的分類 在不同的研究領(lǐng)域，DG有不同的分類方式：nDG的技術(shù)類型nDG所使用的能源nDG與電力系統(tǒng)的接口技術(shù)nDG

5、的規(guī)模 DG的技術(shù)類型主要包括的技術(shù)類型主要包括:n太陽能光伏電池太陽能光伏電池(Photo-voltaic panel）n燃料電池燃料電池(Fuel cell)n風(fēng)能（風(fēng)能（Wind Power)n生物質(zhì)能生物質(zhì)能(Biomass Energy)n儲(chǔ)能系統(tǒng)（儲(chǔ)能系統(tǒng)（Energy Storage）n燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)(Gas Turbine,Combustion Turbine Generators)-微燃機(jī)微燃機(jī)(Micro-turbine)n內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)(Gas Engine,Internal Combustion Reciprocating Engines and Generators)

6、n等等等等分布式發(fā)電的技術(shù)類型分布式發(fā)電的技術(shù)類型Fuel CellsWind EnergyMicroTurbinesSolar EnergyEnergy StorageCombustion EnginesDG所使用的能源所使用的能源n化石燃料n可再生能源n電能的儲(chǔ)存（electric storage） DG的運(yùn)行方式的運(yùn)行方式n獨(dú)立的不與電網(wǎng)相聯(lián)的DG n DG獨(dú)立運(yùn)行，但在DG與地區(qū)電力系統(tǒng)之間有自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置； 并網(wǎng)方式1）n 并聯(lián)運(yùn)行，但DG對當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)無輸出； 并網(wǎng)方式2）n并聯(lián)運(yùn)行且向當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)輸出電能。 并網(wǎng)方式3） 當(dāng)DG與電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)，必需要選擇接入的電壓等級 ，如下圖 DG與與電力

7、系統(tǒng)的接口技術(shù)電力系統(tǒng)的接口技術(shù) 若DG與電力系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行，則有兩種聯(lián)接技術(shù)n直接與系統(tǒng)相聯(lián)（機(jī)電式） DG是旋轉(zhuǎn)式電機(jī)直接發(fā)出基頻交流電則屬于這一類，像小型氣燃輪機(jī)、地?zé)岚l(fā)電、水電、光熱發(fā)電等 n通過逆變器與系統(tǒng)相聯(lián) 發(fā)出直流電的DG（如風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、燃料電池及各種電能存儲(chǔ)技術(shù)）或發(fā)出高頻交流電的DG（微透平），然后經(jīng)變流設(shè)備轉(zhuǎn)換為交流電 DG的規(guī)模 在DG實(shí)際的應(yīng)用中，考慮到DG的大小對其在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的影響，一般習(xí)慣于按照其大小分為以下三類：n小型（1MW） 表1.分布式發(fā)電的類型及相關(guān)技術(shù)參數(shù) 1.1. 3 國外發(fā)展現(xiàn)狀國外發(fā)展現(xiàn)狀 美國、日本、歐洲發(fā)展較快美國、日本、歐洲發(fā)展

8、較快 美國美國2001年頒布年頒布IEEE p1547 “關(guān)于分布式電源與電力關(guān)于分布式電源與電力系統(tǒng)互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)草案系統(tǒng)互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)草案” 通過了有關(guān)法令讓部分分布式發(fā)電上網(wǎng)運(yùn)行通過了有關(guān)法令讓部分分布式發(fā)電上網(wǎng)運(yùn)行 據(jù)美國分布式電力聯(lián)盟據(jù)美國分布式電力聯(lián)盟(DPCA)的研究估計(jì)，未來的研究估計(jì)，未來20年，年，DG將獲未來新增發(fā)電容量的將獲未來新增發(fā)電容量的20%-35GW,美國美國EPRI估計(jì)估計(jì),2010年年DG的市場可達(dá)的市場可達(dá)2.5-5GW/年年 美國規(guī)劃在今后美國規(guī)劃在今后10-15年，年，DR占美國發(fā)電量占美國發(fā)電量10%-20% 目前，除少數(shù)發(fā)達(dá)國家外，目前，除少數(shù)發(fā)達(dá)國家外，

9、DG裝機(jī)量在發(fā)電裝機(jī)總裝機(jī)量在發(fā)電裝機(jī)總量上所占比例不大（一般在量上所占比例不大（一般在5%以下，如阿根廷以下，如阿根廷2.1%、巴西巴西3.9%、法國、法國6.6%、印度、印度4.6%、日本、日本13.4%、英國、英國6.2%、美國、美國7.8%）-WADE統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。實(shí)例：美國，巴西和智利實(shí)例：美國，巴西和智利離網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)n有風(fēng)力資源的離網(wǎng)地區(qū)小負(fù)荷的電力供應(yīng)n獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)中的電池組在弱風(fēng)期提供電力n泵水：蓄水儲(chǔ)能n與化石燃料發(fā)電機(jī)和或光伏陣列結(jié)合組成“混合”發(fā)電系統(tǒng)為電訊塔提供電力，美國亞利桑那為邊遠(yuǎn)村莊提供電力，巴西混合風(fēng)能系統(tǒng)，智利實(shí)例：印度和加拿大實(shí)例：印度和加拿大獨(dú)立電網(wǎng)

10、的風(fēng)電系統(tǒng)n由于將柴油運(yùn)至邊遠(yuǎn)地區(qū)的成本，使電力生產(chǎn)十分昂貴q風(fēng)力發(fā)電機(jī)降低柴油的消耗n可靠性和維護(hù)非常重要加拿大Nunavut的50千瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)印度西孟加拉安裝50千瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)例：歐洲和美國實(shí)例：歐洲和美國中央風(fēng)電系統(tǒng)n間歇發(fā)電不是問題：丹麥17的電力來自于沒有其他備用電力的風(fēng)電美國加利福尼亞州 Palm Springs 的風(fēng)場沿海風(fēng)場，丹麥1.2 分布式發(fā)電與配電網(wǎng)互聯(lián)問題分布式發(fā)電與配電網(wǎng)互聯(lián)問題及對電力系統(tǒng)的影響及對電力系統(tǒng)的影響并網(wǎng)的若干技術(shù)問題并網(wǎng)的若干技術(shù)問題n1.2. 1電能質(zhì)量問題電能質(zhì)量問題 （1） 電壓調(diào)整電壓調(diào)整 負(fù)荷潮流變化大，使饋線上的電壓幅值發(fā)生變化，負(fù)荷

11、潮流變化大，使饋線上的電壓幅值發(fā)生變化，調(diào)整和維持困難搞不好電壓反而可能超標(biāo)調(diào)整和維持困難搞不好電壓反而可能超標(biāo) 對于電力電子型電源，電壓調(diào)節(jié)和控制方式與常對于電力電子型電源，電壓調(diào)節(jié)和控制方式與常規(guī)方式不同（有功和無功可分別單獨(dú)調(diào)節(jié)）規(guī)方式不同（有功和無功可分別單獨(dú)調(diào)節(jié)） DG的頻繁啟動(dòng)使配電網(wǎng)電壓常常發(fā)生波動(dòng)的頻繁啟動(dòng)使配電網(wǎng)電壓常常發(fā)生波動(dòng). 對電壓驟降，對電壓驟降，DG可能有用，也可能無用，對裝在可能有用，也可能無用，對裝在DG母線側(cè)的可能有用，對裝在鄰近母線側(cè)的可能無用母線側(cè)的可能有用，對裝在鄰近母線側(cè)的可能無用 在不作變化的情況下，配電饋線上到底能裝多少在不作變化的情況下，配電饋線

12、上到底能裝多少DG，主要取于電壓調(diào)節(jié)性能，主要取于電壓調(diào)節(jié)性能 在分布式電源為風(fēng)電的情況下，電源需要從電網(wǎng)在分布式電源為風(fēng)電的情況下，電源需要從電網(wǎng)吸收無功，且隨時(shí)波動(dòng)吸收無功，且隨時(shí)波動(dòng).，使電壓調(diào)節(jié)變得困難，使電壓調(diào)節(jié)變得困難.1.2.分布式發(fā)電與配電網(wǎng)互聯(lián)問題及對分布式發(fā)電與配電網(wǎng)互聯(lián)問題及對電力系統(tǒng)的影響電力系統(tǒng)的影響并網(wǎng)的若干技術(shù)問題并網(wǎng)的若干技術(shù)問題n1.2. 1電能質(zhì)量問題電能質(zhì)量問題 （2）電壓閃變）電壓閃變 并網(wǎng)時(shí)一般不發(fā)生閃變，孤島運(yùn)行時(shí)如無儲(chǔ)能元件能量太小，并網(wǎng)時(shí)一般不發(fā)生閃變，孤島運(yùn)行時(shí)如無儲(chǔ)能元件能量太小，易發(fā)生電壓閃變易發(fā)生電壓閃變 （3）電壓不平衡）電壓不平衡 如

13、是電力電子型電源，逆變器的控制策略對網(wǎng)絡(luò)不平衡電壓如是電力電子型電源，逆變器的控制策略對網(wǎng)絡(luò)不平衡電壓會(huì)有影響會(huì)有影響 （4）諧波畸變和直流注入）諧波畸變和直流注入 電力電子型電源易產(chǎn)生諧波，造成諧波污染。采用投切式電力電子型電源易產(chǎn)生諧波，造成諧波污染。采用投切式PWM可使諧波降低。此外，如無隔離變壓器而與電網(wǎng)直接相連可使諧波降低。此外，如無隔離變壓器而與電網(wǎng)直接相連,有有可能向電網(wǎng)注入直流電流，使變壓器和電磁元件出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象，可能向電網(wǎng)注入直流電流，使變壓器和電磁元件出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象，并使附近機(jī)械荷發(fā)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)（并使附近機(jī)械荷發(fā)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)（torque ripple)1.2.分布式發(fā)電與配

14、電網(wǎng)互聯(lián)問題及對電力系統(tǒng)的影響并網(wǎng)的若干技術(shù)問題n1.2.2對繼電保護(hù)的影響問題 （1）配電網(wǎng)有大量的繼電保護(hù)裝置早已存在而不可能為了DG而改動(dòng)，DG必須與之配合并適應(yīng)它 （2）使重合閘不成功 在系統(tǒng)故障時(shí)，DG的切除必須早于重合時(shí)間，否則會(huì)引起電弧的重燃，使重合閘不成功（快速重合閘0.2秒- 0.5秒) （3）使保護(hù)區(qū)縮小 當(dāng)有DG的功率注入電網(wǎng)時(shí)，會(huì)使繼電器原來的保護(hù)區(qū)縮小1.2.分布式發(fā)電與配電網(wǎng)互聯(lián)問題及對電力系統(tǒng)的影響并網(wǎng)的若干技術(shù)問題 1.2. 2對繼電保護(hù)的影響問題（4）使繼電保護(hù)誤動(dòng)作如繼電器不具備方向敏感性能（原系統(tǒng)為放射型的，末端無電源，不會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)移電流）則并聯(lián)分支故障時(shí)，

15、會(huì)引起本分支繼電器的誤動(dòng)1.2.分布式發(fā)電與配電網(wǎng)互聯(lián)問題及對電力系統(tǒng)的影響并網(wǎng)的若干技術(shù)問題1.2.3短路電流問題 雖然許多情況下一般裝有逆功率繼電器，正常運(yùn)行時(shí)不會(huì)向電網(wǎng)注入功率，但系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，短路瞬間會(huì)有大電流注入電網(wǎng)，使配電網(wǎng)的開關(guān)短路電流超標(biāo)，因此，大功率DG接入電網(wǎng)時(shí)，必須事先進(jìn)行電網(wǎng)分析和計(jì)算 1.2. 4鐵磁諧振（Ferro-resonance)問題 當(dāng)DG通過變壓器、電纜線路、開關(guān)等與配電網(wǎng)相連時(shí)，一旦配電網(wǎng)發(fā)生故障（如單相對地短路）而系統(tǒng)側(cè)開關(guān)斷開時(shí)，DG側(cè)開關(guān)也會(huì)斷開，如此時(shí)DG變壓器未接負(fù)荷，變壓器的電抗與電纜的大電容可能發(fā)生鐵磁諧振而造成過電壓，還能引起大的電磁力

16、，使變壓器發(fā)出噪音或使變壓器損壞1.2.分布式發(fā)電與配電網(wǎng)互聯(lián)問題及對電力系統(tǒng)的影響并網(wǎng)的若干技術(shù)問題 1.2.5變壓器的連接問題和接地問題 配電網(wǎng)側(cè)和DG側(cè)的故障傳遞問題 DG的三次諧波傳遞到系統(tǒng)側(cè)的問題 DG側(cè)保護(hù)繼電器檢測到系統(tǒng)側(cè)的故障而動(dòng)作 過電壓和鐵磁諧振問題 1.2.6配電網(wǎng)電容器投切與DG的勵(lì)磁配合（會(huì)出現(xiàn)Hunting現(xiàn)象） 1.2. 7孤島運(yùn)行問題 系統(tǒng)故障時(shí)的DG解列運(yùn)行 再連接時(shí)的判同期1.2.分布式發(fā)電與配電網(wǎng)互聯(lián)問題及對電力系統(tǒng)的影響并網(wǎng)的若干技術(shù)問題 1.2. 8可靠性問題 大系統(tǒng)停電時(shí)有些DG的燃料會(huì)中斷，或供給 DG輔機(jī)的電源會(huì)失去，DG會(huì)同時(shí)停運(yùn)，仍無法提高供

17、電的可靠性，如要使DG始終保持運(yùn)行必須有特殊的設(shè)計(jì) DG與配電網(wǎng)的繼電保護(hù)配合不好，可能使繼電保護(hù)誤動(dòng)作，反而使可靠性降低 不適當(dāng)?shù)陌惭b地點(diǎn)、容量和連接方式會(huì)使配網(wǎng)可靠性變壞1.2.分布式發(fā)電與配電網(wǎng)互聯(lián)問題及對電力系統(tǒng)的影響并網(wǎng)的若干技術(shù)問題 1.2.9配電網(wǎng)效益 使配網(wǎng)設(shè)備閑置，導(dǎo)致成本增加，供電局效益下降使負(fù)荷預(yù)測更加困難 面對這些問題如何解決基于可再生能源分布式發(fā)電的大規(guī)模并網(wǎng)？2.微電網(wǎng)微電網(wǎng)n2.1微電網(wǎng)概念的提出 協(xié)調(diào)分布式發(fā)電與電網(wǎng)的矛盾 微電網(wǎng)是規(guī)模較小的分散的獨(dú)立系統(tǒng)，它采用了大量的現(xiàn)代電力技術(shù)將光伏發(fā)電、風(fēng)電、燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池、儲(chǔ)能設(shè)備等并在一起，直接接在用戶側(cè)。 對于

18、大電網(wǎng)來說，微電網(wǎng)可被視為電網(wǎng)中的一個(gè)可控單元，它可以在數(shù)秒鐘內(nèi)動(dòng)作以滿足外部輸配電網(wǎng)絡(luò)的需求； 對用戶來說，微電網(wǎng)可以滿足他們特定的需求，如增加本地可靠性、降低饋線損耗、保持本地電壓穩(wěn)定、通過利用余熱提高能量利用的效率及提供不間斷電源等 2.2 微電網(wǎng)優(yōu)點(diǎn)n(1) 微網(wǎng)提供了一個(gè)有效集成應(yīng)用微網(wǎng)提供了一個(gè)有效集成應(yīng)用DG的方式的方式, 繼承擁繼承擁有了所有單獨(dú)有了所有單獨(dú)DG 系統(tǒng)所具有的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)所具有的優(yōu)點(diǎn)。n(2) 微網(wǎng)作為一個(gè)獨(dú)立的整體模塊微網(wǎng)作為一個(gè)獨(dú)立的整體模塊,不會(huì)對大電網(wǎng)產(chǎn)生不會(huì)對大電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響不利影響, 不需要對大電網(wǎng)的運(yùn)行策略進(jìn)行修改。不需要對大電網(wǎng)的運(yùn)行策略進(jìn)行修改

19、。n(3) 微網(wǎng)可以以靈活的方式將微網(wǎng)可以以靈活的方式將DG接入或斷開接入或斷開, 即即DG具具有有“即插即用即插即用”(plug-and-play) 的能力。的能力。n(4)DG并網(wǎng)的許多問題都是由并網(wǎng)的許多問題都是由DG響應(yīng)速度慢、慣性小響應(yīng)速度慢、慣性小的特點(diǎn)引起的的特點(diǎn)引起的, 多個(gè)多個(gè)DG聯(lián)網(wǎng)的微網(wǎng)增加了系統(tǒng)容量聯(lián)網(wǎng)的微網(wǎng)增加了系統(tǒng)容量, 并有相應(yīng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)并有相應(yīng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)(蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、飛輪儲(chǔ)能系蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)等統(tǒng)等),使系統(tǒng)慣性增大使系統(tǒng)慣性增大,減弱電壓波動(dòng)和電壓閃變現(xiàn)象減弱電壓波動(dòng)和電壓閃變現(xiàn)象, 改善電能質(zhì)量。改善電能質(zhì)量。n(5) 微網(wǎng)在上級網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障

20、時(shí)可以孤立運(yùn)行繼續(xù)保微網(wǎng)在上級網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)可以孤立運(yùn)行繼續(xù)保障供電障供電, 提高供電可靠性。提高供電可靠性。3 微電網(wǎng)的運(yùn)行微電網(wǎng)的運(yùn)行 n3.1 微電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行n并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài) 在正常情況下，微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，由大電網(wǎng)提供剛性的電壓和頻率支撐，內(nèi)部MS工作在電壓源(Voltage Source，VS)或電流源(Current Source，CS)狀態(tài)，在能量管理系統(tǒng)或本地的控制下，調(diào)整各自功率輸出 n孤島運(yùn)行狀態(tài) 當(dāng)大電網(wǎng)出現(xiàn)電壓驟升、驟降、不平衡和諧波等電能質(zhì)量問題或有計(jì)劃檢修時(shí)，微電網(wǎng)轉(zhuǎn)入孤島運(yùn)行模式，此時(shí)的電壓和頻率由內(nèi)部MS負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)，電網(wǎng)故障消失后，微電網(wǎng)重新并入電網(wǎng) n3.2 微電

21、網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程n微電網(wǎng)除了并網(wǎng)孤島兩種穩(wěn)態(tài)運(yùn)行模式外，還存在著兩種模式間的轉(zhuǎn)換過渡過程。 n該過程需要對其控制方法和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等方面的調(diào)整來保證網(wǎng)內(nèi)電壓的連續(xù)平穩(wěn)過渡，即實(shí)現(xiàn)無縫切換，以確保網(wǎng)內(nèi)重要敏感負(fù)荷的供電不受影響。過渡過程是兩種模式間轉(zhuǎn)換的橋梁和紐帶，過渡過程中電能質(zhì)量的優(yōu)劣將直接影響到網(wǎng)內(nèi)重要負(fù)荷的安全運(yùn)行，是微電網(wǎng)系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)靈活運(yùn)行，提供定制電力服務(wù)的重要標(biāo)志。n在進(jìn)行微電網(wǎng)模式轉(zhuǎn)換時(shí)，微源的控制方法受多種因素的影響（1）微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對控制方法的影響n當(dāng)微電網(wǎng)轉(zhuǎn)入孤島運(yùn)行時(shí)，存在功率需求和供給的不平衡，微電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化 如左圖：存在以下幾種情況1)123

22、全閉2)2開、13閉3)2閉、13開4)123全開不同的孤島拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直接決定微源所采用的控制方法 n(2)微源配置對控制方法的影響 在不同的微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下，微源可以采用不同的輸出濾波器結(jié)構(gòu)(L、LC或LCL)，不同的濾波器結(jié)構(gòu)也會(huì)對微源的控制方法的選取產(chǎn)生影響。n(3)微源控制方法的選擇 逆變器并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，可以工作在VS或CS方式，由大電網(wǎng)提供其電壓和頻率支撐。當(dāng)微電網(wǎng)轉(zhuǎn)入孤島運(yùn)行后，由于電網(wǎng)電壓的缺失，所以這些量必須由網(wǎng)內(nèi)的逆變器來調(diào)節(jié)。存在三種不同的情況：單臺VS 多臺VS 全部VS 變化方式：VS -VS、VS-CS、CS-VS 、 CS-CS 4 微電網(wǎng)中的關(guān)鍵問題及相關(guān)研究熱點(diǎn)微電

23、網(wǎng)中的關(guān)鍵問題及相關(guān)研究熱點(diǎn) n4.1微電網(wǎng)中的關(guān)鍵問題（電力技術(shù)方面）微電網(wǎng)中的關(guān)鍵問題（電力技術(shù)方面）4.1.1微電網(wǎng)的控制 微電網(wǎng)控制應(yīng)當(dāng)保證以下幾點(diǎn)：微電網(wǎng)控制應(yīng)當(dāng)保證以下幾點(diǎn)：任一微電源的接入不對系統(tǒng)造成影響任一微電源的接入不對系統(tǒng)造成影響自主選擇運(yùn)行點(diǎn)自主選擇運(yùn)行點(diǎn)平滑地與電網(wǎng)并列、分離平滑地與電網(wǎng)并列、分離對有功、無功進(jìn)行獨(dú)立控制對有功、無功進(jìn)行獨(dú)立控制具有校正電壓跌落和系統(tǒng)不平衡的能力。具有校正電壓跌落和系統(tǒng)不平衡的能力。1） DG基本控制 微電網(wǎng)靈活的運(yùn)行方式與高質(zhì)量的供電服務(wù), 離不開完善與穩(wěn)定的控制系統(tǒng)?？刂茊栴}也正是微電網(wǎng)研究中的一個(gè)難點(diǎn)問題。其中一個(gè)基本的技術(shù)難點(diǎn)在于

24、微電網(wǎng)中的微電源數(shù)目太多, 很難要求一個(gè)中心控制點(diǎn)對整個(gè)系統(tǒng)做出快速反應(yīng)并進(jìn)行相應(yīng)控制, 往往一旦系統(tǒng)中某一控制元件故障或軟件出錯(cuò), 就可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。微電網(wǎng)控制應(yīng)該做到能夠基于本地信息對電網(wǎng)中的事件做出自主反應(yīng) n目前有三類經(jīng)典控制方法：基于電力電子技術(shù)的“ 即插即用” 與“ 對等” 的控制思想。 該方法根據(jù)微電網(wǎng)控制要求, 靈活選擇與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)相類似的下垂特性曲線進(jìn)行控制, 將系統(tǒng)的不平衡功率動(dòng)態(tài)分配給各機(jī)組承擔(dān), 具有簡單、可靠、易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。 但該方法沒有考慮系統(tǒng)電壓與頻率的恢復(fù)問題, 也就是類似傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)中的二次調(diào)整問題, 因此, 在微電網(wǎng)遭受嚴(yán)重?cái)_動(dòng)時(shí), 系統(tǒng)的頻率質(zhì)量可能

25、無法保證。 此外, 該方法僅針對基于電力電子技術(shù)的微電源間的控制。 基于功率管理系統(tǒng)的控制 該方法采用不同控制模塊對有功、無功分別進(jìn)行控制, 很好地滿足了微電網(wǎng)多種控制的要求, 尤其在調(diào)節(jié)功率平衡時(shí), 加人了頻率恢復(fù)算法, 能夠很好地滿足頻率質(zhì)量要求。另外, 針對微電網(wǎng)中對無功的不同需求, 功率管理系統(tǒng)采用了多種控制方法, 從而大大增加了控制的靈活性并提高了控制性能。 但與第種方法類似, 這種方法只討論了基于電力電子技術(shù)的機(jī)組間的協(xié)調(diào)控制, 未綜合考慮它們與含調(diào)速器的常規(guī)發(fā)電機(jī)間的協(xié)調(diào)控制。n基于多代理技術(shù)的微電網(wǎng)控制方法 該方法將傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中的多代理技術(shù)應(yīng)用于微電網(wǎng)控制系統(tǒng)。代理的自治性、

26、反應(yīng)能力、自發(fā)行為等特點(diǎn), 正好滿足微電網(wǎng)分散控制的需要, 提供了一個(gè)能夠嵌入各種控制性能但又無需管理者經(jīng)常出現(xiàn)的系統(tǒng)。 但目前多代理技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用多集中于協(xié)調(diào)市場交易、對能量進(jìn)行管理方面, 還未深人到對微電網(wǎng)中的頻率、電壓等進(jìn)行控制的層面。要使多代理技術(shù)在微電網(wǎng)控制系統(tǒng)中發(fā)揮更大作用, 仍有大量研究工作需要進(jìn)行。 n2）能量管理控制目標(biāo)： 使微網(wǎng)內(nèi)DG 之間負(fù)荷分配最優(yōu)化和微網(wǎng)同主電網(wǎng)間能量交換的最優(yōu)化過程： 能量管理器采用低速通訊系統(tǒng), 并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)為每個(gè)DG 控制器提供電能和電壓限制點(diǎn)。孤立運(yùn)行時(shí)提供電能和電壓工作點(diǎn)。n3）其他控制 微網(wǎng)內(nèi)接入功率因數(shù)控制電容器可能引起的濾波器電容變

27、化和諧振現(xiàn)象 n4.1.2 微電網(wǎng)的保護(hù) 微電網(wǎng)的保護(hù)問題與傳統(tǒng)保護(hù)有著極大不同,典型表現(xiàn)有 潮流的雙向流通 微電網(wǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行與獨(dú)立運(yùn)行種工況下, 短路電流大小不同且差異很大。 因此, 如何在獨(dú)立和并網(wǎng)2種運(yùn)行工況下均能對微電網(wǎng)內(nèi)部故障做出響應(yīng)以及在并網(wǎng)情況下快速感知大電網(wǎng)故障, 同時(shí)保證保護(hù)的選擇性、快速性、靈敏性與可靠性, 是微電網(wǎng)保護(hù)的關(guān)鍵, 也是微電網(wǎng)保護(hù)的難點(diǎn)。 發(fā)電機(jī)和負(fù)荷容量對保護(hù)的影響、不同類型發(fā)電機(jī)如基于變流器和不基于變流器對保護(hù)的影響及微電網(wǎng)不同運(yùn)行方式和不同設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)對保護(hù)的影響等問題都是微電網(wǎng)保護(hù)策略研究中所關(guān)注的重點(diǎn)。 n4.1.3 電能質(zhì)量分析 微網(wǎng)電能質(zhì)量問題由兩個(gè)

28、方面引起 主電網(wǎng)對微網(wǎng)的影響 主網(wǎng)對微網(wǎng)的主要不利影響是不平衡電壓和電壓驟降這兩個(gè)電壓質(zhì)量問題 2）微網(wǎng)本身影響1) 微網(wǎng)內(nèi)存在許多電力電子設(shè)備和非線性負(fù)荷,另外,DG 機(jī)組頻繁起停, 都會(huì)產(chǎn)生諧波失真電流,影響電能質(zhì)量 n4.1.4 微電網(wǎng)的接入標(biāo)準(zhǔn) 目前, 已重新修改了分布式電源的入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)中的對分布式獨(dú)立電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行及接人系統(tǒng)導(dǎo)則趕今進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定 除上述提及的幾點(diǎn)外, 微電源也是微電網(wǎng)技術(shù)的研究重點(diǎn) 4.2 微電網(wǎng)研究的熱點(diǎn)問題n1）孤立運(yùn)行 孤立運(yùn)行是微電網(wǎng)的重要標(biāo)志；所以孤立運(yùn)行一直是研究的熱點(diǎn) 軟件仿真研究孤立運(yùn)行 獨(dú)立光伏微網(wǎng)系統(tǒng) 孤立運(yùn)行模式下的控制策略 微網(wǎng)電

29、壓和頻率控制 不同類型DG 間相互干擾問題 無功電容器優(yōu)化配置問題 等 4.2 微電網(wǎng)研究的熱點(diǎn)問題2）微電網(wǎng)的保護(hù)3）能量管理4）系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)5 國內(nèi)外微電網(wǎng)研究現(xiàn)狀國內(nèi)外微電網(wǎng)研究現(xiàn)狀 n微電網(wǎng)作為對單一大電網(wǎng)的有益補(bǔ)充，其廣泛應(yīng)用的潛力巨大。目前，世界上一些主要發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，如美國、歐盟、日本和加拿大等，都開展了對微電網(wǎng)的研究。5.1 美國微電網(wǎng)的研究現(xiàn)狀美國微電網(wǎng)的研究現(xiàn)狀n5.1.1概述概述 美國最早提出了微電網(wǎng)概念，近年來，其美國最早提出了微電網(wǎng)概念，近年來，其微電網(wǎng)研究一直在有條不紊地進(jìn)行著。美國的微電網(wǎng)研究一直在有條不紊地進(jìn)行著。美國的微電網(wǎng)研究項(xiàng)目主要受到了美國能源部的

30、電力微電網(wǎng)研究項(xiàng)目主要受到了美國能源部的電力提供和能源可靠性辦公室、加州能源委員會(huì)的提供和能源可靠性辦公室、加州能源委員會(huì)的資助，其研究的重點(diǎn)主要集中在滿足多種電能資助，其研究的重點(diǎn)主要集中在滿足多種電能質(zhì)量的要求、提高供電的可靠性、降低成本和質(zhì)量的要求、提高供電的可靠性、降低成本和實(shí)現(xiàn)智能化等方面實(shí)現(xiàn)智能化等方面5.1.2可靠性技術(shù)解決方案協(xié)會(huì)微電網(wǎng) n1999年 美國電力可靠性技術(shù)解決方案協(xié)會(huì)(The Consortium for Electric Reliability Technology Solutions，CERTS)首次對微電網(wǎng)在可靠性、經(jīng)濟(jì)性及其對環(huán)境的影響等方面進(jìn)行了研究。n

31、2002年，較為完整的微電網(wǎng)概念被提出來，CERTS給出的微電網(wǎng)定義是：微電網(wǎng)是一種由負(fù)荷和微型電源共同組成的系統(tǒng)，它可同時(shí)提供電能和熱量；微電網(wǎng)內(nèi)部的電源主要由電力電子器件負(fù)責(zé)能量的轉(zhuǎn)換，并提供必要的控制；微電網(wǎng)相對于外部大電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的受控單元，并可同時(shí)滿足用戶對電能質(zhì)量和供電安全等方面的要求。 CERTS提出的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)n可行性研究已經(jīng)在威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的實(shí)驗(yàn)室得到了初步檢驗(yàn) n威斯康星大學(xué)麥迪遜分校微電網(wǎng)于2001年建立， 目前的系統(tǒng)容量為200 kW， 電壓等級為280 V480 V。 nCERTS的微電網(wǎng)設(shè)計(jì)理念是不采用快速電氣控制、單點(diǎn)并網(wǎng)不上網(wǎng)、提供多樣化的電能質(zhì)量與供

32、電可靠性、隨時(shí)可接入的DERS等。這些突出的特點(diǎn)使它成為世界上所提出的微電網(wǎng)中最權(quán)威、認(rèn)可度最高的一個(gè)。 威斯康星大學(xué)麥迪遜分校微電網(wǎng)CERTS3 區(qū)結(jié)構(gòu)圖放大控制策略選擇：單位功率控制n有功功率按設(shè)定值輸出n由負(fù)載引起的功率變化通過電網(wǎng)來補(bǔ)償n孤島運(yùn)行時(shí)下垂控制控制策略選擇：饋線潮流控制n按饋線潮流設(shè)定值輸出功率n負(fù)載功率變化由電源自身補(bǔ)償n從電網(wǎng)側(cè)看負(fù)載恒定n孤島時(shí)下垂控制復(fù)合控制n兼有兩種控制的優(yōu)點(diǎn)n同一DG單元隨時(shí)可以選擇切換控制策略5.1.3其他微電網(wǎng)研究 n美國能源部還與通用電氣共同資助了第二個(gè)“通用電氣(General Electric Company，GE)全球研究(Globa

33、l Research)”計(jì)劃，投資約400萬USD。nGE的目標(biāo)是開發(fā)出一套微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)(microgrid energy management，MEM),使它能向微電網(wǎng)中的器件提供統(tǒng)一的控制、保護(hù)和能量管理平臺。 n這項(xiàng)微電網(wǎng)計(jì)劃對于目前該領(lǐng)域的其他微電網(wǎng)研究是一個(gè)很好的補(bǔ)充。 GE MEM framework (source: GE Global Research).CERTS微電網(wǎng)與GE微電網(wǎng)比較 nCERTS微電網(wǎng)研究主要集中在對DERS的設(shè)計(jì)和魯棒控制 nGE微電網(wǎng)則更多地關(guān)注在外部監(jiān)控回路的研發(fā)上，以及對能量利用和運(yùn)行成本的優(yōu)化上5.2歐洲微電網(wǎng)的研究現(xiàn)狀歐洲微電網(wǎng)的研究現(xiàn)狀

34、 n5.2.1概述n歐洲D(zhuǎn)ERs的研究和發(fā)展主要考慮的是有利于滿足能源用戶對電能質(zhì)量的多種要求以及歐洲電網(wǎng)的穩(wěn)定和環(huán)保要求等。微電網(wǎng)被認(rèn)為是未來電網(wǎng)的有效支撐，它能很好地協(xié)調(diào)電網(wǎng)和DERs之間的矛盾，充分發(fā)揮DERs的優(yōu)勢。n歐洲各國對微電網(wǎng)的研究越來越重視，近幾年來各國之間開展了許多合作和研討。 n 2005 年，歐洲提出“Smart Power Networks” 概念， 歐盟微電網(wǎng)項(xiàng)目(European Commission Project Microgrids)給出的定義是利用一次能源；使用微型電源，分為不可控、部分可控和全控三種，并可冷、熱、電三聯(lián)供；配有儲(chǔ)能裝置；使用電力電子裝置進(jìn)

35、行能量調(diào)節(jié)?；诖淼幕诖淼腜Q控制控制n歐洲的微電網(wǎng)研究引起了歐洲各國的廣泛關(guān)注，主要分為兩個(gè)階段：n第一個(gè)階段名為歐盟第五框架計(jì)劃(5th Framework Program，F(xiàn)P5) n第二個(gè)階段名為歐盟第六框架計(jì)劃 n“Advanced architectures an d control concepts for more microgrid”，5.2.2歐盟第五框架計(jì)劃n該計(jì)劃由雅典國家技術(shù)大學(xué)(National Technical University of Athens，NTUA)組織，14個(gè)成員來自歐盟的7個(gè)國家，還有很多高校的參與，如the University of

36、Manchester(英國)、INESC Porto(葡萄牙)、Ecole de Mines(法國)等。 n該計(jì)劃取得了一些很具啟發(fā)意義的研究成果，如DERs的模型、可用于對逆變器控制的的低壓非對稱微電網(wǎng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)仿真工具、孤島和互聯(lián)的運(yùn)行理念、基于代理的控制策略、本地黑啟動(dòng)策略、接地和保護(hù)的方案、可靠性的定量分析、實(shí)驗(yàn)室微電網(wǎng)平臺的理論驗(yàn)證等。 5.2.3歐盟第六框架計(jì)劃 n該計(jì)劃仍然是由NTUA組織，參與的廠商有Siemens、ABB、SMA、ZIV、I-Power、Anco、Germanos等，還有來自英國、法國、德國、西班牙等國的許多專家學(xué)者。 n新計(jì)劃的研究目標(biāo)包括：n(1)研發(fā)新

37、型的分布式能源控制器， 以保證微電網(wǎng)的高效運(yùn)行。n(2)尋找基于下一代通信技術(shù)的控制策略。n(3)創(chuàng)造新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)理念，包括新型保護(hù)方案的應(yīng)用和考慮工作在可變的頻率下等。歐盟第六框架計(jì)劃計(jì)劃的研究目標(biāo)n(4)各種微電網(wǎng)在技術(shù)和商業(yè)方面的整合。n(5)微電網(wǎng)在技術(shù)和商業(yè)方面的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。n(6)研發(fā)合適的硬件設(shè)備，使微電網(wǎng)具有即插即用的能力。n(7)研究微電網(wǎng)對大電網(wǎng)運(yùn)行的影響，包括地區(qū)性的和大范圍的影響。n(8)研究微電網(wǎng)能給歐洲電網(wǎng)在供電可靠性、網(wǎng)絡(luò)損耗和環(huán)境等方面帶來的改善。n(9)探索微電網(wǎng)的發(fā)展對基礎(chǔ)電網(wǎng)發(fā)展的影響，包括其增強(qiáng)和替代老化的歐洲電網(wǎng)的可行性分析。n歐洲的微電網(wǎng)示范工程主要有

38、希臘基斯諾斯島孤立微電網(wǎng)、德國曼海姆Wallstadt居民區(qū)示范工程、西班牙LABEIN 項(xiàng)目、葡萄牙EDP項(xiàng)目、葡萄牙Continuon項(xiàng)目、意大利CESI項(xiàng)目、丹麥ELTRA項(xiàng)目等。 n歐洲所有的微電網(wǎng)研究計(jì)劃都圍繞著可靠性、可接入性、靈活性3個(gè)方面來考慮。電網(wǎng)的智能化、能量利用的多元化等將是歐洲未來電網(wǎng)的重要特點(diǎn)。德國曼海姆Wallstadt居民區(qū)示范工程德國曼海姆Wallstadt居民區(qū)示范工程西班牙LABEIN希臘基斯諾斯島孤立微電網(wǎng)希臘基斯諾斯島孤立微電網(wǎng)葡萄牙EDP葡萄牙CONTINUONThe microgrid laboratory facilities at ISET (s

39、ource: ISET).德國德國ISET微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室5.3 日本微電網(wǎng)的研究現(xiàn)狀日本微電網(wǎng)的研究現(xiàn)狀 n5.3.1概述n目前日本在微電網(wǎng)示范工程的建設(shè)方面處于世界領(lǐng)先地位。n日本政府十分希望可再生能源(如風(fēng)能和光伏發(fā)電)能夠在本國的能源結(jié)構(gòu)中發(fā)揮越來越大的作用，但是這些可再生能源的功率波動(dòng)性降低了電能質(zhì)量和供電的可靠性。n微電網(wǎng)能夠通過控制原動(dòng)機(jī)平衡負(fù)載的波動(dòng)和可再生能源的輸出來達(dá)到電網(wǎng)的能量平衡，例如配備有儲(chǔ)能設(shè)備的微電網(wǎng)能夠補(bǔ)償可再生能源斷續(xù)的能量供應(yīng)。n從大電網(wǎng)的角度看，該微電網(wǎng)相當(dāng)于一個(gè)恒定的負(fù)荷。這些理念促進(jìn)了微電網(wǎng)在日本的發(fā)展，使日本的微電網(wǎng)對于儲(chǔ)能和控制十分重視。

40、微網(wǎng)內(nèi)DG的恒功率輸出控制DG的恒功率輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)雅內(nèi)大規(guī)模光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性驗(yàn)證大規(guī)模光伏并網(wǎng)系統(tǒng)5.3.2 新能源與工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織微電網(wǎng)n新能源與工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織(new energy and industrial technology development organization ，NEDO) nNEDO 在2003年的“Regional Power Grid with Renewable Energy Resources Project”項(xiàng)目中，開始了3個(gè)微電網(wǎng)的試點(diǎn)項(xiàng)目。這3個(gè)測試平臺的研究都著重于可再生能源和本地配電網(wǎng)之間的互聯(lián)，分別在青森縣、愛知和京都，可再生能源在

41、3個(gè)地區(qū)微電網(wǎng)中都占有相當(dāng)大的比重。 中部機(jī)場的愛知微電網(wǎng)nNEDO 建立的第一個(gè)微電網(wǎng)示范工程，2005年日本愛知世博會(huì)時(shí)投入使用。2006年，該系統(tǒng)遷到名古屋市附近的中部機(jī)場，并于2007年初開始運(yùn)行。該微電網(wǎng)的最大特點(diǎn)是它的電源大都為燃料電池：2個(gè)高溫熔化碳酸鹽燃料電池(270kW 和300kW)，4個(gè)磷酸鹽型燃料電池(各200 kW)， 一個(gè)固體氧化物燃料電池(50kW)。系統(tǒng)中總的光伏發(fā)電容量為330kW，此外還有一個(gè)500kW 的鈉硫磺電池組用于功率的平衡。 愛知微電網(wǎng)青森縣微電網(wǎng) n2005年10月投入運(yùn)行，作為示范工程一直運(yùn)行到2008年3月，這期間進(jìn)行了電能質(zhì)量和供電可靠性、運(yùn)行成本等方面的評估。n該微電網(wǎng)組的最大特點(diǎn)是只使用可再生的能源(100kW)進(jìn)行供電。可控的DERS包括3個(gè)以沼氣為燃料的發(fā)電機(jī)組(共510kW)、1個(gè)100 kW 的鉛酸電池組和1個(gè)10 th 的鍋爐。該微電網(wǎng)能夠節(jié)省約573的能耗，同時(shí)減少約478的碳化物排放量。 Overview of the Aomori project (sour