分布式發(fā)電及微電網(wǎng)技術(shù)

分布式發(fā)電及微電網(wǎng)技術(shù)第一頁，共三十七頁，2022年，8月28日主要內(nèi)容-2-主要內(nèi)容一、技術(shù)背景二、技術(shù)簡(jiǎn)介三、國(guó)內(nèi)外研究和應(yīng)用現(xiàn)狀四、最新進(jìn)展和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)第二頁，共三十七頁，2022年，8月28日一、技術(shù)背景-3-第三頁，共三十七頁，2022年，8月28日1.最大可能地接納分布式電源（DG）的接入2.智能電網(wǎng)的有機(jī)組成部分3.農(nóng)村電氣化4.提高供電可靠性：對(duì)電能質(zhì)量有特殊要求的場(chǎng)合（個(gè)性化供電）5.提高電網(wǎng)整體抗災(zāi)能力和災(zāi)后應(yīng)急供電能力6.提高能效-4-目的和意義第四頁，共三十七頁，2022年，8月28日應(yīng)用前景1.各級(jí)電網(wǎng)：包括國(guó)家電網(wǎng)、區(qū)域電網(wǎng)、省網(wǎng)以及地方電網(wǎng)等，提供多級(jí)應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害的應(yīng)急機(jī)制和實(shí)現(xiàn)農(nóng)村電氣化的平臺(tái)。2.不同類別的工作部門：包括電力規(guī)劃、電力調(diào)度、市場(chǎng)交易等，為各部門提供新的工作機(jī)制和平臺(tái)。3.不同類別的行業(yè)部門：包括政府機(jī)關(guān)、消防、醫(yī)院及軍事等，為各重要負(fù)荷提供不間斷供電，保證供電可靠性。4.研究單位：作為微電網(wǎng)技術(shù)體系理論及應(yīng)用的一個(gè)新的研究分支。

第五頁，共三十七頁，2022年，8月28日二、技術(shù)簡(jiǎn)介-6-第六頁，共三十七頁，2022年，8月28日微網(wǎng)是以分布式發(fā)電技術(shù)為基礎(chǔ)，以靠近分散型資源或用戶的小型電站為主，結(jié)合終端用戶電能質(zhì)量管理和能源梯級(jí)利用技術(shù)形成的小型模塊化、分散式的供能網(wǎng)絡(luò)。微網(wǎng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，能實(shí)現(xiàn)內(nèi)部電源和負(fù)荷的一體化運(yùn)行，并通過和主電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制，可平滑接入主網(wǎng)或獨(dú)立自治運(yùn)行，充分滿足用戶對(duì)電能質(zhì)量、供電可靠性和安全性的要求。

-7-微網(wǎng)定義第七頁，共三十七頁，2022年，8月28日微電網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)

微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，它可能組成中壓或低壓配電網(wǎng)的一部分，負(fù)荷通過分布式電源供電。根據(jù)微電網(wǎng)的運(yùn)行特性，微電網(wǎng)可能通過PCC連接到大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可與之?dāng)嚅_進(jìn)入孤網(wǎng)運(yùn)行模式（IsolatedGrid，IG）。當(dāng)微電網(wǎng)并網(wǎng)的時(shí)候，微電網(wǎng)的運(yùn)行和控制模式也在兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，即依賴于大電網(wǎng)的模式（GridDependent，GD）和獨(dú)立于大電網(wǎng)的模式（GridIndependent，GI）。GD與GI模式的區(qū)別在于微電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間是否有功率交換。第八頁，共三十七頁，2022年，8月28日微電網(wǎng)按照結(jié)構(gòu)可以分為三種類型：片區(qū)微網(wǎng)、工商業(yè)微網(wǎng)、偏遠(yuǎn)地區(qū)微網(wǎng)微電網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)

片區(qū)微網(wǎng)片區(qū)微電網(wǎng)有兩種，一種是城市網(wǎng)絡(luò)，另一種則是農(nóng)村的饋線。前者主要用于城市的繁華地區(qū)，后者則用于農(nóng)村電網(wǎng)的計(jì)劃解列。片區(qū)電網(wǎng)的發(fā)展動(dòng)力是停運(yùn)管理和整合可再生能源發(fā)電的需求。片區(qū)微電網(wǎng)的主要作用在于降低溫室氣體的排放；提供對(duì)用戶多種能源方式的供給；阻塞管理；延緩電力網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)等。另外，片區(qū)微電網(wǎng)能提供當(dāng)?shù)責(zé)o功電壓支撐和較高的電能質(zhì)量等輔助服務(wù)。第九頁，共三十七頁，2022年，8月28日工商業(yè)微網(wǎng)微電網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)

工商業(yè)微網(wǎng)的用戶一般定義為關(guān)鍵負(fù)荷或者敏感負(fù)荷，即需要較高等級(jí)的供電可靠性和電能質(zhì)量。該類微電網(wǎng)能夠提供對(duì)多個(gè)工商業(yè)區(qū)域的負(fù)荷需求，如大學(xué)校園、購物中心或工業(yè)設(shè)備。該類微電網(wǎng)同樣可以供給小型的居民負(fù)荷，如一組城市用房或者獨(dú)立公寓，也可以成為居民區(qū)微電網(wǎng)。該類微電網(wǎng)能夠提供便利且可靠的能量供給，并且能夠提供用戶定制的多種分布式電源供電。該類微電網(wǎng)的主要作用是提供較高的電能質(zhì)量；提供不同水平的電能可靠性水平；整合CHP和需求側(cè)管理。運(yùn)行方式有GD、GI和IG，當(dāng)大電網(wǎng)故障或者電能質(zhì)量不滿足要求、電價(jià)較高或者系統(tǒng)維修時(shí)從GI模式切換到IG模式。

第十頁，共三十七頁，2022年，8月28日微電網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)

偏遠(yuǎn)地區(qū)微網(wǎng)利用微電網(wǎng)對(duì)這些偏遠(yuǎn)地區(qū)微電網(wǎng)進(jìn)行供電，可以利用可再生能源發(fā)電或其他分布式電源來形成孤立的電網(wǎng)或者獨(dú)立的微電網(wǎng)來為偏遠(yuǎn)地區(qū)的居民或者商業(yè)用戶供電或熱。該類微電網(wǎng)的主要目的就是為偏遠(yuǎn)地區(qū)供電，并降低傳統(tǒng)化石燃料的消耗。它具有如下好處：整合可再生能源發(fā)電、降低溫室氣體排放和需求側(cè)管理。主要運(yùn)行方式為IG。

第十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日分布式電源與交流系統(tǒng)的連接第十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日核心技術(shù)與關(guān)鍵設(shè)備核心技術(shù)：仿真分析（含微網(wǎng)的分析計(jì)算方法）、規(guī)劃設(shè)計(jì)理論（微網(wǎng)的基本構(gòu)成，根據(jù)地域等客觀條件的不同，如何配置電源、負(fù)荷等）、計(jì)算理論、電源技術(shù)、保護(hù)與控制、運(yùn)行與能量管理、信息與通信、定制電力、先期評(píng)估和后期評(píng)價(jià)（能源利用效率、炭排放、可靠性、電能質(zhì)量）等。關(guān)鍵設(shè)備：分布式電源并網(wǎng)裝置，分布式儲(chǔ)能裝置，控制、保護(hù)裝置，微網(wǎng)快速分離開關(guān)，計(jì)量裝置（智能電表），能量管理系統(tǒng)，通信系統(tǒng)，接地網(wǎng)等。

第十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日三、國(guó)內(nèi)外研究和應(yīng)用現(xiàn)狀-14-第十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日微網(wǎng)示范工程地理位置說

明CERTS試驗(yàn)基地美國(guó)俄亥俄480V系統(tǒng)，包括3個(gè)60kWMT，有三條饋線，其中兩條含有微電源并能孤網(wǎng)運(yùn)行。這兩條中的一條饋線上帶有兩個(gè)微電源，通過170m電纜間隔；另一條饋線上帶有一個(gè)微電源，這樣可以進(jìn)行微電源并行運(yùn)行的測(cè)試。該系統(tǒng)用于測(cè)試微電網(wǎng)各部分的動(dòng)態(tài)特性。MadRiver公園美國(guó)范特蒙特6個(gè)商業(yè)和工業(yè)廠區(qū)，12個(gè)居民區(qū)，280kW、100kW發(fā)電機(jī)，30kWMT，PV。接入7.2kV配網(wǎng)。既可孤網(wǎng)運(yùn)行，也可聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。LABEIN微網(wǎng)中心西班牙通過兩個(gè)1000kVA和451kVA的變壓器連接到30kV中壓網(wǎng)絡(luò)，0.6kW和1.6kW單相PV，3.6kW三相PV，2組55kW柴油機(jī)，50kWMT，6kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)；250kVA飛輪儲(chǔ)能，2.18MJ超級(jí)電容，1120Ah和1925Ah蓄電池儲(chǔ)能；55kW和150kW電阻負(fù)荷，2個(gè)36kVA電感負(fù)荷。用于測(cè)試聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)集中和分散控制策略及電力市場(chǎng)中的能量交易。Kythnos孤網(wǎng)希臘提供12戶島上居民用電，400V配網(wǎng)，包含6臺(tái)光伏發(fā)電單元，共11kW，1座5kW柴油機(jī)，1臺(tái)3.3kW/50kWh蓄電池/逆變器系統(tǒng)。目前只能孤網(wǎng)運(yùn)行，研究目標(biāo)是微網(wǎng)運(yùn)行控制以提高系統(tǒng)滿足峰荷能力和改善可靠性。目前國(guó)外已建成的微網(wǎng)示范工程第十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日EDP微型電力公司葡萄牙連接到400V低壓網(wǎng)絡(luò)的天然氣站電網(wǎng)，具有80kWMT，多余電力可送往10kV中壓網(wǎng)，或供當(dāng)?shù)氐蛪恨r(nóng)村電網(wǎng)（3.45-41.5KVA），既可聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行也可孤網(wǎng)運(yùn)行。MV/LV電力公司荷蘭用于度假村，共四條380V饋線，每條長(zhǎng)約400m。以光伏發(fā)電為主，共裝335kW光伏發(fā)電單元。既可孤網(wǎng)運(yùn)行，也可聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。主要用于含有儲(chǔ)能系統(tǒng)的微網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行性能的測(cè)試。Manheim微網(wǎng)德國(guó)慕尼黑位于居民區(qū)，包含六臺(tái)光伏發(fā)電單元，共40kW；計(jì)劃繼續(xù)安裝數(shù)臺(tái)微型燃?xì)廨啓C(jī)。將對(duì)基于代理的分散控制進(jìn)行測(cè)試，并進(jìn)行社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估。CESIRICERCA試驗(yàn)公司意大利米蘭具有PV、MT、柴油機(jī)、MCFC等微電源，并配有蓄電池、飛輪等儲(chǔ)能方式，可組成不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)行穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)運(yùn)行過程測(cè)試和電能質(zhì)量分析。BostonBarIPP加拿大該區(qū)域通過69/25kV變電站供電，通過60km的69kV線路連接到BCHydro高壓系統(tǒng)。當(dāng)?shù)仉娏?yīng)BostonBar有兩臺(tái)3.45MW水力發(fā)電機(jī)，峰荷為3.0MW。根據(jù)BCHydro的準(zhǔn)則，進(jìn)行孤網(wǎng)運(yùn)行測(cè)試。Hachinohe計(jì)劃日本八戶污水處理廠配有3個(gè)170kW燃?xì)廨啓C(jī)，50kWPV，發(fā)出電力通過5km的私營(yíng)配線輸送到4個(gè)學(xué)校、水利局辦公樓和市政辦公樓。學(xué)校內(nèi)也有小型風(fēng)機(jī)和PV，控制目標(biāo)是6分鐘內(nèi)供需不平衡控制在3%以內(nèi)。在測(cè)試過程中，該目標(biāo)完成率為99.99%。在2007年11月孤網(wǎng)運(yùn)行一周。第十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日美國(guó)微電網(wǎng)的研究2002年首次提出CERTS微電網(wǎng)的概念包括3條饋線A、B和C及1條負(fù)荷母線，整體呈輻射狀結(jié)構(gòu)饋線通過主分隔裝置與配電系統(tǒng)相連，可實(shí)現(xiàn)孤網(wǎng)及并網(wǎng)運(yùn)行模式的平滑切換IEEEP1547標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在PCC處，微電網(wǎng)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)必須滿足預(yù)定的規(guī)范-17-第十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日美國(guó)微電網(wǎng)的研究CERTS微電網(wǎng)示范網(wǎng)絡(luò)包括光伏發(fā)電、微型燃?xì)廨啓C(jī)和燃料電池等微電源能量管理器：實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)的綜合分析控制潮流控制器：實(shí)現(xiàn)對(duì)微電源的就地控制示范了對(duì)三類不同供電質(zhì)量要求的負(fù)荷的個(gè)性化微電源供電方案連接在饋線A上的敏感負(fù)荷采用光伏電池供電連接在饋線C上的可調(diào)節(jié)負(fù)荷采用燃料電池和微燃?xì)廨啓C(jī)混合供電連接在饋線B上的可中斷負(fù)荷沒有設(shè)置專門的微電源，直接由配電網(wǎng)供電-18-第十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日美國(guó)微電網(wǎng)的研究CERTS微電網(wǎng)的關(guān)鍵特性系統(tǒng)故障時(shí)候能孤網(wǎng)運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)后自動(dòng)并網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)各種工況下對(duì)用戶的持續(xù)無差別（特指電能質(zhì)量）供電將用戶和分布式電源集成，對(duì)系統(tǒng)而言是一個(gè)獨(dú)立自治的單元“對(duì)等”概念（peer-to-peer）：各個(gè)元件地位對(duì)等，不存在主控制器或中心儲(chǔ)能單元“即插即用”概念（plug-and-play）：各個(gè)微電源可以在微電網(wǎng)的任一點(diǎn)接入而無須改變微電網(wǎng)的控制策略-19-第十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日美國(guó)微電網(wǎng)的研究現(xiàn)有成果在試驗(yàn)系統(tǒng)上測(cè)試了暫態(tài)過程中（與主網(wǎng)斷開及孤網(wǎng)狀態(tài)下的負(fù)荷變化）控制系統(tǒng)的魯棒性，既能控制ＤＧ的出力，又能控制線路的潮流得到了一個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)中柴油機(jī)組的控制方法-20-第二十頁，共三十七頁，2022年，8月28日美國(guó)微電網(wǎng)的研究CERTS微電網(wǎng)概念的拓展在DG附近配置儲(chǔ)能系統(tǒng)，有利于維持系統(tǒng)功率平衡仿真驗(yàn)證了儲(chǔ)能系統(tǒng)和電力電子接口控制策略的有效性-21-第二十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日歐洲微電網(wǎng)的研究Microgrid計(jì)劃（2001-2005）由歐盟7個(gè)國(guó)家、14個(gè)組織合作開展將微電網(wǎng)定義為含有小型分布式發(fā)電的低壓配網(wǎng)，側(cè)重單個(gè)微電網(wǎng)的運(yùn)行目前已初步形成了微電網(wǎng)的運(yùn)行、控制、保護(hù)、安全及通訊等理論，并在實(shí)驗(yàn)室微電網(wǎng)平臺(tái)上對(duì)這些理論進(jìn)行了驗(yàn)證-22-第二十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日歐洲微電網(wǎng)的研究分層管理和控制系統(tǒng)微電網(wǎng)通過位于中壓/低壓變電站的微電網(wǎng)中央控制器（MGCC）進(jìn)行管理和控制，MGCC具有經(jīng)濟(jì)性管理和控制等功能系統(tǒng)的第二層，控制器位于負(fù)荷側(cè)（負(fù)荷控制器，LC）或微電源側(cè)（微電源控制器，MC），它們之間通過MGCC交換信息，而MGCC通過設(shè)定LC和MC的參考點(diǎn)控制微電網(wǎng)的運(yùn)行-23-第二十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日歐洲微電網(wǎng)的研究MoreMicrogrids計(jì)劃：2006-2010其參與國(guó)家增加到11個(gè)，組織達(dá)到22個(gè)包括微電網(wǎng)、儲(chǔ)能、風(fēng)力發(fā)電、小水電、CHP、小型柴油機(jī)和可切除負(fù)荷等目的在于通過開發(fā)和延伸微電網(wǎng)的概念促進(jìn)分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接入以及傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能網(wǎng)絡(luò)的過渡主要研究先進(jìn)的微電源控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、多微電網(wǎng)運(yùn)行管理、技術(shù)和商業(yè)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化、示范系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及其對(duì)電力系統(tǒng)的影響等

-24-第二十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日歐洲微電網(wǎng)的研究建設(shè)了一系列的微電網(wǎng)示范系統(tǒng)，對(duì)孤網(wǎng)和并網(wǎng)狀態(tài)下運(yùn)行特性進(jìn)行了測(cè)試，目前已得到電能質(zhì)量、信息和通訊技術(shù)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益等方面的結(jié)果-25-第二十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日日本的微電網(wǎng)研究日本：NEDO建設(shè)了微電網(wǎng)示范工程，包括含多種可再生能源的區(qū)域電網(wǎng)、含有多個(gè)DG的配網(wǎng)設(shè)備和提供不同電能質(zhì)量的新型電力網(wǎng)絡(luò)以及進(jìn)行功率控制的并網(wǎng)太陽能和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)目前得到了一系列的并網(wǎng)和孤網(wǎng)的運(yùn)行結(jié)果-26-第二十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日四、最新進(jìn)展和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)-27-第二十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日微電網(wǎng)的運(yùn)行機(jī)理及穩(wěn)定性分析微電網(wǎng)的精細(xì)建模及數(shù)值仿真技術(shù)微電網(wǎng)的運(yùn)行機(jī)理分析并網(wǎng)、孤網(wǎng)及相互切換過程黑啟動(dòng)穩(wěn)定性分析靜態(tài)穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和小干擾穩(wěn)定性分析-28-第二十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日微電網(wǎng)的控制微電源的控制策略微電網(wǎng)的控制結(jié)構(gòu)：分層控制并網(wǎng)控制策略孤網(wǎng)控制策略并網(wǎng)-孤網(wǎng)相互切換控制策略微電網(wǎng)的能量管理第二十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日1.下降曲線控制微電源控制器：基于本地信息傳統(tǒng)控制方法P-f下降曲線Q-V下降曲線-30-第三十頁，共三十七頁，2022年，8月28日2.功率管理策略（PMS）功能有效地在微電源之間分配負(fù)荷的有功和無功功率需求對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行方式變化引起的擾動(dòng)快速響應(yīng)決定微電源的最終功率參考值以平衡功率和恢復(fù)頻率使孤網(wǎng)運(yùn)行的微電網(wǎng)與大電網(wǎng)重新同步-31-第三十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日2.功率管理策略（PMS）目標(biāo)微電源之間的負(fù)荷分配要滿足系統(tǒng)總功率損耗最小考慮每個(gè)微電源的特殊要求，如微電源的類型，發(fā)電成本，原動(dòng)側(cè)時(shí)間特性，維修周期和對(duì)環(huán)境的影響維持系統(tǒng)的電能質(zhì)量，如電壓波動(dòng)和諧波污染在一定的范圍內(nèi)改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)