新能源發(fā)電與控制技術(shù)（第4版）課件：分布式能源與儲能技術(shù)

分布式能源與儲能技術(shù)23

主要內(nèi)容7.1分布式能源的特征及其應(yīng)用7.2儲能技術(shù)種類及其應(yīng)用7.3微電網(wǎng)與儲能系統(tǒng)混合組網(wǎng)技術(shù)7.4微電網(wǎng)中的儲能系統(tǒng)控制技術(shù)7.5分布式能源及儲能技術(shù)的綜合利用47.1分布式能源的特征及其應(yīng)用7.1.1分布式能源的特征

分布式能源也叫分布式資源（DER，DistributedEnergyResources），是一種能源的分布式應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用戶端的能源綜合利用，相對于傳統(tǒng)的集中供電方式而言，是指將冷--熱--電系統(tǒng)以小規(guī)模、小容量（數(shù)kW—20MW）、模塊化、分散式的方式布置在用戶附近，可獨(dú)立地輸出冷（Cooling）、熱（Heating）、電能（Power）的系統(tǒng)。5

1.分布式能源的定義國際分布式能源聯(lián)盟（WADE，WorldAllianceforDecentralizedEnergy

）對“分布式能源”給出的定義是：發(fā)電系統(tǒng)能夠在消費(fèi)地點(diǎn)或很近的地方發(fā)電，并具有：①高效的利用發(fā)電產(chǎn)生的廢能生產(chǎn)熱和電；②現(xiàn)場端的可再生能源系統(tǒng)；③包括利用現(xiàn)場廢氣、廢熱以及多余壓差來發(fā)電的能源循環(huán)利用系統(tǒng)。這些系統(tǒng)就稱為分布式能源系統(tǒng)，而不考慮這些項(xiàng)目的規(guī)模、燃料或技術(shù)，及該系統(tǒng)是否聯(lián)接電網(wǎng)等條件。6

國際公認(rèn)的發(fā)展前景良好、用途廣泛、移動(dòng)與固定供電兼具、能源轉(zhuǎn)換高效、可熱電綜合利用的兩種重要分布式能源利用形式：微型燃?xì)鈾C(jī)發(fā)電機(jī)組，這是實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)、高效利用能源和節(jié)能的主要形式；“燃料電池”技術(shù)，這也是未來主要的分布式能源利用技術(shù)之一。

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微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組82.分布式能源主要特征：

(1)高效性(2)環(huán)保性(3)能源利用的多樣性(4)調(diào)峰作用(5)安全性和可靠性(6)減少國家輸配電投資(7)解決邊遠(yuǎn)地區(qū)供電9

分布式能源的先進(jìn)技術(shù)包括太陽能利用、風(fēng)能利用、燃料電池和燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)冷-熱-電三聯(lián)供等多種形式；

主要技術(shù)有：

電能有效利用（EUEE，EfficientUtilizationofElectricalEnergy）、智能通信技術(shù)（ICT，InformationandCommunicationsTechnology）、智能模塊（SmartBox）、主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)管理（ANM，ActiveNetworkManagement）以及微網(wǎng)（Micro-Grids）和智能電網(wǎng)（Smart-Grids），并實(shí)現(xiàn)整合預(yù)期能源發(fā)展的柔性電網(wǎng)（FENIX，F(xiàn)lexibleElectricityNetworkstoIntegratetheeXpected'energyevolution）。103.分布式能源的綜合利用：燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電燃料電池發(fā)電--余熱利用技術(shù)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）煤炭氣化多聯(lián)產(chǎn)熱--電--冷三聯(lián)產(chǎn)風(fēng)--光--燃?xì)饣パa(bǔ)多聯(lián)產(chǎn)發(fā)電等領(lǐng)域。117.1.2分布式能源的應(yīng)用1.分布式能源轉(zhuǎn)換設(shè)備及裝置（1）小型燃?xì)廨啓C(jī)（2）微型燃?xì)廨啓C(jī)（3）燃料電池（4）微型蒸汽輪機(jī)--蒸汽輪機(jī)（5）微型水輪機(jī)和微型抽水蓄能電站（6）太陽能發(fā)電系統(tǒng)（7）風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)（8）余熱制冷系統(tǒng)（9）熱泵系統(tǒng)（10）能量回收系統(tǒng)122.分布式能源中的系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)（1）多種能源系統(tǒng)整合優(yōu)化（2）將分布式能源與交通系統(tǒng)整合優(yōu)化（3）分布式能源系統(tǒng)電網(wǎng)接入研究（4）儲能技術(shù)（5）地源儲能技術(shù)（6）網(wǎng)絡(luò)式能源系統(tǒng)133.分布式能源中的資源利用技術(shù)（1）天然氣凝結(jié)水技術(shù)（2）將分布式能源與大棚結(jié)合的技術(shù)（3）利用發(fā)電制冷的冷卻水生產(chǎn)生活熱水的技術(shù)（4）空調(diào)系統(tǒng)廢熱回收技術(shù)（5）污水水源熱泵系統(tǒng)（6）小型生物質(zhì)沼氣生產(chǎn)技術(shù)144.分布式能源的主要應(yīng)用形式熱-電-冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)微燃?xì)鈾C(jī)發(fā)電系統(tǒng)氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)小水電發(fā)電系統(tǒng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)地?zé)崮芫C合利用熱-電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)生物質(zhì)能源發(fā)電系統(tǒng)157.2儲能技術(shù)種類及其應(yīng)用1分布式儲能的必要性微網(wǎng)系統(tǒng)便利了分布式能源的接入，同時(shí)卻也由于其容量較小、較之常規(guī)電力系統(tǒng)有較高的故障可能性、一般包含有較大比重的可再生能源發(fā)電單元，使得微網(wǎng)系統(tǒng)承受擾動(dòng)的能力相對較弱。

儲能技術(shù)以其能量可雙向流動(dòng)、可兼顧能量和功率需求以及優(yōu)異的環(huán)保性能等特性受到了廣泛的關(guān)注。儲能技術(shù)在發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈中的潛在應(yīng)用環(huán)節(jié)眾多且可覆蓋整個(gè)運(yùn)行過程，其通過在合適的時(shí)間和地點(diǎn)提供服務(wù)，可以更好地實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)系統(tǒng)的能量管理。161）儲能作為獨(dú)立單元情形

1）發(fā)電環(huán)節(jié)

可平抑負(fù)荷峰值、削峰填谷，若參與電力市場，可利用差額電價(jià)獲取收益；可進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)；可提供黑啟動(dòng)功能，帶動(dòng)其他類型的分布式能源單元啟動(dòng)及與主網(wǎng)同步；可進(jìn)行區(qū)域控制，應(yīng)對微網(wǎng)與該微網(wǎng)外部系統(tǒng)間計(jì)劃外的功率交換。2）

輸配電環(huán)節(jié)

可增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，維持系統(tǒng)元件同步運(yùn)行，以防系統(tǒng)崩潰；可進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，以使輸電線路末端的電壓維持穩(wěn)定；還可進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)、相角控制等。

3）用戶端輔助服務(wù)

可使用戶的能量需求峰值時(shí)段轉(zhuǎn)移，從而利用電力市場的差額電價(jià)減少用戶支出；可提高電能質(zhì)量，為用戶提供優(yōu)質(zhì)電能；為用戶提供不間斷電源，增強(qiáng)供電可靠性。172）儲能與可再生能源發(fā)電單元相配合情形1）可平抑可再生能源發(fā)電單元的短期隨機(jī)波動(dòng)（mins級），平滑可再生能源發(fā)電單元的功率輸出曲線，穩(wěn)定系統(tǒng)頻率；2）可平抑可再生能源發(fā)電單元的長期波動(dòng)（h級），以使可再生能源發(fā)電單元成為可調(diào)度型發(fā)電單元，增加其功率輸出的穩(wěn)定性；3）可緩解可再生能源發(fā)電的預(yù)測偏差所帶來的影響，根據(jù)可再生能源發(fā)電的預(yù)測情況，儲能配合輔助輸出，可提高單元輸出的可靠度，尤其在參與電力市場的情形下更為重要。182儲能技術(shù)分類

（1）根據(jù)功能實(shí)現(xiàn)分類

儲能技術(shù)種類眾多，可將其從功能實(shí)現(xiàn)和儲能方式兩方面加以分類。從功能實(shí)現(xiàn)角度來說，儲能技術(shù)可被分成功率型和能量型兩類：

1）功率型儲能技術(shù)

指那些可提供大功率而容量相對較小，響應(yīng)迅速，可進(jìn)行頻繁充放電，用于電能質(zhì)量或不間斷供電場合以增強(qiáng)可靠性的儲能技術(shù)，譬如超級電容儲能、超導(dǎo)儲能、飛輪儲能等技術(shù)；

2）能量型儲能技術(shù)

指用于能量管理場合的儲能技術(shù)，譬如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、大規(guī)模傳統(tǒng)蓄電池儲能、新型電池儲能等技術(shù)。192儲能技術(shù)分類

（2）根據(jù)能量儲存方式分類

盡管電能不能直接儲存，但可以將其轉(zhuǎn)換為其它方式方便地進(jìn)行儲存，并在需要時(shí)轉(zhuǎn)換回電能形式加以利用：

1）機(jī)械儲能方式

主要包括有利用勢能的抽水蓄能、壓縮空氣儲能和利用動(dòng)能的飛輪儲能等形式；

2）電磁儲能方式

主要包括有超導(dǎo)儲能、超級電容儲能等形式；

3）電化學(xué)儲能方式

通過電池正負(fù)兩極的氧化還原反應(yīng)進(jìn)行充放電，主要包括有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鈉硫電池、鋰離子電池、全釩等液流氧化還原電池等形式。

203常見的儲能形式

（1）飛輪儲能技術(shù)

外部輸入的電能通過電力電子裝置驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)將電能儲存為機(jī)械能；當(dāng)需要釋放能量時(shí)，飛輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)能變換為電能，電力電子裝置將對輸出電能的頻率和電壓進(jìn)行變換以滿足負(fù)載的要求。飛輪儲能基本結(jié)構(gòu)一般由5個(gè)部分組成：飛輪轉(zhuǎn)子、軸承、電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)、電力轉(zhuǎn)換器、真空室。

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（2）超導(dǎo)磁儲能技術(shù)

超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)（SMES）利用由超導(dǎo)線圈把電網(wǎng)供電勵(lì)磁產(chǎn)生的磁場能量儲存起來，需要時(shí)再將儲存的能量送回電網(wǎng)或作它用。SMES通常包括置于真空絕熱冷卻容器中的超導(dǎo)線圈、控制用的電力電子裝置以及真空汞系統(tǒng)。超導(dǎo)磁儲能與其他儲能技術(shù)相比具有能量效率高，可長期無損儲存能量，能量釋放快，可方便調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓、頻率、有功和無功功率等顯著優(yōu)點(diǎn)。電力電子技術(shù)和高溫超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了超導(dǎo)磁儲能裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。3常見的儲能形式22

（3）蓄電池儲能技術(shù)蓄電池儲能系統(tǒng)（BESS）由電池、直-交逆變器、控制裝置及輔助設(shè)備（安全、環(huán)境保護(hù)設(shè)備）等部分組成，目前在小型分布式發(fā)電中應(yīng)用最為廣泛。根據(jù)所使用化學(xué)物質(zhì)的不同，蓄電池可以分為鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。3常見的儲能形式23

（4）超級電容儲能技術(shù)超級電容器SC（Supercapacitor）是根據(jù)電化學(xué)雙電層理論研制而成，專門用于儲能的一種特殊電容器，具有超大電容量，比傳統(tǒng)電容器的能量密度高上百倍，放電功率比蓄電池高近十倍，適用于大功率脈沖輸出。根據(jù)不同的儲能原理，超級電容器分為電化學(xué)電容器（EC）和雙電層電容器（DLC）兩類。與飛輪儲能和超導(dǎo)儲能相比，超級電容器在工作過程中沒有運(yùn)動(dòng)部件，維護(hù)工作極少，可靠性非常高，使得它在小型的分布式發(fā)電裝置中應(yīng)用有一定優(yōu)勢。3常見的儲能形式24

（5）抽水儲能抽水蓄能是應(yīng)用最廣泛的一種大規(guī)模儲能技術(shù)。在系統(tǒng)負(fù)荷低谷時(shí)段，利用盈余的電能從下庫向上庫抽水，將電能轉(zhuǎn)換成水的勢能存蓄起來；等到系統(tǒng)負(fù)荷高峰時(shí)段，上庫放水經(jīng)水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。它是一種重要的蓄能與調(diào)峰手段，同時(shí)也可參與調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)壓、黑啟動(dòng)、提供系統(tǒng)備用容量等領(lǐng)域。3常見的儲能形式25

（6）壓縮空氣儲能壓縮空氣儲能的原理是在非用電高峰時(shí)段，利用盈余電能將空氣壓縮進(jìn)一個(gè)特定的存儲空間；在用電高峰時(shí)段，將被壓縮的高壓氣體釋放出來以進(jìn)行發(fā)電。氣體存儲空間一般為地下巖洞、報(bào)廢礦井等，需要經(jīng)過一系列嚴(yán)密的檢測、模擬以及分析方能確定。目前，研究人員也在尋求其它類型的合適存儲空間。3常見的儲能形式264不同儲能技術(shù)的比較技術(shù)成熟度商業(yè)化應(yīng)用示范工程階段研發(fā)階段秒級小時(shí)級秒級小時(shí)級秒級小時(shí)級幾百M(fèi)W

抽水蓄能超導(dǎo)

壓縮空氣幾十MW超導(dǎo)鉛酸電池

鈉硫電池超級電容

飛輪幾百kW~幾MW飛輪鉛酸電池超級電容全釩電池

飛輪超導(dǎo)鋅溴電池鋰電池幾KW

飛輪超級電容

飛輪

鉛酸電池鋰電池274不同儲能技術(shù)的比較儲能類型能量密度功率密度Wh/kgWh/LW/kgW/L機(jī)械儲能抽水儲能0.5～1.50.5～1.5

壓縮空氣儲能30～603～6

0.5～2.0飛輪儲能10～3020～80400～15001000～2000電磁儲能超導(dǎo)儲能0.5～100.2～5500～20001000～4000超級電容儲能2.5～15

500～5000>100000電化學(xué)儲能鉛酸電池30～5075～30050～8010～400鈉硫電池150～240150～250150～230

鋰電池75～200200～500150～315

全鞏電池10～3016～33

鋅溴電池16～5030～60

284不同儲能技術(shù)的比較儲能類型放電持續(xù)時(shí)間儲能持續(xù)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間循環(huán)效率機(jī)械儲能抽水蓄能幾小時(shí)～幾天幾小時(shí)～幾月分鐘級70%～85%壓縮空氣儲能幾小時(shí)～幾天幾小時(shí)～幾月1秒～15分鐘65%～79%飛輪儲能幾毫秒～十幾分鐘幾秒～幾小時(shí)毫秒級80%～95%電磁儲能超導(dǎo)儲能幾毫秒～幾秒幾分鐘～幾小時(shí)毫秒級92%～95%超級電容儲能幾毫秒～幾十分鐘幾秒～幾小時(shí)毫秒級85%～97%電化學(xué)儲能鉛酸電池幾秒～幾小時(shí)幾分鐘～幾天毫秒～幾秒75%鈉硫電池幾秒～幾小時(shí)幾分鐘～幾天毫秒～幾秒75%～90%鋰電池幾分鐘～幾小時(shí)幾分鐘～幾天毫秒～幾秒85%～90%全鞏電池幾秒～幾小時(shí)幾小時(shí)～幾月毫秒～幾秒65%～85%鋅溴電池幾秒～幾小時(shí)幾小時(shí)～幾月毫秒～幾秒60%～75%294不同儲能技術(shù)的比較1）抽水蓄能、壓縮空氣儲能、鉛酸電池、鈉硫電池、液流氧化還原電池、鋰電池可用于系統(tǒng)能量管理，進(jìn)行發(fā)電調(diào)峰、平衡負(fù)載、用作系統(tǒng)備用電源、穩(wěn)定系統(tǒng)等方面；2）抽水蓄能、壓縮空氣儲能儲能容量大，放電時(shí)間長，適合大規(guī)模容量應(yīng)用場合；

3）各種二次電池儲能、飛輪儲能、超導(dǎo)儲能、超級電容儲能技術(shù)可用于電能質(zhì)量調(diào)節(jié)、系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定和不間斷電源供電等場合；

4）抽水蓄能、壓縮空氣儲能技術(shù)可實(shí)現(xiàn)大功率、大容量電能儲存，但對應(yīng)用場址的地理?xiàng)l件有特殊要求，不適于廣泛應(yīng)用；鉛酸電池儲能技術(shù)較之其他類型電池成本較低、制造技術(shù)成熟，但其循環(huán)壽命較短，不宜深度放電，且存在有毒物質(zhì)鉛，不推薦廣泛應(yīng)用；307.2.2儲能技術(shù)應(yīng)用為了實(shí)現(xiàn)發(fā)電收益最大化，在電價(jià)最高時(shí)最大限度售電是非常重要的。通過管理儲能系統(tǒng)，可以在電價(jià)低時(shí)將電量存儲起來，然后在電價(jià)較高時(shí)售出。因此，儲能系統(tǒng)可以作為一個(gè)調(diào)節(jié)杠桿，提高發(fā)電商的發(fā)電收益。為了能夠通過儲能獲得更多的收益，儲能系統(tǒng)的容量應(yīng)該足夠大，能夠進(jìn)行數(shù)十小時(shí)的充放電循環(huán)。此外，儲能系統(tǒng)的功率也應(yīng)該足夠大（幾百兆瓦量級）。這樣的儲能系統(tǒng)可以進(jìn)行夜間充電白天放電，或者周末充電工作日放電的循環(huán)。除增大發(fā)電效益外，儲能系統(tǒng)通過參與電網(wǎng)調(diào)頻以提升電網(wǎng)電能質(zhì)量。包括：一次調(diào)頻、二次調(diào)頻和三次調(diào)頻。1應(yīng)用于發(fā)電環(huán)節(jié)31一次調(diào)頻的目的是通過對參與調(diào)頻發(fā)電機(jī)組進(jìn)行直接的和自動(dòng)的發(fā)電控制，以維持發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)發(fā)電﹣用電平衡。二次調(diào)頻是對參與調(diào)頻的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行集中式自動(dòng)調(diào)節(jié)，以使系統(tǒng)頻率及與相鄰電網(wǎng)的功率交換達(dá)到預(yù)定目標(biāo)值。三次調(diào)頻屬于手動(dòng)調(diào)頻，主要用于：①釋放一次備用和二次備用容量，并在二次調(diào)頻沒能實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)目標(biāo)時(shí)（可能由于二次備用容量的不足），將頻率調(diào)整到預(yù)定值；②當(dāng)電力供需不平衡緩慢增大時(shí)，使系統(tǒng)重新恢復(fù)到平衡狀態(tài)。三次調(diào)頻也用于解決輸電網(wǎng)阻塞的問題，這取決于不同國家的政策。1應(yīng)用于發(fā)電環(huán)節(jié)32根據(jù)運(yùn)行模式的不同，儲能系統(tǒng)既可以等效為發(fā)電機(jī)組，也可以等效為電力負(fù)荷（用戶）。通過控制儲能系統(tǒng)的充電或放電可以控制輸電系統(tǒng)的潮流，使系統(tǒng)潮流維持在一個(gè)最大限額之下。輸電系統(tǒng)控制中心可以采用儲能來解決網(wǎng)絡(luò)阻塞的問題，并且可以推遲電力增容的相關(guān)投資。儲能系統(tǒng)在充電狀態(tài)下還可以對電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行發(fā)揮作用：1）減少電力負(fù)荷。當(dāng)發(fā)生電力系統(tǒng)“頻率崩潰”，而常規(guī)調(diào)節(jié)手段無法控制頻率的下降趨勢時(shí)，電網(wǎng)調(diào)度（TSO）將根據(jù)頻率所接近的閾值切斷部分負(fù)荷。2）維持電壓穩(wěn)定。在電網(wǎng)發(fā)生電壓崩潰時(shí)，TS0也可以通過對負(fù)荷進(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定，而儲能也能夠起到這種作用。2應(yīng)用于輸電系統(tǒng)33儲能技術(shù)應(yīng)用于配電系統(tǒng)儲能在配電系統(tǒng)中的傳統(tǒng)應(yīng)用主要是為電網(wǎng)中的某些重要設(shè)施提供應(yīng)急供電。由電網(wǎng)公司從資產(chǎn)優(yōu)化運(yùn)営管理的角度出發(fā)，認(rèn)為負(fù)荷平滑是儲能的一個(gè)重要山能。當(dāng)預(yù)期到負(fù)荷的增加在不遠(yuǎn)的將來會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)中某些設(shè)備容量不足時(shí)，通常的解決方案是新建配電設(shè)施或改造現(xiàn)有設(shè)施。在阻塞網(wǎng)絡(luò)的下級電網(wǎng)使用儲能系統(tǒng)是一種靈活的臨時(shí)性解決方案。在非峰荷時(shí)段對儲能系統(tǒng)進(jìn)行充電以形成有功備用，當(dāng)峰荷出現(xiàn)時(shí)儲能就可以向電網(wǎng)注入能量，這樣可以減少上級電網(wǎng)輸送的最大電流。儲能通過這種方式可以避免電網(wǎng)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)阻塞。通過控制有功功率，以及按照預(yù)定的運(yùn)行曲線或閉環(huán)的實(shí)時(shí)測量進(jìn)行本地?zé)o功補(bǔ)償，可以大幅減少電流的流通。3應(yīng)用于配電系統(tǒng)34通過儲能系統(tǒng)的運(yùn)行管理能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)荷高峰和非高峰之間的轉(zhuǎn)移。這意味可以在用電需求最大而且往往電價(jià)也是最高時(shí)，使用先前用電低谷而且電價(jià)便宜時(shí)段存儲的電能，以獲取最大利潤。一些特殊的用電負(fù)荷，在一定程度上也能進(jìn)行電能的轉(zhuǎn)移。因此，電力的市場化和供應(yīng)管理都會(huì)影響運(yùn)營成本，它們共同組成了一個(gè)類似于儲能系統(tǒng)的調(diào)控杠桿，能夠有效地實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)移，減少供應(yīng)商的采購成本。利用儲能形成的電力備用，能夠減少對采購過程中可能遭遇的多種不利情況的發(fā)生，如高電價(jià)且市場調(diào)劑能力不足，發(fā)電的高邊際成本，或者成本控制的安全裕度過低等。在這個(gè)意義上，儲能是一種可以進(jìn)行價(jià)格和容量風(fēng)險(xiǎn)管理的工具。4應(yīng)用于電力零售35當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生偶爾停電時(shí)，儲能可以作為后備電源為用戶持續(xù)供電，可以減少突然停電給一些特定用戶造成的不利影響。對于一些供電關(guān)鍵負(fù)荷，可以采用具有快速響應(yīng)能力的電源提供瞬時(shí)電能。這種短時(shí)供電支撐也可能需要持續(xù)的時(shí)間數(shù)個(gè)供電周期，甚至只有當(dāng)某些設(shè)備完成備份任務(wù)后才可以主動(dòng)斷電。對于需要持續(xù)供電的負(fù)荷，停電的持續(xù)時(shí)間對其影響很大，此時(shí)采用備用電源是非常必要的，對這種備用電源的啟動(dòng)響應(yīng)時(shí)間沒有限制，但要保證能夠自動(dòng)運(yùn)行。此外，在用戶側(cè)安裝儲能系統(tǒng)能夠?yàn)V除來自電網(wǎng)的擾動(dòng)，這樣就可以作為一種特殊的電能質(zhì)量控制裝置來改善重要負(fù)荷的供電質(zhì)量。如在敏感負(fù)荷的供電系統(tǒng)中，儲能可以用于消除電壓暫降等電能質(zhì)量問題。5應(yīng)用于電力用戶367.3微電網(wǎng)與儲能系統(tǒng)混合組網(wǎng)技術(shù)微電網(wǎng)的概念最早由學(xué)者LasseterR.H.提出，它是集合了負(fù)荷和微型電源并可工作在單一可控狀態(tài)的系統(tǒng)，同時(shí)可以向當(dāng)?shù)靥峁╇娔芎蜔崮堋Ｎ⒕W(wǎng)的概念一經(jīng)提出便受到各國能源專家和學(xué)者的重視，各國相繼提出了微網(wǎng)的定義和研究側(cè)重點(diǎn)。其中美國電力可靠性解決方案協(xié)會(huì)CERTS給出的微網(wǎng)定義是：微網(wǎng)是一種由負(fù)荷和微源組成的系統(tǒng)，可以同時(shí)向負(fù)荷提供電能和熱量，微網(wǎng)內(nèi)的微源主要由電力電子裝置負(fù)責(zé)能量轉(zhuǎn)換，并提供必要的控制，微網(wǎng)相對于上層的大電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的可控單元，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。37常見微源技術(shù)類型一次能源輸出形式與AC系統(tǒng)接口光伏發(fā)電可再生能源DC逆變器風(fēng)力發(fā)電可再生能源AC整流逆變小型燃?xì)廨啓C(jī)化石燃料、可再生能源AC直接相聯(lián)、交-直-交燃料電池化石燃料、可再生能源DC逆變器蓄電池儲能電網(wǎng)或DGDC逆變器電容器儲能電網(wǎng)或DGDC逆變器飛輪儲能電網(wǎng)或DGDC逆變器38特點(diǎn)1）微網(wǎng)內(nèi)微源形式和儲能裝置的多樣化。微網(wǎng)提供了一個(gè)有效集成應(yīng)用DG的方式，微網(wǎng)內(nèi)的間歇性微源以及工作模式切換時(shí)的需要使得儲能單元成為微網(wǎng)正常穩(wěn)定運(yùn)行的必不可少的一部分；2）微網(wǎng)作為一個(gè)整體的系統(tǒng)，通過PCC與大電網(wǎng)單點(diǎn)連接，相對于大電網(wǎng)是單一的可控單元，從而有效解決了分布式發(fā)電系統(tǒng)中大量能源形式單獨(dú)并網(wǎng)對配電網(wǎng)帶來的負(fù)面影響；3）微網(wǎng)中的微源配置有先進(jìn)的電力電子接口，使得微網(wǎng)可以有多種運(yùn)行狀態(tài)，并可以在各狀態(tài)之間靈活切換。正常情況下微網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，當(dāng)大電網(wǎng)出現(xiàn)異常時(shí)，微網(wǎng)平滑轉(zhuǎn)入孤島運(yùn)行，當(dāng)大電網(wǎng)故障解除時(shí)，微網(wǎng)可以可靠再聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。397.3.1基于直流母線并網(wǎng)的微電網(wǎng)技術(shù)407.3.1基于直流母線并網(wǎng)的微電網(wǎng)技術(shù)1.直流微網(wǎng)的控制技術(shù)微網(wǎng)的控制要點(diǎn)是保持供電電源端與負(fù)荷端能量的平衡；能量的平衡控制可采取本地控制或遠(yuǎn)程控制。微網(wǎng)能量的平衡控制要點(diǎn)可歸結(jié)為：電壓調(diào)整、電壓閃變、電壓跌落、持續(xù)中斷和諧波含量等，亦即母線電壓的調(diào)整和電能質(zhì)量的管理。411.直流微網(wǎng)的控制技術(shù)（1）母線電壓的調(diào)整直流微網(wǎng)由DG單元、負(fù)載和并網(wǎng)接口電路等部分通過各自的變流裝置與直流母線相并聯(lián)。根據(jù)變流器的并聯(lián)特性可知，各并聯(lián)模塊對外表現(xiàn)為電壓源特性時(shí)，由于配電線纜上存在阻抗壓降，各節(jié)點(diǎn)電壓存在差異，很有可能導(dǎo)致各并聯(lián)電壓源之間產(chǎn)生環(huán)流。421.直流微網(wǎng)的控制技術(shù)（2）電能質(zhì)量的管理為了解決電壓閃變和電壓跌落的發(fā)生，常用超級電容、飛輪儲能或超導(dǎo)儲能等快速充、放電的裝置對系統(tǒng)的電能質(zhì)量進(jìn)行管理。432.直流微網(wǎng)的保護(hù)技術(shù)一般而言，微網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循如下準(zhǔn)則：1）可靠性包括對故障的辨別和抗擾動(dòng)的能力。2）靈敏度包括快速清除故障和快速恢復(fù)系統(tǒng)正常工作的能力。3）性能要求即對于重要的負(fù)荷，能夠最大限度地保證供電的連續(xù)性。4）經(jīng)濟(jì)性安裝和維護(hù)成本，為了滿足性能的要求，有時(shí)候可以犧牲一些成本。5）簡潔性保護(hù)元件的數(shù)量和保護(hù)區(qū)域的劃分等。442.直流微網(wǎng)的保護(hù)技術(shù)（1）直流微網(wǎng)的保護(hù)設(shè)備1）熔斷器

2）斷路器3）多功能接線板與插頭452.直流微網(wǎng)的保護(hù)技術(shù)（2）直流微網(wǎng)的接地在現(xiàn)有的直流輸配電系統(tǒng)當(dāng)中，諸如海上風(fēng)力發(fā)電、大部分的直流牽引系統(tǒng)、軍艦直流區(qū)域配電和工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，出于電腐蝕效應(yīng)、系統(tǒng)安全或中點(diǎn)漂移等考慮因素均將系統(tǒng)接成IT形式。IT系統(tǒng)一次接地故障電流很小，接地故障的檢測較為困難；用戶無法用電筆測試出IT系統(tǒng)直流電的極性。TN系統(tǒng)或TT系統(tǒng)將電源的一點(diǎn)直接接地（可以是電源的正極或負(fù)極，也可以是電源的中點(diǎn)），系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，漏電流較大，接地故障的檢測相對容易一些?？紤]到目前家用設(shè)備接地保護(hù)線與交流零線電位差限制，未來直流微網(wǎng)在給住宅、學(xué)校、商業(yè)建筑和工業(yè)區(qū)域供電建議采用TN系統(tǒng)。462.直流微網(wǎng)的保護(hù)技術(shù)（3）直流微網(wǎng)的故障類型及保護(hù)根據(jù)故障的類型進(jìn)行劃分，可將直流微網(wǎng)的故障分為極間故障和接地故障；根據(jù)故障的位置進(jìn)行劃分，直流微網(wǎng)的故障可分為母線故障與支路故障，其中支路故障又區(qū)分為輸入端故障與輸出端故障。在設(shè)計(jì)保護(hù)系統(tǒng)之前，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)工作模式的不同對可能發(fā)生的故障進(jìn)行詳細(xì)的分析。473.直流微網(wǎng)的結(jié)網(wǎng)方式（1）直流母線的構(gòu)成形式根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)資料的介紹，直流微網(wǎng)母線的構(gòu)成形式主要可以分為四類：單母線結(jié)構(gòu)、雙層式母線結(jié)構(gòu)、冗余式的母線結(jié)構(gòu)和雙母線結(jié)構(gòu)。483.直流微網(wǎng)的結(jié)網(wǎng)方式（2）直流母線電壓的等級直流母線電壓等級的確定應(yīng)滿足現(xiàn)有交流設(shè)備對輸入電壓范圍的要求。我國單相電壓有效值為220V，三相電壓有效值為380V，因此，低壓直流微網(wǎng)的母線電壓應(yīng)介于200至400V之間。日本在2009年12月提出380V的直流母線電壓標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行了相關(guān)的驗(yàn)證，這一標(biāo)準(zhǔn)日前已被美國電力研究院（ElectricPowerResearchInstitute，EPRI）所驗(yàn)證并接受。380V的直流標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)被廣泛稱為DC380V，它是基于數(shù)據(jù)中心直流配電提出的，現(xiàn)已逐漸得到業(yè)界的認(rèn)可，但DC380V的標(biāo)準(zhǔn)是否適合于我國普通居民的用電需求，還有待于產(chǎn)學(xué)研各界進(jìn)一步研究確認(rèn)。494.直流微網(wǎng)的其他關(guān)鍵技術(shù)1）直流微網(wǎng)的通信技術(shù)和交流微網(wǎng)的通信技術(shù)類似，直流微網(wǎng)的運(yùn)行也需要在采集不同特性的DG單元信息的基礎(chǔ)上，通過配網(wǎng)級、微網(wǎng)級和單元級各控制器間的通信來實(shí)現(xiàn)。2）電力電子接口電路直流微網(wǎng)電源側(cè)的接口電路分DC-DC和AC-DC型變流器，負(fù)載側(cè)接口電路分DC-DC和DC-AC型變流器，變流器形式多樣。由于微網(wǎng)與主網(wǎng)之間的能量交換根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行管理的不同，既可以是單向的也可以是雙向的。與交流微網(wǎng)相比，直流微網(wǎng)的接口電路結(jié)構(gòu)更為緊湊，控制也更為簡單，系統(tǒng)重構(gòu)能力更強(qiáng)，更能滿足模塊化的要求。507.3.2基于交流與直流混合組網(wǎng)的微電網(wǎng)技術(shù)具有如下的特點(diǎn)：1）分布式電源及電力儲能裝置以交流、直流形式輸出電能，采用交直流混合微網(wǎng)，將交流電源接入交流母線，直流電源接入直流母線，可以減少AC/DC或DC/AC等變換環(huán)節(jié)，減少電力電子器件的使用；2）某些負(fù)荷如熒光燈、風(fēng)扇、冰箱、普通空調(diào)等只能用交流供電，某些新型的負(fù)荷如計(jì)算機(jī)、家用電器、變頻器、開關(guān)電源、通信設(shè)備和電動(dòng)汽車等或可采用直流供電，或者具備交直流轉(zhuǎn)換裝置，采用交直流混合的微網(wǎng)形式，可以減少變頻裝置，降低設(shè)備的成本。511交直流混合微網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)及系統(tǒng)仿真1）研究交直流混合微網(wǎng)中的并網(wǎng)、孤島運(yùn)行時(shí)故障機(jī)理，并對故障特征及傳播特性進(jìn)行仿真研究。①微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，微網(wǎng)內(nèi)部故障對公共電網(wǎng)的繼電保護(hù)影響及系統(tǒng)保護(hù)策略；②微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，公共電網(wǎng)故障對微網(wǎng)系統(tǒng)保護(hù)的影響及系統(tǒng)保護(hù)策略；③微網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)，微網(wǎng)內(nèi)部各個(gè)能源及負(fù)載單元故障的系統(tǒng)保護(hù)策略。2）對交直流微網(wǎng)的穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)特性仿真研究。在微網(wǎng)系統(tǒng)級仿真模型后，還需要進(jìn)一步開發(fā)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)分析工具，仿真并網(wǎng)運(yùn)行和孤島運(yùn)行模式切換，分布式電源和負(fù)荷異常時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性；不同頻率、不同幅值的諧波的電流對于微網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性所產(chǎn)生的影響，以及各次諧波對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響程度。522交直流混合微電網(wǎng)控制和保護(hù)策略為微電網(wǎng)的控制和保護(hù)提供信息支撐，其中控制策略需要涉及的問題包括：①微網(wǎng)中心控制器與配網(wǎng)控制器及市場控制器之間的信息交互及協(xié)調(diào)控制策略；②微網(wǎng)中心控制器與就地控制器之間信息交互及協(xié)調(diào)控制策略；③微網(wǎng)就地控制器自身的控制及調(diào)節(jié)策略。微網(wǎng)內(nèi)的系統(tǒng)保護(hù)和控制策略理論上是控制保護(hù)一體化，但由于交直流混合微網(wǎng)處于探索階段，微網(wǎng)內(nèi)的能量流動(dòng)路徑較多，采用的保護(hù)策略也較多，交直流混合微網(wǎng)主要研究交流和直流網(wǎng)絡(luò)之間在各種故障情況下，能量的傳輸路徑。533交直流微網(wǎng)中的關(guān)鍵設(shè)備1）直流開關(guān)

直流母線由于沒有電流過零點(diǎn)，在發(fā)生斷路故障時(shí)，斷路故障電流是額定電流的幾倍或幾十倍；再則，當(dāng)大電網(wǎng)或微網(wǎng)內(nèi)故障時(shí)，需要根據(jù)故障保護(hù)及控制系統(tǒng)要求，迅速隔離故障，以確保微網(wǎng)系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性，因此需要研究帶通信功能的快速開斷的直流開關(guān)。2）電力電子變壓器

電力電子變壓器具有體積小、重量輕、空載損耗小、不需要絕緣油等優(yōu)點(diǎn)，不僅有變換電壓、傳遞能量的作用，而且兼具限制故障電流、無功功率補(bǔ)償、改善電能質(zhì)量以及能量雙向流動(dòng)的功能，因此可將電力電子變壓器作為微網(wǎng)系統(tǒng)與大電網(wǎng)接入設(shè)備，使微網(wǎng)與大電網(wǎng)的連接和控制更加容易，但是電力電子變壓器采用電力電子元器件較多，對需要其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，損耗、可靠性進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，并需研究其本體控制器及與主控制器的協(xié)調(diào)控制功能，以充分發(fā)揮電力電子變壓器在微網(wǎng)能量管理、無功補(bǔ)償、并網(wǎng)和離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的獨(dú)特優(yōu)勢。543交直流微網(wǎng)中的關(guān)鍵設(shè)備3）控制和保護(hù)裝置

交直流混合微網(wǎng)內(nèi)能量流動(dòng)路徑較單一交流或直流微網(wǎng)能量流動(dòng)路徑較多，采用微網(wǎng)中心控制器和本地控制器對系統(tǒng)進(jìn)行分布式和集中式相結(jié)合之間的自組織和自協(xié)調(diào)控制，使微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電、用電功率平衡，同時(shí)在故障時(shí)，對系統(tǒng)及單個(gè)分布式電源進(jìn)行保護(hù)。因此需要研究適合交直流混合微網(wǎng)用的控制保護(hù)設(shè)備：①中心控制器；②分布式能源、負(fù)荷等的本地控制器；③就地控制器的通信接口和接口標(biāo)準(zhǔn)，為了滿足微網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備即插即用，國內(nèi)專家已研究出一種分布式電源和微網(wǎng)互聯(lián)的通用接口單元；④微網(wǎng)就地和系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備。554交直流混合微網(wǎng)的設(shè)計(jì)實(shí)例567.3.3微網(wǎng)電能質(zhì)量控制

1.功率因數(shù)的定義及校正原理

所以功率因數(shù)可以定義為輸入電流失真系數(shù)γ與相移因數(shù)cosΦ的乘積?？梢姽β室驍?shù)PF由電流失真系數(shù)γ和基波電壓、基波電流相移因數(shù)cosΦ決定。cosΦ低，則表示用電設(shè)備的無功功率大，設(shè)備利用率低，導(dǎo)線、變壓器繞組損耗大。同時(shí)，γ值低，則表示輸入電流諧波分量大。

572.功率因數(shù)校正方法（1）附加無源濾波器

在整流器和濾波電容之間接入一個(gè)濾波電感LZ，增加輸入端交流電流的導(dǎo)電寬度，減緩電流沖擊，減小波形畸變，從而減小電流的諧波成分。還可在交流側(cè)并聯(lián)接入LC諧振濾波器，使交流端輸入電流中的諧波電流經(jīng)LC諧振濾波器形成回路而不進(jìn)入交流電源，如圖。582.功率因數(shù)校正方法（2）采用PWM高頻整流PWM控制技術(shù)首先是在直流斬波電路和逆變電路中發(fā)展起來的。目前SPWM控制技術(shù)已在交流調(diào)速用變頻器和不間斷電源中獲得廣泛應(yīng)用。把逆變電路中的SPWM控制技術(shù)用于整流電路，就形成了PWM整流電路。通過對PWM整流電路的適當(dāng)控制，可以使交流輸入端的輸入交流電流非常接近正弦波，且和輸入電壓同相位，功率因數(shù)近似為1。這種整流器稱為單位功率因數(shù)變流器或高功率因數(shù)整流器。這種整流電路的主要缺點(diǎn)是輸出直流電壓是升壓而不能降壓，輸出直流電壓可以從交流電源電壓峰值向高調(diào)節(jié)，如果向低調(diào)節(jié)就會(huì)使電路性能惡化，甚至不能工作。592.功率因數(shù)校正方法（3）附加有源功率因數(shù)校正器APFC

在二極管整流電路和負(fù)載之間接入一個(gè)DC-DC變換電路，采用電流和電壓反饋技術(shù)，輸入端交流電流跟蹤交流正弦波電壓，使交流輸入電流接近正弦波，并和交流輸入電壓同相，從而使輸入端總諧波畸變率THD<5%，功率因數(shù)可提高到接近1。有源校正電路工作于高頻開關(guān)狀態(tài)，體積小、重量輕，比無源校正電路效率高。。603.諧波治理與補(bǔ)償技術(shù)（1）

諧波的危害1）諧波電流流過線路阻抗，造成諧波壓降，使電網(wǎng)的電壓產(chǎn)生畸變；2）諧波電流會(huì)使線路和配電變壓器過熱，嚴(yán)重時(shí)損壞電器設(shè)備；3）諧波電流會(huì)引起電網(wǎng)LC諧振；4）高次諧波電流流過電網(wǎng)的高壓電容，使之過流、過熱，甚至發(fā)生爆炸；5）在三相四線制中，中性線流過三相高次諧波電流，使中性線過流；6）諧波電流使交流輸入端功率因數(shù)下降，結(jié)果是發(fā)電、配電及變電設(shè)備的功耗加大，效率降低。61（2）

諧波的治理技術(shù)

1）主動(dòng)諧波治理技術(shù)

①采用脈沖寬度調(diào)制PWM技術(shù)

PWM技術(shù)使得整流器產(chǎn)生的諧波大大降低，輸入波形接近正弦，PWM整流器具有降低整流負(fù)載注入電網(wǎng)諧波和提高網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。62（2）

諧波的治理技術(shù)

1）主動(dòng)諧波治理技術(shù)

②增加變流裝置的相數(shù)或脈沖數(shù)

改造變流裝置或利用相互間有一定移相角的換流變壓器，可有效減小諧波含量，其中包括多脈整流和準(zhǔn)多脈整流技術(shù)。63（2）

諧波的治理技術(shù)

1）主動(dòng)諧波治理技術(shù)

③高功率因數(shù)變流器

比如采用矩陣式變頻器、四象限變流器等，使變流器產(chǎn)生的諧波減少。64（2）

諧波的治理技術(shù)

2）被動(dòng)諧波治理技術(shù)

①無源電力濾波器（PassivePowerFilter，PPF）PPF可以吸收諧波電流，同時(shí)還可以進(jìn)行無功功率補(bǔ)償。PPF又稱LC濾波器，是傳統(tǒng)的諧波補(bǔ)償裝置，它是由諧波電容器和電抗器組合而成的濾波裝置，與諧波源并聯(lián)。通常在諧波源附近或公用電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)裝設(shè)單調(diào)諧及高通濾波器，這樣不僅可以吸收諧波電流，同時(shí)還可以進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，運(yùn)行維護(hù)也簡單，因而PPF得到廣泛的應(yīng)用。65（2）

諧波的治理技術(shù)

2）被動(dòng)諧波治理技術(shù)

②有源電力濾波器APF可以有效地起到補(bǔ)償或隔離諧波的作用，并聯(lián)型APF還可以進(jìn)行無功功率補(bǔ)償。并聯(lián)型APF結(jié)構(gòu)如圖所示。66（2）

諧波的治理技術(shù)

2）被動(dòng)諧波治理技術(shù)

③混合型有源電力濾波器HAPF兼具PPF成本低廉和APF性能優(yōu)越的優(yōu)點(diǎn)，很適合工程應(yīng)用。注入式HAPF由于注入支路的存在大大降低了有源部分的容量，使其能適用于高壓配電網(wǎng)，并能同時(shí)實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償和諧波治理。67（2）

諧波的治理技術(shù)

2）被動(dòng)諧波治理技術(shù)

④統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（UPQC由串聯(lián)型APF和并聯(lián)型APF組合而成，兩個(gè)APF共用直流側(cè)電容。687.4微網(wǎng)中的儲能系統(tǒng)控制技術(shù)7.4.1儲能PCS控制技術(shù)

孤島運(yùn)行與并網(wǎng)運(yùn)行是電池儲能應(yīng)用于電力系統(tǒng)的基本運(yùn)行模式，孤島運(yùn)行模式下儲能PCS的功能類似于組網(wǎng)主電源，同時(shí)其還實(shí)時(shí)檢測電網(wǎng)電壓的狀態(tài)，當(dāng)條件具備時(shí)隨時(shí)準(zhǔn)備切換到并網(wǎng)，運(yùn)行模式。在孤島運(yùn)行模式下，儲能PCS的控制目標(biāo)是輸出三相對稱的正弦波電壓，其研究重點(diǎn)是輸出的電壓波形控制，以及多單元的并聯(lián)控制技術(shù)。69PCS一般采用三相電壓源型變流器(VSC),VSC的數(shù)學(xué)模型是分析和設(shè)計(jì)儲能并網(wǎng)接入系統(tǒng)的基礎(chǔ)。三相VSC的一般數(shù)學(xué)模型可采用以下兩種形式：1)采用開關(guān)函數(shù)描述的一般數(shù)學(xué)模型。2)采用占空比描述的一般數(shù)學(xué)模型。采用開關(guān)函數(shù)描述的一般數(shù)學(xué)模型是對VSC開關(guān)過程的精確描述，較適用于VSC的波形仿真。該開關(guān)函數(shù)模型中包括了開關(guān)過程中的高頻分量，因而很難用于控制器的設(shè)計(jì)。采用占空比描述的VSC低頻數(shù)學(xué)模型非常適合于控制系統(tǒng)分析，并可直接用于控制器設(shè)計(jì)。該模型略去了開關(guān)過程中的高頻分量，因而不能進(jìn)行精確的動(dòng)態(tài)波形仿真。1.PCS數(shù)學(xué)模型70儲能PCS的恒壓恒頻V/f控制，其目的是提供穩(wěn)定的電壓和頻率支撐，可作為離網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)的平衡節(jié)點(diǎn)。通過設(shè)定電壓與顏率的參考值，實(shí)時(shí)檢測PCS輸出端口電壓與頻率作為反饋，在同步坐標(biāo)系dq0下通過PI調(diào)節(jié)器的作用實(shí)現(xiàn)無差跟蹤。控制器包括輸出電壓外環(huán)及濾波電感電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，如圖所示。2.V/f控制其中，電壓外環(huán)是為實(shí)現(xiàn)輸出電壓跟蹤給定值，電流內(nèi)環(huán)則是為提高控制系統(tǒng)帶寬及動(dòng)態(tài)特性。圖中，vdref、vqref為dq軸電壓給定值，vd、vq為dq軸輸出電壓實(shí)際值，ild、ilq為dq軸電感電流實(shí)際值。V/f控制下的PCS可視為理想電壓源與輸出阻抗串聯(lián)模型。71儲能PCS的恒功率PQ控制，其目的是提供給定的有功功率Pref和無功功率Qref,可作為系統(tǒng)中的PQ節(jié)點(diǎn)。其實(shí)現(xiàn)思路是將功率給定值Pref、Qref轉(zhuǎn)化為有功電流給定值與無功電流給定值idref、iqref，控制框圖如圖。3.PQ控制72PQ控制下PCS可等效為理想電流源與輸出并聯(lián)阻抗的形式，如圖=所示。圖中，G(s)為電流增益，Z0(s)為等效輸出阻抗，ine為電流給定值，u0

與i0分別為PCS的輸出端的電壓、電流實(shí)際值。3.PQ控制73下垂控制通過模擬傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)功頻特性，使PCS在外端口上具備類似同步發(fā)電機(jī)組的下垂特性。在這種控制下，PCS具備類似于常規(guī)同步發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻能力，既可單獨(dú)為系統(tǒng)提供電壓和頻率支撐，也可以通過多個(gè)單元并聯(lián)運(yùn)行共同提供電壓和頻率支撐。4.下垂控制傳統(tǒng)的下垂思路是假設(shè)連接線路呈感性，即X>>R,此時(shí)θ=90°，PCS的功率傳輸表達(dá)式為74下垂特性如圖所示，其關(guān)系式為4.下垂控制式中，ω*和E*為PCS空載輸出電壓的角頻率與幅值，m和n為相應(yīng)的下垂系數(shù)。在X>>R的情況下，應(yīng)用P-ω/Q-v下垂法能夠較好地實(shí)現(xiàn)負(fù)荷電流在并聯(lián)單元間的平均分配。75在R>>

X的情況下，PCS輸出的功率為：4.下垂控制可以看出，有功功率P主要取決于電壓幅值E，而無功功率Q主要取決于電壓幅值φ。因此適合的下垂特性如圖所示，其關(guān)系式應(yīng)為：764.下垂控制從理論上講，上述P-v/Q-ω下垂能較合理地實(shí)現(xiàn)低壓電網(wǎng)中并聯(lián)PCS間的均衡，但在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在許多問題。首先，低壓線路中，雖然阻抗往往大于感抗，但一般難以達(dá)到R>>X狀態(tài)，使得采用P-v/Q-ω下垂的均流效果交差；其次，電網(wǎng)中的有功載荷往往遠(yuǎn)高于無功載荷，因此更希望通過全局量ω來精確分配電源間有功出力P。而E作為局部量，受線路差異影響較大，難以用來精確調(diào)節(jié)P，會(huì)造成有功環(huán)流，這要遠(yuǎn)比無功環(huán)流更嚴(yán)重；再者，由于P-v/Q-ω下重與同步發(fā)電機(jī)組的特性相反，使得PCS與同步發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行存在控制上的困難。777.4.2基于儲能的微電網(wǎng)并/離網(wǎng)控制

一般地，微電網(wǎng)需要具有離網(wǎng)運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行兩種模式，為了保證微電網(wǎng)內(nèi)重要負(fù)荷的供電可靠性，微電網(wǎng)還應(yīng)具備并網(wǎng)/離網(wǎng)模式間的平滑切換能力。對于以儲能作為組網(wǎng)電源的微電網(wǎng)，儲能系統(tǒng)需要根據(jù)實(shí)際情況在離網(wǎng)運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行兩種模式之間切換，在控制方式上主要體現(xiàn)為PCS從并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的PQ控制方式轉(zhuǎn)至離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的V/f控制方式，以及從離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的V/f控制方式轉(zhuǎn)至并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的PQ控制方式，使微電網(wǎng)內(nèi)其他分布式電源和負(fù)荷持續(xù)運(yùn)行，如圖所示。781.并網(wǎng)運(yùn)行控制當(dāng)儲能作為微電網(wǎng)組網(wǎng)電源時(shí)，儲能PCS的控制非常關(guān)鍵，是微電網(wǎng)并網(wǎng)/離網(wǎng)運(yùn)行模式切換的控制主體。PCS一般采用電壓源型變流器(VSC)，以及LCL濾波電路，因而可以采用3個(gè)控制環(huán)進(jìn)行控制，包括并網(wǎng)電感電流環(huán)、濾波電容電壓環(huán)、濾波電感電流環(huán)。并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，控制器邏輯開關(guān)置位于“并網(wǎng)運(yùn)行”模式。791.并網(wǎng)運(yùn)行控制當(dāng)微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，儲能PCS般運(yùn)行于PQ模式時(shí)，

接受微電網(wǎng)EMS發(fā)出的功率Pc、Qc調(diào)度指令，下式可求解idref、iqref，進(jìn)一步得到濾波電容電壓參考值vdref和vqref，以及濾波電感電流參考值，產(chǎn)生控制PCS的PWM信號。此外，為了提高PCS控制器對電網(wǎng)電壓變化的抗擾動(dòng)能力，可以引人電網(wǎng)電壓前饋環(huán)節(jié)。式中，ed、eq分別為電網(wǎng)電壓eabc的dq軸分量，idref、iqref分別為iabc參考值的dq軸分量。801.并網(wǎng)運(yùn)行控制

811.并網(wǎng)運(yùn)行控制通過調(diào)節(jié)濾波電容電壓V的幅值和超前于電網(wǎng)電壓E的相角θ，即可改變并網(wǎng)電感兩端的電壓VL，根據(jù)基爾霍夫定律，得到式中，ω為電網(wǎng)角頻率，并網(wǎng)電流為假定電網(wǎng)電壓的相位為0，幅值為E，上式可改寫為821.并網(wǎng)運(yùn)行控制可以看出，通過調(diào)節(jié)濾波電容的電壓幅值和相角，就可以調(diào)節(jié)并網(wǎng)電流的大小和相角，進(jìn)而調(diào)節(jié)注入電網(wǎng)的有功功率和無功功率。此調(diào)節(jié)控制過程簡單，儲能PCS按照特定的規(guī)則，如微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、負(fù)荷峰谷調(diào)節(jié)、參與電網(wǎng)需求響應(yīng)、平滑可再生能源波動(dòng)、負(fù)荷跟蹤等需求，通過調(diào)節(jié)有功和無功功率輸出，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的特定功能。832.離網(wǎng)運(yùn)行控制當(dāng)微電網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，作為組網(wǎng)電源的儲能PCS一般采用V/f控制方式，建立并維持微電網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行的電壓與頻率。vdref和vqref取自系統(tǒng)預(yù)設(shè)值，經(jīng)濾波電容電壓環(huán)、濾波電感電流環(huán)后產(chǎn)生控制PCS的PWM驅(qū)動(dòng)信號，如圖所示。842.離網(wǎng)運(yùn)行控制（1）不平衡非線性控制策略采用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的負(fù)序補(bǔ)償控制策略，控制結(jié)構(gòu)如圖所示。將采樣的三相電壓值分別通過正序和負(fù)序Park變換，得到的負(fù)序分量與標(biāo)準(zhǔn)正弦波在負(fù)序下的分量進(jìn)行比較，以消除負(fù)序影響；將得到的正序電壓dq分量與標(biāo)準(zhǔn)正弦波在正序下的給定值進(jìn)行比較，產(chǎn)生的偏差量通過PI調(diào)節(jié)器后作為電感電流內(nèi)環(huán)控制量。85（1）不平衡非線性控制策略電感電流控制環(huán)可以提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，并便于對PCS進(jìn)行過電流保護(hù)。一般地，PCS需要同時(shí)處理不平衡和非線性負(fù)載下的電壓控制問題，可以在正序控制的基礎(chǔ)上，增加5、7次等主要諧波補(bǔ)償控制環(huán)，以及不平衡負(fù)載的負(fù)序控制環(huán)，控制原理如圖所示。86（2）非線性負(fù)載控制策略對于大部分整流型供電設(shè)備，其諧波含量以5、7次為主?？梢詫?、7次諧波經(jīng)過相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換為dq分量，5次諧波經(jīng)過-5ωt的負(fù)序變換后為直流量，經(jīng)過低通濾波后，通過PI控制使其趨于0，達(dá)到抑制5次諧波的目的。同樣，7次諧波或其他次諧波較為突出的非線性負(fù)載，其控制原理類同。五次諧波電壓為：87（3）不平衡負(fù)載控制策略當(dāng)帶不平衡負(fù)載時(shí)，在正序dq坐標(biāo)系下，負(fù)載電壓中的基波正序分量為直流量，負(fù)序分量為2ω的交流量。負(fù)序分量是產(chǎn)生不對稱輸出電壓的主要原因，因此，只要將負(fù)序分量控制為零，就可輸出三相對稱的負(fù)載電壓。為了與諧波控制方法統(tǒng)一，不平衡負(fù)載采用負(fù)序補(bǔ)償控制。88（3）不平衡負(fù)載控制策略

負(fù)序補(bǔ)償量的給定值為由上式看出，只要考慮給定幅值和頻率，就能對系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償控制。增加負(fù)序補(bǔ)償控制環(huán)后，系統(tǒng)控制電流指令為式中，uxerr、uyerr為靜止坐標(biāo)系下的電壓誤差分量；Kp為電壓誤差比例系數(shù)；TP1為正序Park變換旋轉(zhuǎn)矩陣；TN1為負(fù)序Park變換旋轉(zhuǎn)矩陣；udi、uqi為dq軸的正序誤差積分項(xiàng)；uri、uqi為dq軸的負(fù)序誤差積分項(xiàng)。89（3）不平衡負(fù)載控制策略uxerr、uyerr

經(jīng)過負(fù)序Park變換，可得uxerr、uyerr用2個(gè)任意幅值(Uxerr，Uyerr)和相位(θx，θy)的正弦函數(shù)表示。在平衡負(fù)載時(shí)，Uxerr=Uyerr、θx=θy，上式結(jié)果為零。因此可以得到，在平衡負(fù)載時(shí)，電壓誤差負(fù)序分量的積分項(xiàng)對指令電流沒有影響，即采用此算法也可以進(jìn)行平衡負(fù)載的控制。同理可以推導(dǎo)出在平衡負(fù)載時(shí)，電壓誤差正序分量的積分項(xiàng)和常規(guī)控制時(shí)相同。urerr

、userr為電壓誤差負(fù)序分量。經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器，對其積分運(yùn)算：90（3）不平衡負(fù)載控制策略由于引起微電網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)電壓波形畸變的擾動(dòng)，具有周期重復(fù)的特點(diǎn)，因此可以引入重復(fù)控制算法對這些擾動(dòng)進(jìn)行抑制。同時(shí)，負(fù)序基波對應(yīng)的2ω次諧波雖然是交變的，但它們在每一個(gè)基波周期內(nèi)都以完全相同的波形重復(fù)出現(xiàn)。重復(fù)控制可以彌補(bǔ)PI控制無法消除交變動(dòng)態(tài)誤差的問題，實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。對三相不平衡負(fù)載等引起的PCS輸出電壓不對稱也具有良好的抑制能力。雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)中電流環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器，電壓環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器與重復(fù)控制器并聯(lián)的方式，兼顧系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，如圖。913.并/離網(wǎng)切換控制微電網(wǎng)并網(wǎng)/離網(wǎng)運(yùn)行的平滑切換，是保證重要負(fù)載供電可靠性的關(guān)鍵，包括微電網(wǎng)從并網(wǎng)運(yùn)行模式向離網(wǎng)運(yùn)行模式的切換，以及從離網(wǎng)運(yùn)行模式向并網(wǎng)運(yùn)行模式的切換。微電網(wǎng)從并網(wǎng)狀態(tài)切換至離網(wǎng)狀態(tài)，存在計(jì)劃性和非計(jì)劃性兩種場景，尤其是在非計(jì)劃性場景下，儲能等組網(wǎng)電源的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)往往很大，控制模式切換要求快，因而在控制上難度較大，甚至存在切換失敗的風(fēng)險(xiǎn)。儲能PCS控制結(jié)構(gòu)如圖所示。92（1）并網(wǎng)至離網(wǎng)運(yùn)行模式切換當(dāng)公共電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，微電網(wǎng)需要快速識別并迅速切換到離網(wǎng)運(yùn)行模式，此為非計(jì)劃性離網(wǎng)。在此過程中，作為組網(wǎng)電源的儲能PCS切換過程需要足夠快，以最大程度地減小電網(wǎng)故障對微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷和分布式電源的影響。當(dāng)外部電網(wǎng)進(jìn)行計(jì)劃檢修而需要停電時(shí)，微電網(wǎng)EMS接收到停電通知后，能夠主動(dòng)地轉(zhuǎn)至離網(wǎng)運(yùn)行模式，以確保微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷的供電連續(xù)性，并維持分布式電源的正常運(yùn)行。當(dāng)儲能作為微電網(wǎng)的組網(wǎng)電源時(shí)，儲能PCS在微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)往往采用三環(huán)控制的間接電流控制方式，在離網(wǎng)瞬間，當(dāng)確認(rèn)并網(wǎng)點(diǎn)開關(guān)已經(jīng)斷開時(shí)，PCS切換至雙環(huán)工作方式。保持濾波電容電壓環(huán)和濾波電感電流環(huán)在離網(wǎng)瞬間兩種運(yùn)行模式下基本不變，因而能夠確保儲能系統(tǒng)在模式轉(zhuǎn)換過程中的平滑和快速。93（2）離網(wǎng)至并網(wǎng)運(yùn)行模式切換微電網(wǎng)處于離網(wǎng)運(yùn)行模式時(shí)，實(shí)時(shí)檢測公共電網(wǎng)的狀態(tài)，當(dāng)判斷出公共電網(wǎng)恢復(fù)供電且微電網(wǎng)得到并網(wǎng)許可時(shí)，微電網(wǎng)能夠逐漸調(diào)整PCC處的電壓狀態(tài)(頻率、幅值和相位)，在達(dá)到與公共電網(wǎng)同期狀態(tài)瞬間，閉合并網(wǎng)點(diǎn)開關(guān)，微電網(wǎng)并入公共電網(wǎng)。作為組網(wǎng)電源的儲能PCS，將實(shí)時(shí)檢測的公共電網(wǎng)的電壓幅值與相位信息作為參考控制量，以此調(diào)整微電網(wǎng)PCC處的電壓幅值和相位，當(dāng)符合同期并網(wǎng)條件且確認(rèn)并網(wǎng)點(diǎn)開關(guān)閉合后，儲能PCS從濾波電容電壓環(huán)和濾波電感電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)工作基礎(chǔ)上增加并網(wǎng)電感電流外環(huán)，切換為間接電流控制模式?？焖倬_的電網(wǎng)狀態(tài)檢測與鎖相控制可以減少并網(wǎng)沖擊，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的模式切換。947.4.3基于儲能的微電網(wǎng)對等控制各類電池儲能系統(tǒng)具備作為微電網(wǎng)組網(wǎng)電源的良好特性，然而，由于微電網(wǎng)規(guī)模和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性與不確定性，往往需要多個(gè)儲能單元并聯(lián)運(yùn)行，同時(shí)承擔(dān)著組網(wǎng)電源的任務(wù)。多儲能單元的并聯(lián)協(xié)調(diào)運(yùn)行，是要實(shí)現(xiàn)載荷在各并聯(lián)單元間均分，以分擔(dān)負(fù)荷應(yīng)力；二是保證微電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓與頻率維持在規(guī)定范圍內(nèi)。按照并聯(lián)單元間是否有通信線互聯(lián)，并聯(lián)方案可分為有互聯(lián)線方案與無互聯(lián)線方案兩種。有互聯(lián)線方案中，PCS與上位機(jī)或者其他單元通信，獲取電流、電壓、頻率等信息或上位機(jī)的調(diào)度指令。無互聯(lián)線方案則以下垂控制為代表，其思想來源于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中同步發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)功頻特性。951.對等控制對等控制的優(yōu)點(diǎn)在于不依賴通信線，每臺儲能PCS都作為一個(gè)獨(dú)立單元，易于擴(kuò)容，各單元可以靈活分布于微網(wǎng)的不同節(jié)點(diǎn)，為局部電壓控制帶來便利。在控制上將儲能PCS控制為等效電壓源，并具備類似同步發(fā)電機(jī)組的下垂特性實(shí)現(xiàn)各單元的協(xié)調(diào)。U1∠φ1、U2∠φ2為各儲能單元的等效輸出電壓，R1、R2為各儲能單元輸出阻抗與線路阻抗之和，X1、X2為各儲能單元輸出感抗與線路感抗之和，Z0為負(fù)荷阻抗。961.對等控制由圖可得式中，Z1=R1+jX1，Z2=R2+jX2，故兩支路電流為兩個(gè)儲能單元的視在功率分別為971.對等控制可以看出，兩個(gè)儲能單元的電流I1、I2以及視在功率S1、S2都同時(shí)收到U1、U2以及線路參數(shù)Z0、Z1、Z2的影響。在線路參數(shù)一定時(shí)，要實(shí)現(xiàn)均流控制，令I(lǐng)1=I2，則：左右兩邊同時(shí)乘以U2并整理，得到：式中，φ1、φ2分別為U1、U2的相角，U1、U2分別為U1、U2的幅值。981.對等控制可將式中復(fù)數(shù)分量展開，使對應(yīng)左右兩邊實(shí)、虛部分別相等，可得這說明，必須通過調(diào)節(jié)U1、U2、φ1、φ2四個(gè)量使上式兩式成立，才能使I1=I2，任何一個(gè)量存在偏差都會(huì)導(dǎo)致環(huán)流出現(xiàn)?？梢?，在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的微電網(wǎng)申，尤其當(dāng)各儲能PCS間輸出阻抗及線路參數(shù)存在差異時(shí)，很難準(zhǔn)確地控制出力分配，易出現(xiàn)環(huán)流現(xiàn)象，導(dǎo)致個(gè)別PCS單元的電、熱應(yīng)力增大。992.下垂控制環(huán)流分析下垂控制的前提是PCS與接入點(diǎn)間的線路呈感性，即感抗遠(yuǎn)大于阻抗，X>>R,此時(shí)PCS的功率傳輸表達(dá)式為:可知，有功/無功可以通過頻率/電壓解耦控制，從而確定下垂關(guān)系為:下垂控制下的PCS具備了“自同步”能力，即使各PCS初始幅值、相位并不相同，通過動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)也能夠達(dá)到一致，有效抑制并聯(lián)環(huán)流。1002.下垂控制環(huán)流分析然而，在低壓微電網(wǎng)中，線路的阻性明顯增強(qiáng)，往往R與X都不能忽略，此時(shí)傳輸?shù)墓β时磉_(dá)式變?yōu)椋河捎谟泄?無功控制無法解耦，如果仍采用P-f/Q-V下垂，則會(huì)導(dǎo)致無功環(huán)流出現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致PCS運(yùn)行狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。當(dāng)X>>R時(shí)，i1與i2基本重合，環(huán)流ih很小，系統(tǒng)工作在合理范圍內(nèi)。隨著線路中電阻R的增大，i1與i2的差異逐漸增大。當(dāng)X<<R時(shí)，環(huán)流非常嚴(yán)重，增大了PCS的電應(yīng)力和熱應(yīng)力，影響其使用壽命及安全性。1013.虛擬電感原理及環(huán)流抑制通過調(diào)整控制策略，對低壓線路的阻抗特性進(jìn)行校正，使其重新呈感性，從而抑制并聯(lián)環(huán)流。下圖所示為單相PCS主電路，其中L與rL分別為濾波電感與寄生電阻，C為濾波電容,

u0與i0分別為輸出電壓與電流，Udc為直流母線電壓。1023.虛擬電感原理及環(huán)流抑制在左圖所示的電壓電流雙閉環(huán)控制下，PCS可等效為右圖所示的電壓源串聯(lián)輸出阻抗的形式，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為1033.虛擬電感原理及環(huán)流抑制左圖所示為虛擬電感的引入方式，引人虛擬電感后，PCS與母線之間的阻抗由三部分組成：PCS

輸出阻抗Z0(s)、虛擬感抗ZD(s)和實(shí)際線路阻抗ZL(s)。其總等效阻抗Z(s)表現(xiàn)為三者串聯(lián)相加的形式，如右圖所示。1044.主從下垂控制基于電壓源/電流源的主從下垂控制模式，通過電壓/頻率下垂控制(

Voltage

and

Frequency

Droop

Control，VFDC)將部分儲能單元控制為電壓型電源，作為主組網(wǎng)電源；通過有功/無功下垂控制(

PQ

Droop

Control，PQDC)將另一部分儲能單元控制為電流型電源，作為輔助組網(wǎng)電源。如圖為一個(gè)電壓源和一個(gè)電流源組成的主從并聯(lián)系統(tǒng)等效圖。1054.主從下垂控制根據(jù)電路理論，得到故電壓源輸出視在功率為可見，S1與Z2無關(guān)，假設(shè)U1與線路參數(shù)給定，則S1僅由I2決定，故調(diào)節(jié)I2可以有效地控制S1。這也屏蔽了電壓源并聯(lián)系統(tǒng)中由于Z1≠Z2而給潮流控制帶來的困難。1064.主從下垂控制負(fù)荷端電壓U0：該式表明，系統(tǒng)網(wǎng)損同樣受控。上述分析說明，主從下垂控制系統(tǒng)中，由于電流源對功率的控制能力強(qiáng)，使得系統(tǒng)潮流易于控制，并可以間接地影響電壓源出力，由于屏蔽了電流源支路阻抗對控制的影響，給控制帶來了便利。該式表明，負(fù)荷端電壓U0也與Z2無關(guān)，可以通過調(diào)節(jié)I2來控制U0。從線路損耗上來說，1075.VFDCVFDC是種含下垂特性的電壓型控制方案，根據(jù)檢測的PCS端口輸出的有功/無功功率，通過電壓/電流雙閉環(huán)控制PCS輸出，作為組網(wǎng)電源建立微電網(wǎng)的頻率與電壓。VFDC控制策略圖如下1085.VFDC由下式計(jì)算出頻率參考值fref與電壓參考值Uref。式中，km為P-f下垂系數(shù)，kn為Q-V下垂系數(shù)，P0、Q0、f0、U0分別為設(shè)定的有功、無功、頻率、電壓基點(diǎn)。根據(jù)微電網(wǎng)容量與頻率、電壓偏差要求，合理設(shè)定下垂系數(shù)與基點(diǎn)，可以將微電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的頻率與電壓偏差控制在合理范圍之內(nèi)。1097.5分布式能源及儲能技術(shù)的綜合利用7.5.1分布式能源的綜合利用分布式能源目前已經(jīng)覆蓋了光伏、天然氣、風(fēng)能、生物質(zhì)能等多種能源形式。2021年起我國支持分布式能源發(fā)展的政策正在不斷增加，根據(jù)《2021年能源工作指導(dǎo)意見》，2021年我國風(fēng)電、光伏發(fā)電量占全社會(huì)用電量的比重達(dá)到11%左右。分布式綜合能源服務(wù)是一種為滿足終端客戶多元化能源生產(chǎn)與消費(fèi)的服務(wù)方式。綜合能源系統(tǒng)利用先進(jìn)的物理信息技術(shù)和創(chuàng)新管理模式，整合區(qū)域內(nèi)天然氣、電能、熱能等多種能源，實(shí)現(xiàn)多種能源子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)規(guī)劃和互補(bǔ)互濟(jì)。在滿足系統(tǒng)內(nèi)多元化用能需求的同時(shí)，要有效地提升能源利用效率。1107.5.2儲能技術(shù)的綜合利用未來以新能源為主題的分布式能源并網(wǎng)容量增加，電力系統(tǒng)將由原來的需求側(cè)單側(cè)隨機(jī)性波動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展為“需求側(cè)-電源側(cè)”雙側(cè)隨機(jī)性波動(dòng)系統(tǒng)。隨著電力系統(tǒng)中能量單元種類增加，多種能源之間的強(qiáng)相關(guān)和緊密耦合關(guān)系將更突出，多能系統(tǒng)的靈活性和可靠性亟待提升。應(yīng)用儲能技術(shù)，可打破原有電力系統(tǒng)發(fā)輸變配用必須實(shí)時(shí)平衡的瓶頸。儲能技術(shù)是多能融合、跨能源網(wǎng)絡(luò)協(xié)同優(yōu)化的重要媒介，可實(shí)現(xiàn)電能向多種能源的轉(zhuǎn)化。同時(shí)其作為能源轉(zhuǎn)化、存儲的關(guān)鍵連接點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)與其他能源系統(tǒng)的連接，是多網(wǎng)融合的紐帶，將在能源互聯(lián)網(wǎng)各環(huán)節(jié)發(fā)揮重要作用，具有廣闊的發(fā)展前景。1117.5.3分布式能源的應(yīng)用評價(jià)

分布式能源尤其是分布式發(fā)電對電力系統(tǒng)和電力用戶來說是多用途的，可以作為備用發(fā)電容量、調(diào)峰容量，也可承擔(dān)系統(tǒng)的基本負(fù)荷，還可實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)同時(shí)為用戶提供電能和熱能。對于電力系統(tǒng)的運(yùn)行，分布式發(fā)電還可起到電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)、電壓穩(wěn)定、系統(tǒng)穩(wěn)定、電氣設(shè)備的熱起動(dòng)和旋轉(zhuǎn)動(dòng)能儲備等作用。

(1)分布式能源的經(jīng)濟(jì)技術(shù)與可行性分析112分布式能源實(shí)用化發(fā)電技術(shù)技術(shù)參數(shù)內(nèi)燃機(jī)發(fā)電微型渦輪發(fā)電光伏陣列發(fā)電燃料電池發(fā)電功率調(diào)度能力有有無有容量50kW~5MW25kW~25MW1kW~1MW200kW~2MW效率(%)3529~426~1940~57安裝費(fèi)用/(￥/kW)1200~20502700~60003960021000~30000運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用/(￥/kW·h)0.080.03-0.0380.006-0.0240.012NOx/(kg/kJ)天然氣0.30.1－0.003~0.02油3.70.17－－技術(shù)狀態(tài)商業(yè)化大容量商業(yè)化商業(yè)化商業(yè)化113不同發(fā)電技術(shù)的空氣污染排放具體數(shù)據(jù)采用的技術(shù)

污染物NOx/(g/kW·h)CO2/(g/kW·h)CO/(g/kW·h)SO2/(g/kW·h)常規(guī)發(fā)電煤

0.1~255.90.07~2.55天然氣

0.005~131.70.3殘余燃料油

0.05~146.8分布式能源發(fā)電微型渦輪發(fā)電機(jī)

0.41190.110.0006內(nèi)燃發(fā)電機(jī)(汽油)3.11190.790.0015內(nèi)燃發(fā)電機(jī)(柴油)2.81501.50.3氫燃料電池

0.0030.0204114

從中國利用天然氣的現(xiàn)實(shí)情況出發(fā)，創(chuàng)造一條高效利用天然氣的獨(dú)特道路是——不建過渡性的大型燃?xì)怆姀S，走直接置換小煤熱電，小油電，燃煤鍋爐、燃煤窯爐和民用燃?xì)獾牡缆?。微型燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)電系統(tǒng)