微型电网技术.doc

浅谈微型电网技术摘要: 布式发电因其投资省、发电方式灵活、与环境兼容等特点，给现代电力系统运行与控制带来巨大的变化。但分布式发电也同时面对着许多技术和非技术的障碍以及质疑,微型电网为解决分布式发电并网带来的技术挑战提供了新思路。文章介绍了微型电网的概念,诠释了微型电网的本质及特点, 阐述了国内外研究现状,以及我国面对的技术与非技术的挑战,并针对我国国情及电力发展形势,提出一些建议.关键字:微型电网; 分布式发电;研究现状0引言近年来技术进步带来的经济发展使得对电力的需求越来越大，在对电网的依赖程度越来越大的同时，大规模停电及大型自然灾害给各国带来的严重损失，使人们开始寻求如何利用分布式发电减小损失，以及对提高供电安全方面的作用。分布式发电技术以其独有的安全性、经济性和可靠性引起人们越来越多的关注。欧盟、美国、日本等发达经济体在进行能源结构调整过程中已经把分布式发电技术放在了相当重要的位置上。但分布式发电也同时面对着许多技术和非技术的障碍以及质疑，其中如何清除分布式能源和可再生能源大规模并网的障碍，充分发挥分布式发电优势和潜能成为各国学者关注和研究的重点。在负荷中心建立微型电网模式的新型终端电网，将就地电源和负荷结合起来进行协调控制，是近年来关于分布式发电并网的一种新思路. 微型电网技术就是以可再生能源发电装置为主要供电电源的能源利用的技术,它能够独立组网,自治运行，所有负荷可以由就地分布式电源分担,形成一个公用电网与微网联合运行的电力系统。与大型电网单独供电的方式相比，微网与电网联合运行可以缓解电网峰荷时期的供电压力，充分利用电网中各种发电设备的容量，提供多种辅助服务；同时也可延缓建设集中输配电系统，提高联合系统的供电可靠性及运行经济性。开展微网技术的研究有利于推动新能源和可再生能源的开发与利用，对电力工业本身的发展也具有重要的现实意义。本文重点阐述微型电网的本质及特点,在此基础上分析国内外微型电网的研究现状,并对我国微型电网发展存在的挑战提出一些看法。1微型电网的本质及特点1.1概念的产生分布式发电(distributed generation，dg)及其应用是本世纪最受重视的高科技领域之一，是电力系统一个新的发展方向2，然而处于电力系统管理边缘的大量分布式电源并网有可能造成电力系统不可控制、不安全和不稳定。分布式发电并网最大的一个问题就是电能质量问题，会造成配电网电压控制困难，引起电压闪变，导致继电保护误动作，同时也会产生短路电流。此外，分布式发电还会使配电网效益下降。微型电网是为整合分布式发电的优势，削弱分布式发电对电网的冲击和负面影响，而提出的一种新的分布式能源组织方式和结构，由美国首先发明的一个名称。国际上对微型电网的定义不尽相同，但各种方案均认为：微型电网应该是由各种微能源(风力、太阳能、柴油发电机组、燃料电池、微型燃气轮机、微水电等)、储能装置(蓄电池、超级电容器、飞轮等)、负荷以及控制保护系统组成的集合；具有并网运行和独立运行能力，能够实现即插即用和无缝切换；根据实际情况，系统容量一般为数千瓦至数兆瓦；通常接在低压或中压配电网中。1.2与分布式发电的区别从能源利用形式来看，微网与分布式发电的基础是相同的，两者均以新能源或可再生能源为主进行发电，且电源均为分布式电源(dg)。两者的本质区别在于组成及运行方式的不同，由此造成功率平衡控制、电能质量、并网、保护等一系列问题的差别。微网带有固定区域的负荷，通常只含有容量较小的微型分布式电源，既能与配电网并联运行，也可独立运行，同时依靠自身调节能力维持微网稳定运行并保证较高的供电质量。微网作为完整的电力系统，在功率平衡控制、系统运行优化、故障检测与保护、电能质量等方面都必须依靠自身的控制及管理功能实现。换言之，微网与配电网并联运行等价于互联电力系统间的并联运行；而分布式发电系统与配电网并联运行等价于分布式电源嵌入在配电网中。1.3运行方式 微网的运行方式十分灵活，无论是与公用电网联合运行还是独立运行都能突显其优势。例如，建设在高密度负荷区(商业区、经济技术开发区、学校、社区等)的微网，在峰荷时期与配电网并联运行，利用微网电源和配电网同时为微网负荷供电，既可缓解配电网的供电压力，也可降低微网购电成本：当微网内部发生故障时可及时与电网断开，不危害电网的安全；当电网发生故障时，微网可脱离电网独立为区域内负荷供电，并为电网恢复提供后备电源：此外，根据电网电价、微电源发电成本、微网负荷结构和需求量等编制运行计划可降低微网总体运行成本，这对联合电力系统的经济运行也是十分有利的。2国外研究现状在微型电网研究和开发领域，欧洲、美国、日本等发达国家和地区目前已经完成微型电网的基础理论研究，解决了微型电网运行、保护和经济性分析的基本理论问题，已经进入了实证系统的研究阶段。欧盟第五框架计划(19982002)资助了微型电网的开拓性研究，研究成果包括13：完成了分布式能源建模和稳态、动态分析软件；形成了微型电网独立和并网运行原则、控制算法、本地黑启动策略；完成了微型电网接地和保护方案以及多种功能的实验室规模微型电网。随后，在欧盟第六框架计划(20022006)的资助下，对微型电网的研究发展到多个微型电网并列运行，目标是实现多个微型电网在电力市场环境下的技术和商业接入。2003年北美大停电事故后，美国certs联合高校，研究所等多家机构开展了微型电网技术的研究，先后进行了理论和仿真研究，开发了发布式能源负荷应用模型（der-cam）进行微型电网的设计和运行分析，此后在naval base ventura county军港进行了实证系统的开发和研究。美国能源部将微型电网视为未来电力系统的三大基础技术之一，并列入美国“grid 2030电力下一个百年的国家展望”计划中18。该计划于2003 年7 月提出，是美国电力改革的纲领性文件，主要对美国未来电力系统进行展望，并确定各项研究开发工作的阶段性目标。微型电网将是美国未来配电网的重要组成部分。日本是世界上微型电网示范工程的领先者，其新能源产业技术综合开发机构(nedo)在2003年启动了含可再生能源的地区配电网项目，并建立了3个微型电网示范工程。其中位于青森县八户市的示范工程全部采用可再生能源(风能、太阳能和生物质能)供给电能和热能。2005年，东京大学、东京理科大学与日本清水建设株式会社合作，在清水建设株式会社技术研究所建造了以10 kw光伏电池、27 kw微型燃气轮机、22 kw汽轮机和20 kw铅酸蓄电池储能系统构成的微网试验系统我国对微型电网的研究尚处于起步阶段，在国家科技部“863计划先进能源技术领域2007年度专题课题”中已经包括了微型电网技术。目前中国科学院电工研究所、清华大学、天津大学6-8等单位相继开始了对微型电网的研究。但与欧洲、美国及日本等由研究机构、制造厂商和电力公司组成的庞大研究团队相比，我国在研究力量和取得成果上仍存在较大差距。3国内微型电网研究3.1现状我国对微型电网的研究尚处于起步阶段，在国家科技部“863计划先进能源技术领域2007年度专题课题”中已经包括了微型电网技术。目前中国科学院电工研究所、清华大学、天津大学6-8等单位相继开始了对微型电网的研究。但与欧洲、美国及日本等由研究机构、制造厂商和电力公司组成的庞大研究团队相比，我国在研究力量和取得成果上仍存在较大差距。3.2存在的挑战及建议首先也是最重要的是，克服传统电力系统固有的观念和方法造成的惯性。需要尽可能地利用现有设施，包括使用寿命长的设备、系统规划与运行人员在大系统方面的成熟经验，同时将新的思想和理念逐渐注入，并形成新的运行方式。其次，许多关键的微型电网先进设备并没有达到实用化标准或是作好市场化准备，包括用于分布式电源的联网设备、分散的智能控制系统、储能系统、适于双向潮流的保护设备、故障辨识与定位技术等。这些装置技术难度和价格过高，大部分仍处于实验阶段，且没有形成统一的技术标准，在性能、可靠性、耐用性等方面尚未得到验证。此外，人力方面也存在限制，微型电网需要更多的工具和人员来安装与维护其智能系统，现有的技术和设备不足以提供微型电网功能需要的信息，并使其参与进入输电与发电市场决策。这需要进一步的工作来开发更加灵活的控制系统，需要通信规约和标准，以便建立微型电网运行的体系结构，使之能够涵括用户行为和输电发电市场。同时需要加快培训下一代配网工程师和技术员。4结论 微型电网技术在电力技术