分布式发电及微电网技术11.26

1、 - 1 - 主要内容主要内容 - 2 - 1.1.最大可能地接纳分布式电源（最大可能地接纳分布式电源（DGDG）的接入）的接入 2.2.智能电网的有机组成部分智能电网的有机组成部分 3.3.农村电气化农村电气化 4.4.提高供电可靠性：对电能质量有特殊要求提高供电可靠性：对电能质量有特殊要求 的场合（个性化供电）的场合（个性化供电） 5.5.提高电网整体抗灾能力和灾后应急供电能力提高电网整体抗灾能力和灾后应急供电能力 6.6.提高能效提高能效 - 3 - 目的和意义目的和意义 应应 用用 前前 景景 1.1.各级电网：包括国家电网、区域电网、省网各级电网：包括国家电网、区域电网、省网 以及地

2、方电网等，提供多级应对自然灾害的以及地方电网等，提供多级应对自然灾害的 应急机制和实现农村电气化的平台。应急机制和实现农村电气化的平台。 2.2.不同类别的工作部门：包括电力规划、电力不同类别的工作部门：包括电力规划、电力 调度、市场交易等，为各部门提供新的工作调度、市场交易等，为各部门提供新的工作 机制和平台。机制和平台。 3.3.不同类别的行业部门：包括政府机关、消防、不同类别的行业部门：包括政府机关、消防、 医院及军事等，为各重要负荷提供不间断供医院及军事等，为各重要负荷提供不间断供 电，保证供电可靠性。电，保证供电可靠性。 4.4.研究单位：作为微电网技术体系理论及应用研究单位：作为微

3、电网技术体系理论及应用 的一个新的研究分支。的一个新的研究分支。 - 5 - 微网是以分布式发电技术为基础，以靠近分散微网是以分布式发电技术为基础，以靠近分散 型资源或用户的小型电站为主，结合终端用户电能型资源或用户的小型电站为主，结合终端用户电能 质量管理和能源梯级利用技术形成的小型模块化、质量管理和能源梯级利用技术形成的小型模块化、 分散式的供能网络。微网是智能电网的重要组成部分散式的供能网络。微网是智能电网的重要组成部 分，能实现内部电源和负荷的一体化运行，并通过分，能实现内部电源和负荷的一体化运行，并通过 和主电网的协调控制，可平滑接入主网或独立自治和主电网的协调控制，可平滑接入主网或

4、独立自治 运行，充分满足用户对电能质量、供电可靠性和安运行，充分满足用户对电能质量、供电可靠性和安 全性的要求。全性的要求。 - 6 - 微微 网网 定定 义义 微电网基本结构微电网基本结构 微电网的结构示意图如图所示，微电网的结构示意图如图所示， 它可能组成中压或低压配电网它可能组成中压或低压配电网 的一部分，负荷通过分布式电的一部分，负荷通过分布式电 源供电。根据微电网的运行特源供电。根据微电网的运行特 性，微电网可能通过性，微电网可能通过PCCPCC连接到连接到 大电网并网运行，也可与之断大电网并网运行，也可与之断 开进入孤网运行模式（开进入孤网运行模式（IsolatedIsolated

5、 Grid Grid，IGIG）。当微电网并网的）。当微电网并网的 时候，微电网的运行和控制模式时候，微电网的运行和控制模式 也在两种状态之间转换，即依赖也在两种状态之间转换，即依赖 于大电网的模式（于大电网的模式（Grid DependentGrid Dependent， GDGD）和独立于大电网的模式）和独立于大电网的模式 （Grid IndependentGrid Independent，GIGI）。）。 GDGD与与GIGI模式的区别在于微电网模式的区别在于微电网 与大电网之间是否有功率交换。与大电网之间是否有功率交换。 微电网按照结构可以分为三种类型：片区微网、工商业微网、偏远地区微

6、网 微电网基本结构微电网基本结构 片区微网片区微网 片区微电网有两种，一种是城市网络，片区微电网有两种，一种是城市网络， 另一种则是农村的馈线。前者主要用另一种则是农村的馈线。前者主要用 于城市的繁华地区，后者则用于农村于城市的繁华地区，后者则用于农村 电网的计划解列。片区电网的发展动电网的计划解列。片区电网的发展动 力是停运管理和整合可再生能源发电力是停运管理和整合可再生能源发电 的需求。片区微电网的主要作用在于的需求。片区微电网的主要作用在于 降低温室气体的排放；提供对用户多降低温室气体的排放；提供对用户多 种能源方式的供给；阻塞管理；延缓种能源方式的供给；阻塞管理；延缓 电力网络的升级等

7、。另外，片区微电电力网络的升级等。另外，片区微电 网能提供当地无功电压支撑和较高的网能提供当地无功电压支撑和较高的 电能质量等辅助服务。电能质量等辅助服务。 工商业微网工商业微网 微电网基本结构微电网基本结构 工商业微网的用户一般定义为关键负荷工商业微网的用户一般定义为关键负荷 或者敏感负荷，即需要较高等级的供电或者敏感负荷，即需要较高等级的供电 可靠性和电能质量。可靠性和电能质量。该类微电网能够提该类微电网能够提 供对多个工商业区域的负荷需求，如大供对多个工商业区域的负荷需求，如大 学校园、购物中心或工业设备。该类微学校园、购物中心或工业设备。该类微 电网同样可以供给小型的居民负荷，如电网同

8、样可以供给小型的居民负荷，如 一组城市用房或者独立公寓，也可以成一组城市用房或者独立公寓，也可以成 为居民区微电网。该类微电网能够提供为居民区微电网。该类微电网能够提供 便利且可靠的能量供给，并且能够提供便利且可靠的能量供给，并且能够提供 用户定制的多种分布式电源供电。用户定制的多种分布式电源供电。该类该类 微电网的主要作用是提供较高的电能质微电网的主要作用是提供较高的电能质 量；提供不同水平的电能可靠性水平；量；提供不同水平的电能可靠性水平； 整合整合CHPCHP和需求侧管理。和需求侧管理。运行方式有运行方式有GDGD、 GIGI和和IGIG，当大电网故障或者电能质量不，当大电网故障或者电能

9、质量不 满足要求、电价较高或者系统维修时从满足要求、电价较高或者系统维修时从 GIGI模式切换到模式切换到IGIG模式。模式。 微电网基本结构微电网基本结构 偏远地区微网偏远地区微网 利用微电网对这些偏远地区微利用微电网对这些偏远地区微 电网进行供电，可以利用可再电网进行供电，可以利用可再 生能源发电或其他分布式电源生能源发电或其他分布式电源 来形成孤立的电网或者独立的来形成孤立的电网或者独立的 微电网来为偏远地区的居民或微电网来为偏远地区的居民或 者商业用户供电或热。该类微者商业用户供电或热。该类微 电网的主要目的就是为偏远地电网的主要目的就是为偏远地 区供电，并降低传统化石燃料区供电，并降

10、低传统化石燃料 的消耗。它具有如下好处：整的消耗。它具有如下好处：整 合可再生能源发电、降低温室合可再生能源发电、降低温室 气体排放和需求侧管理。主要气体排放和需求侧管理。主要 运行方式为运行方式为IGIG。 分布式电源与交流系统的连接分布式电源与交流系统的连接 核核 心心 技技 术与关键设备术与关键设备 核心技术核心技术：仿真分析（含微网的分析计算方法）、规划设计 理论（微网的基本构成，根据地域等客观条件的 不同，如何配置电源、负荷等）、计算理论、电 源技术、保护与控制、运行与能量管理、信息与 通信、定制电力、先期评估和后期评价（能源利用 效率、炭排放、可靠性、电能质量）等。 关键设备：关键

11、设备：分布式电源并网装置，分布式储能装置，控制、 保护装置，微网快速分离开关，计量装置（智能 电表），能量管理系统，通信系统，接地网等。 - 13 - 微网 示范 工程 地理 位置 说 明 CERTS 试验基地 美国俄亥 俄 480V系统，包括3个60kW MT，有三条馈线，其中两条含有微电源并能 孤网运行。这两条中的一条馈线上带有两个微电源，通过170m电缆间 隔；另一条馈线上带有一个微电源，这样可以进行微电源并行运行的 测试。该系统用于测试微电网各部分的动态特性。 Mad River 公 园 美国范特 蒙特 6个商业和工业厂区，12个居民区，280kW、100kW发电机，30kW MT ，

12、PV。接入7.2kV配网。既可孤网运行，也可联网运行。 LABEIN 微网中心 西班牙 通过两个1000kVA和451kVA的变压器连接到30kV中压网络，0.6kW和 1.6kW单相PV，3.6kW三相PV，2组55kW柴油机，50kW MT，6kW风 力发电机；250kVA飞轮储能，2.18MJ超级电容，1120Ah和1925Ah蓄电 池储能；55kW和150kW电阻负荷，2个36kVA电感负荷。用于测试联网 运行时集中和分散控制策略及电力市场中的能量交易。 Kythnos 孤网 希腊 提供12户岛上居民用电，400V配网，包含6台光伏发电单元，共11kW ，1座5kW柴油机，1台3.3k

13、W/50kWh蓄电池/逆变器系统。目前只能孤 网运行，研究目标是微网运行控制以提高系统满足峰荷能力和改善可 靠性。 目前国外已建成的微网示范工程目前国外已建成的微网示范工程 EDP微型 电力 公司 葡萄牙 连接到400V低压网络的天然气站电网，具有80kW MT，多余电力可送往 10kV中压网，或供当地低压农村电网（3.45-41.5KVA），既可联网运 行也可孤网运行。 MV/LV 电力 公司 荷兰 用于度假村，共四条380V馈线，每条长约400m。以光伏发电为主，共装 335kW光伏发电单元。既可孤网运行，也可联网运行。主要用于含有 储能系统的微网孤网运行性能的测试。 Manheim 微网

14、 德国慕 尼黑 位于居民区，包含六台光伏发电单元，共40kW；计划继续安装数台微型燃 气轮机。将对基于代理的分散控制进行测试，并进行社会、经济效益 评估。 CESIRIC ERC A 试 验公 司 意大利 米兰 具有PV、MT、柴油机、MCFC等微电源，并配有蓄电池、飞轮等储能方式 ，可组成不同的拓扑结构，进行稳态、暂态运行过程测试和电能质量 分析。 Boston Bar IPP 加拿大 该区域通过69/25kV变电站供电，通过60km的69kV线路连接到BC Hydro高 压系统。当地电力供应Boston Bar有两台3.45MW水力发电机，峰荷为 3.0MW。根据BC Hydro的准则，进

15、行孤网运行测试。 Hachinoh e计 划 日本八 户 污水处理厂配有3个170kW燃气轮机，50kW PV，发出电力通过5km的私营 配线输送到4个学校、水利局办公楼和市政办公楼。学校内也有小型风 机和PV，控制目标是6分钟内供需不平衡控制在3%以内。在测试过程 中，该目标完成率为99.99%。在2007年11月孤网运行一周。 美国微电网的研究美国微电网的研究 2002年首次提出年首次提出CERTS微微 电网的概念电网的概念 u包括包括3条馈线条馈线A、B和和C 及及1条负荷母线，整体条负荷母线，整体 呈辐射状结构呈辐射状结构 u馈线通过主分隔装置与馈线通过主分隔装置与 配电系统相连，可实

16、现配电系统相连，可实现 孤网及并网运行模式的孤网及并网运行模式的 平滑切换平滑切换 uIEEE P1547标准规定，标准规定， 在在PCC处，微电网的各处，微电网的各 项技术指标必须满足预项技术指标必须满足预 定的规范定的规范 - 16 - 美国微电网的研究美国微电网的研究 CERTS微电网示范网络微电网示范网络 u包括光伏发电、微型燃气轮机和燃料电池等微电包括光伏发电、微型燃气轮机和燃料电池等微电 源源 u能量管理器：实现对整个微电网的综合分析控制能量管理器：实现对整个微电网的综合分析控制 u潮流控制器：实现对微电源的就地控制潮流控制器：实现对微电源的就地控制 u示范了对三类不同供电质量要求

17、的负荷的个性化示范了对三类不同供电质量要求的负荷的个性化 微电源供电方案微电源供电方案 l连接在馈线连接在馈线A上的敏感负荷采用光伏电池供电上的敏感负荷采用光伏电池供电 l连接在馈线连接在馈线C上的可调节负荷采用燃料电池和微燃气轮上的可调节负荷采用燃料电池和微燃气轮 机混合供电机混合供电 l连接在馈线连接在馈线B上的可中断负荷没有设置专门的微电源，上的可中断负荷没有设置专门的微电源， 直接由配电网供电直接由配电网供电 - 17 - 美国微电网的研究美国微电网的研究 CERTS微电网的关键特性微电网的关键特性 u系统故障时候能孤网运系统故障时候能孤网运 行，系统恢复后自动并行，系统恢复后自动并

18、网，从而网，从而实现各种工况实现各种工况 下对用户的持续无差别下对用户的持续无差别 （特指电能质量）供电（特指电能质量）供电 u将用户和分布式电源集将用户和分布式电源集 成，对系统而言是一个成，对系统而言是一个 独立自治的单元独立自治的单元 u“对等对等” 概念概念（ peer- to-peer ）：各个元件地）：各个元件地 位对等，不存在主控制位对等，不存在主控制 器或中心储能单元器或中心储能单元 u“即插即用即插即用” 概念概念（ plug-and-play）：各个）：各个 微电源可以在微电网的微电源可以在微电网的 任一点接入而无须改变任一点接入而无须改变 微电网的控制策略微电网的控制策略

19、 - 18 - 美国微电网的研究美国微电网的研究 现有成果现有成果 u在试验系统上测试了暂态过程中（与在试验系统上测试了暂态过程中（与 主网断开及孤网状态下的负荷变化）主网断开及孤网状态下的负荷变化） 控制系统的鲁棒性，既能控制的控制系统的鲁棒性，既能控制的 出力，又能控制线路的潮流出力，又能控制线路的潮流 u得到了一个试验系统中柴油机组的控得到了一个试验系统中柴油机组的控 制方法制方法 - 19 - 美国微电网的研究美国微电网的研究 CERTS微电网概念的拓展微电网概念的拓展 u在在DG附近配置储能系统，有利于维持系附近配置储能系统，有利于维持系 统功率平衡统功率平衡 u仿真验证了储能系统和

20、电力电子接口控制仿真验证了储能系统和电力电子接口控制 策略的有效性策略的有效性 - 20 - 欧洲微电网的研究欧洲微电网的研究 Microgrid计划（计划（2001-2005） u由欧盟由欧盟7个国家、个国家、14个组织合作开展个组织合作开展 u将微电网定义为含有小型分布式发电的低压配将微电网定义为含有小型分布式发电的低压配 网，侧重单个微电网的运行网，侧重单个微电网的运行 u目前已初步形成了微电网的运行、控制、保护、目前已初步形成了微电网的运行、控制、保护、 安全及通讯等理论，并在实验室微电网平台上对安全及通讯等理论，并在实验室微电网平台上对 这些理论进行了验证这些理论进行了验证 - 21

21、 - 欧洲微电网的研究欧洲微电网的研究 分层管理和控制系统分层管理和控制系统 u微电网通过位于中压微电网通过位于中压/低压变电站的微电低压变电站的微电 网中央控制器（网中央控制器（MGCC）进行管理和控）进行管理和控 制，制，MGCC具有经济性管理和控制等功能具有经济性管理和控制等功能 u系统的第二层，控制器位于负荷侧（负荷系统的第二层，控制器位于负荷侧（负荷 控制器，控制器，LC）或微电源侧（微电源控制）或微电源侧（微电源控制 器，器，MC），它们之间通过），它们之间通过MGCC交换信交换信 息，而息，而MGCC通过设定通过设定LC和和MC的参考点的参考点 控制微电网的运行控制微电网的运行

22、- 22 - 欧洲微电网的研究欧洲微电网的研究 More Microgrids计划：计划：2006- 2010 u 其参与国家增加到其参与国家增加到11个，组织达到个，组织达到 22个个 u 包括微电网、储能、风力发电、小包括微电网、储能、风力发电、小 水电、水电、CHP、小型柴油机和可切、小型柴油机和可切 除负荷等除负荷等 u 目的在于通过开发和延伸微电网的目的在于通过开发和延伸微电网的 概念促进分布式电源与可再生能源概念促进分布式电源与可再生能源 的大规模接入以及传统电网向智能的大规模接入以及传统电网向智能 网络的过渡网络的过渡 u 主要研究先进的微电源控制技术、主要研究先进的微电源控制技

23、术、 网络设计、多微电网运行管理、技网络设计、多微电网运行管理、技 术和商业协议的标准化、示范系统术和商业协议的标准化、示范系统 现场测试及其对电力系统的影响等现场测试及其对电力系统的影响等 - 23 - 欧洲微电网的研究欧洲微电网的研究 建设了一系列的微电网示范系统，对孤网和并网状建设了一系列的微电网示范系统，对孤网和并网状 态下运行特性进行了测试，目前已得到电能质量、态下运行特性进行了测试，目前已得到电能质量、 信息和通讯技术及社会经济效益等方面的结果信息和通讯技术及社会经济效益等方面的结果 - 24 - 日本的微电网研究日本的微电网研究 日本：日本：NEDO u建设了微电网示范工建设了微

24、电网示范工 程，包括含多种可再程，包括含多种可再 生能源的区域电网、生能源的区域电网、 含有多个含有多个DG的配网的配网 设备和提供不同电能设备和提供不同电能 质量的新型电力网络质量的新型电力网络 以及进行功率控制的以及进行功率控制的 并网太阳能和风力发并网太阳能和风力发 电系统电系统 u目前得到了一系列的目前得到了一系列的 并网和孤网的运行结并网和孤网的运行结 果果 - 25 - - 26 - 微电网的运行机理及稳定性分析微电网的运行机理及稳定性分析 微电网的精细建模及数值仿真技术微电网的精细建模及数值仿真技术 微电网的运行机理分析微电网的运行机理分析 u并网、孤网及相互切换过程并网、孤网及

25、相互切换过程 u黑启动黑启动 稳定性分析稳定性分析 u静态稳定、动态稳定和小干扰稳定性分析静态稳定、动态稳定和小干扰稳定性分析 - 27 - 微电网的控制微电网的控制 微电源的控制策略微电源的控制策略 微电网的控制结构：分层控制微电网的控制结构：分层控制 u并网控制策略并网控制策略 u孤网控制策略孤网控制策略 u并网并网-孤网相互切换控制策略孤网相互切换控制策略 微电网的能量管理微电网的能量管理 1. 下降曲线控制下降曲线控制 微电源控制器：基于本地信息微电源控制器：基于本地信息 传统控制方法传统控制方法 uP-f下降曲线下降曲线 uQ-V下降曲线下降曲线 3 sin 2 3 (cos) 2

26、p p pVE VE P X V QVE X - 29 - 2. 功率管理策略（功率管理策略（PMS） 功能功能 u有效地在微电源之间分配负荷的有功和有效地在微电源之间分配负荷的有功和 无功功率需求无功功率需求 u对于系统运行方式变化引起的扰动快速对于系统运行方式变化引起的扰动快速 响应响应 u决定微电源的最终功率参考值以平衡功决定微电源的最终功率参考值以平衡功 率和恢复频率率和恢复频率 u使孤网运行的微电网与大电网重新同步使孤网运行的微电网与大电网重新同步 - 30 - 2. 功率管理策略（功率管理策略（PMS） 目标目标 u微电源之间的负荷分配要满足系统总功率损耗最微电源之间的负荷分配要满足系统总功率损耗最 小小 u考虑每个微电源的特殊要求，如微电源的类型，考虑每个微电源的特殊要求，如微电源的类型， 发电成本，原动侧时间特性，维修周期和对环境发电成本，原动侧时间特性，维修周期和对环境 的影响的影响 u维持系统的电能质量，如电压波动和谐波污染在维持系统的电能质量，如电压波动和谐波污染在 一定的范围内一定的范围内 u改善系统的动态响应，在暂态过程中保持较高的改善系统的动态响应，在暂态过程中保持较高的 稳定裕度，并具有电压和频率恢复特性稳定裕度，并具有电压和频率恢复特性 - 31 - 3.能量管理系统（能量管理系统（EMS） 集中方法集中方法 u通过微电网的通