APEC报告-分布式电源及智能配用技术的现状及发展

1、.PAGE ：.；PAGE 97APEC研讨报告分布式电源及智能用电技术的现状及开展2021年6月13日研讨团队：孙嘉平、张建华、刘文霞、刘念、曾博、张敏、吴林伟、朱星阳、蒋程编写： 张建华 孙嘉平目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc331752260 第一章 分布式电源及智能配用电技术的现状和趋势 PAGEREF _Toc331752260 h 1 HYPERLINK l _Toc331752261 1.1 分布式电源和微电网的研讨现状 PAGEREF _Toc331752261 h 1 HYPERLINK l _Toc331752262 1.2 智能配用

2、电技术的运用现状及未来趋势 PAGEREF _Toc331752262 h 10 HYPERLINK l _Toc331752263 1.3 微网及其构建的智能配用电系统中的关键技术及相关研讨内容 PAGEREF _Toc331752263 h 14 HYPERLINK l _Toc331752264 第二章 分布式电源的任务原理 PAGEREF _Toc331752264 h 26 HYPERLINK l _Toc331752265 2.1双馈风力发电机 PAGEREF _Toc331752265 h 26 HYPERLINK l _Toc331752266 2.2燃气轮机 PAGEREF

3、_Toc331752266 h 36 HYPERLINK l _Toc331752267 2.3燃料电池 PAGEREF _Toc331752267 h 44 HYPERLINK l _Toc331752268 2.4太阳能光伏发电 PAGEREF _Toc331752268 h 49 HYPERLINK l _Toc331752269 2.5储能元件 PAGEREF _Toc331752269 h 55 HYPERLINK l _Toc331752270 2.6分布式电源逆变器控制模型 PAGEREF _Toc331752270 h 66 HYPERLINK l _Toc331752271

4、第三章 智能配用电系统的功能和规划 PAGEREF _Toc331752271 h 68 HYPERLINK l _Toc331752272 3.1 智能配用电系统的根本概念 PAGEREF _Toc331752272 h 68 HYPERLINK l _Toc331752273 3.2 智能配用电系统的根本构成及功能 PAGEREF _Toc331752273 h 68 HYPERLINK l _Toc331752274 3.3 智能配用电系统的集成规划 PAGEREF _Toc331752274 h 71 HYPERLINK l _Toc331752275 第四章 日本分布式电源和智能配用

5、电技术的开展 PAGEREF _Toc331752275 h 77 HYPERLINK l _Toc331752276 4.1有关政策和智能配用电技术 PAGEREF _Toc331752276 h 78 HYPERLINK l _Toc331752277 4.2可再生能源的影响及处理方法 PAGEREF _Toc331752277 h 81 HYPERLINK l _Toc331752278 4.3智能电表 PAGEREF _Toc331752278 h 82 HYPERLINK l _Toc331752279 4.4新一代能源 PAGEREF _Toc331752279 h 83 HYPE

6、RLINK l _Toc331752280 4.5小结 PAGEREF _Toc331752280 h 84 HYPERLINK l _Toc331752281 第五章 中国微电网示范园区的系统设计及仿真 PAGEREF _Toc331752281 h 85 HYPERLINK l _Toc331752282 5.1微电网示范园区简介 PAGEREF _Toc331752282 h 85 HYPERLINK l _Toc331752283 5.2微电网示范园区系统设计 PAGEREF _Toc331752283 h 86 HYPERLINK l _Toc331752284 5.3微电网示范园区

7、运转仿真分析 PAGEREF _Toc331752284 h 87 HYPERLINK l _Toc331752285 第六章 结 论 PAGEREF _Toc331752285 h 92第一章 分布式电源及智能配用电技术的现状和趋势1.1 分布式电源和微电网的研讨现状欧洲、美国及日本等兴隆国家和地域目前都曾经完成微电网及智能配用电系统的根底实际研讨，初步建立了分布式能源和微电网的模型和仿真分析工具，完成了微电网及所构建的智能配用电系统的控制和维护战略、通讯协议等，并且经过实验室测试和智能配用电系统示范小区进展了验证，处理了微电网及智能配用电系统的运转、维护和经济性分析的根本实际问题。未来的研

8、讨目的是开展高级控制战略，整合多个微电网同智能配电管理系统DMS的相互作用，进展规范化设计，实现现场实验以进一步验证控制战略在实践微网构建的智能配用电系统中的运转效果，以及微电网对电力系统运转和规划的影响评价等。目前各国一些典型微网构建的智能配用电系统实验工程调研情况如下。北美的微电网及其构建的智能配用电系统研讨首先，由美国可靠性技术处理方案协会CERTS最早提出的微电网概念，是一切微电网概念中最具代表性的一个。美国CERTS在其微电网概念报告中，对微电网的主要思想以及关键性技术问题进展了详细的概述，阐明CERTS微电网两个主要部件：静态开关和自治微型电源，并系统论述了微电网的构造，控制方式，

9、继电维护以及经济性评价等相关问题。目前，美国CERTS微电网的初步实际和方法已在美国电力公司沃纳特Walnut微电网测试基地得到了胜利验证。有美国北部电力系统承接的曼德瑞沃/Mad River微电网是美国的第一个微电网的示范性工程，检验了微电网的建模和仿真方法、维护和控制战略以及经济效益等，并初步讨论制定关于微电网的管理条例和法规，成为美国微电网工程的胜利范例。同时美国能源部USA. Department of Energy在“Grid 2030开展战略中，曾经提出一个以微电网的方式安放和利用微型分布式发电系统得阶段性方案，对今后的微电网的开展规划进展较为详尽的论述。此外，加拿大BC和Queb

10、ec两家水电公司曾经开场开展“微电网示范性工程的建立，特别对于微电网的自动孤网运转进展测试，工程的目的是经过合理地安顿独立发电安装IPP(Independent Power Producer)改善用户侧供电可靠性。美国的微电网由美国能源部DOE和加州能源委员会CEC共同资助，从2003年起开场正式研讨。美国电力可靠性技术处理方案协会CERTS是最著名的微电网研讨机构，在2003年为美国能源部和加州能源委员会编写的白皮书中最早提出了微电网的概念。这个概念曾经在威斯康辛大学实验室的实验平台中胜利得到了检验。为了进一步验证概念的预备性与合理性，CERTS于2006年11月份开场进展微电网的示范小区，

11、在美国电力公司的多兰技术中心搭建微电网构建的智能配用电系统实验平台，如图1.1所示。 图1.1 多兰技术中心微电网实验平台规划日本分布式电源和微电网的研讨日本根据本国资源日益缺乏、负荷需求增长迅速的开展现状，开展了微电网的研讨。目前，日本已在国内建立了多个微电网工程。近年来，可再生能源和新能源不断是日本电力行业关注的重点之一，为此，新能源与工业技术开展组织NEDO大力支持一系列微电网示范性工程，并鼓励可再生和分布式发电技术在微电网的运用。日本在微电网的网架拓扑构造以及微电网集成控制、热电冷综合利用等方面开展的一系列研讨，为分布式发电系统及基于可再生电源的大规模独立系统的运用提供了较为宽广的开展

12、空间。NEDO在2003年启动了含可再生能源的地域配电网工程，并分别在青森县、爱知县和京都县建立了3个微电网示范小区。位于青森县八户市的示范小区如图1.2所示。这个工程全部采用可再生能源风能、太阳能和生物质能供应电能和热能。该工程电源包括生物质燃气发电机3170kW，铅酸蓄电池组250 kW，光伏发电80 kW，风力发电20 kW，共710 kW。负荷包括：市政厅360 kW，4所中小学205 kW，八户供水管理局38 kW，共603 kW。整个微电网经过公共结合点PCC与外部大电网衔接。在9个月的运转期间，由于建立微电网使可再生能源利用系数添加，系统从大电网的购电量减少，CO2排放也大幅度降

13、低。在为期1周的独立运转期间，系统频率根本维持在500.5Hz范围内，较好地实现了系统的稳定运转。 图1.2 青森县微电网构建的智能配用电系统示范小区日本在京都县建立了京都经济能源工程，于2005年12月开场运转。这个系统的电源包括：光伏发电50 kW，风力发电50 kW，生物发电580 kW，一个250 kW的熔融碳酸盐燃料电池MCFCs和一个100 kW的蓄电池组。能量控制中心经过电信网络与分布式电源进展通讯，从而控制能量平衡的供需求求。一旦出现能量的不平衡，可以在5分钟内进展调理，而且方案未来要进一步缩短时间。在仙台，新能源产业技术综合开发机构NEDO也建立了一个电能质量可靠性效力的智能

14、配用电系统示范小区，已在2006年完成。这个工程旨在研讨多个电能质量的可靠性可以同时满足一系列用户的需求。除此之外，私人企业和部门也展开了微电网的研讨。例如清水公司与东京大学结合开发微电网的控制系统，曾经在东京的研讨中心建立实验工程。在日本，微电网的技术体系主要集中在当维持传统电网供电时如何利用新能源发电，以及如何提供多重的电能质量可靠性。微电网的多领域研讨正在检验微电网技术的可行性，但是清洁经济和环境效益还没有被思索进去。微电网的经济评价方面依然面临许多挑战。欧盟的微电网研讨从电力市场本身需求、电能平安供应以及环境维护等方面综合思索，欧洲在2005年提出“智能电网Smart Grid的目的，

15、并在2006年出台该方案的技术实现方案。作为欧洲2020年及后续的电力开展目的，该方案指出未来欧洲电网具有灵敏、可接入、可靠和经济等特点。基于这些特点，欧洲提出要充分运用分布式发电系统、智能技术、先进电力电子技术等实现集中式供电与分布式发电的高效整合，并积极鼓励独立运营商和发电商参与电力市场买卖，快速推进电网技术的开展。微电网以其智能型、清洁高效、以及能量的多级多元化运用等特点必将成为欧洲未来电网的开展得重要组成部分。目前，欧盟主要资助和推进两个微电网工程“Microgrids和“More Microgrids，旨在经过拓展和开展微电网的概念添加微型发电安装的浸透率，已初步构成微电网构建的智能

16、配用电系统的运转、控制、维护、平安以及通讯等根本实际，并相继在希腊、德国、西班牙建立了不同规模的微电网实验平台。其中德国太阳能研讨所ISET建成的微电网实验室规模最大，容量到达200kVA，并在其实验平台上设计安装了简单的能量管理系统。而未来欧盟研讨主要集中于可再生微型发电系统的控制战略和微电网的规划、多微电网管理运转优化工具的研发，技术和商业化规范的制定，示范性微电网测试平台的推行，电力系统运转性能的综合评价，这些为分布式发电系统和可再生能源系统大规模并入微电网以及传统电网向智能电网的过渡做好铺垫。欧盟科技框架Framework Program, FP方案是当今世界上最大的官方科技方案之一，

17、具有研讨程度高、涉及领域广、投资力度大、参与国家多等特点。欧盟第五框架方案19982002资助了微电网的开辟性研讨，构成了一个以雅典国立科技大学为首，7个欧盟成员国的14个组织的庞大的研讨团队。研讨成果包括：1完成了分布式能源建模和稳态、动态分析软件；2构成了微电网独立和并网运转原那么、控制算法、本地黑启动战略；3明确了分布式能源接口呼应及其智能化的必要条件以及可靠性量化的方法；4完成了微电网接地和维护方案以及多种功能的实验室规模的微电网。随后在欧盟第六框架方案20022006的资助下，研讨团队进一步扩展，包括Siemens、ABB在内的制造商以及部分欧盟成员国的电力企业和研讨团队。研讨的对象

18、也开展到多个微电网并列运转，目的是实现多个微电网在电力市场环境下的技术和商业接入。与此同时，欧盟也建立了多个微电网构建的智能配用电系统示范小区。希腊的CRES公司建立了基斯诺斯岛微电网工程，如图1.3所示。图1.3 基斯诺斯岛微电网实验工程该微电网位于爱琴海南部的基克拉泽斯群岛，为12户居民供电。电源包括10 kW的光伏电池、53 kWh的蓄电池组和一个5 kW的柴油机组。另外约2 kW的光伏电池安装在控制系统建筑的楼顶上，经过SMA逆变器和32 kWh的蓄电池组为监测和通讯提供电源。住宅区的电力供应是经过3个并联的SMA电池逆变器组构成一个可靠的单向回路。电池逆变器组可以任务在频率下垂方式：

19、当蓄电池组处于低电能形状下可以允许信息流向开关负荷控制器；当蓄电池组处于饱和情况下可以限制光伏逆变器组的功率输出。荷兰的Continuon公司在Bronsbergen的假日公园里建立了一个微电网工程。这个地域有超越200户住处，光伏发电为315 kW。住户运用4条约400米的馈线与中/低压变压器相连。当白天负荷较低时，光伏发出的大部分功率注入中压网络中。在晚间从网络输出以供所需。在光伏发电时，馈线末端的高电压和较大的电压畸变都曾经被思索进去。另外在微电网运转在孤岛的方式下，电能质量的改善可经过电力电子器件和储能来处理。德国的MVV Energie公司在一个大约1200户居民的生态区Mannhe

20、imWallstadt建立了多个微电网及智能配用电系统的长期实验点。光伏发电为30 kW，方案未来投入更多的分布式电源。该实验的第一个目的是进展用户侧负荷管理。在2006年夏季的2个月时间内，超越20户居民和一个托儿中心参与一个名为“与阳光共浴的工程中。由于光伏发电的信息可以被用户们获取，所以当用户直接利用光伏电池发电时，可以根据情况转移负荷。结果显示，用户都显著地转移了负荷：从夜间的顶峰时段转向白天的太阳强辐射时段，从阴天时段转向晴天时段。 另外，丹麦的OESTKRAFT公司、意大利的CESI公司、葡萄牙的EDP公司和西班牙的LABEIN公司都在各自国家建立了微电网及智能配用电系统的实验点，

21、进展微电网及智能配用电系统的研讨。这些研讨成果曾经成为欧盟“智能电网欧洲未来电网的展望和战略的重要组成部分。智能电网方案在2005年启动，旨在完成对2020年之后欧洲电网开展的展望和战略部署。作为欧洲未来电网开展的纲领性目的，智能电网方案中未来电力系统的主要框架构造是集中式发电和远间隔 输电骨干网、地域输配电网、以微电网为中心的分布式发电系统相结合的一致体，能节省投资、降低能耗、提高能效，提高电力系统的可靠性、灵敏性和供电质量，可以使欧洲电网满足21世纪的挑战和机遇，满足社会、环境及政治对能源的需求。中国的微网研讨现状目前，我国在微网技术以及可再生能源发电系统方面的研讨还处于起步阶段，在国家科

22、技部“863方案先进能源技术领域2007年度专题课题中曾经包括了微电网技术。目前清华大学、华北电力大学、中国科学院电工研讨所、天津大学、河海大学、东南大学等单位相继开场了对微电网的研讨。清华大学与辽宁高科能源集团协作，在国内率先将微电网运用到实践工程中，积累了丰富的实际阅历和学术成果。天津大学的研讨课题“分布式发电供能系统相关根底研讨获得了国家973方案工程的资助；河海大学与英国格拉斯哥卡里多尼亚大学有着亲密的学术协作交流，并共同开展微电网的研讨。同时与日本广岛大学协作，在微电网领域共同开展了许多研讨。国家高技术研讨开展方案863方案在2007年设立了我国北方和南方两个分布式供能及智能配用电系

23、统示范工程：目前国内在建的微网示范系统为南方电网公司在深圳建立的南方冷热电微网智能配用电示范性工程。该工程是基于3台燃气轮机的冷热电三联供深圳科技园微网智能配用电系统示范小区，另一项为哪一项中电投资公司在内蒙古呼和浩特市建立的北方冷热电三联供示范性工程，“北方地域MW级分布式冷热电联供系统集现状成技术与示范小区；该工程基于2台燃气轮机的冷热电大盛魁三联供微网智能配用电系统示范小区。由此可见，微网及所构建的智能配用电系统的特点适宜我国电力开展的整体需求与方向，在我国将会有宽广的前景。因此，研讨微网并网运转控制实际是真正使得微网及其构建的智能配用电系统运用与推行关键技术难题。1.2 智能配用电技术

24、的运用现状及未来趋势国外现状世界上第一个全面运用“智能电网的城市是美国Xcel Energy公司于2021年在科罗拉多州建立的波尔得市。波尔得市的智能电网是一个高速、实时的双向通讯系统，包括智能变电站和用户能量控制系统以及用于网络缺点快速诊断和纠错的传感器；整个电网建立了新的丈量系统；城内全部家庭安装智能电能表。城市支持分布式清洁能源的接入，用户可经过电表优先运用太阳能和风能等清洁能源；同时，变电站经过晋级后可采集到每家每户的用电情况，一旦出现问题可以重新配备电力。此外，西班牙电力公司和当地政府在南部城市Puerto Rea协作开展了智能城市的试点，启动于2021年4月启，方案四年内完成。它涉

25、及9000个用户，1个变电站以及5条中压线路、65个传输线中心，在电网、家庭、计量体系等多个方面对现有电网进展改造。国外对于智能配用电系统技术的讨论非常丰富，如基于电力光纤到户的“三网交融技术的研讨、通讯网络平台的构造和运营方式的讨论，配电自动化的数据采集、通讯处置和控管一体化等；此外，国外企业也非常注重对于智能配用电系统相关技术的研讨开发，如德国的西门子公司、法国施耐德公司、美国的COOPER公司、摩托罗拉公司、英国ABB公司、日本东芝公司等，均不同程度地涉及配电自动化、智能配用电系统通讯技术等。总的来看，可以总结出国外智能配用电系统开展有以下几个特点：一步到位的“智能配用电系统试点与部分技

26、术逐一普及相结合，尤其是对智能电表的推行；推进微网工程试点任务，并结合当地需求思索分布式能源和微网的开展；经过智能电表和相关电价政策引导用户参与需方呼应，节约电能，缓解电网压力；积极开展对于智能配用电系统前沿技术的研讨和讨论等。国内现状及未来趋势目前，智能用电系统在我国正处于初级试点建立阶段。截止到2021年年底，我国已有数个正在建立中或即将建成投入运转的智能配用电园区。本部分重点选取北京、天津、上海及江西等四个具有代表性的示范工程以引见智能配用电园区在我国的开展现状。2021年5月，国网信息通讯分别在北京莲香园小区和阜成路95号院设立了两个智能电网用户效力试点。莲香园工程智能电网用户效力系统

27、经过运用光纤复合低压电缆，在电力线入户的同时到达了光纤入户，从而实现了实现电网与用户的双向实时交互。实现的主要功能包括三表水、电、气信息抄收、双向实时通讯、家电管理、呼应电网调峰要求、提供社区效力、安防效力、实现电力网、信息网和通讯网的“三网交融。其楼顶还安装了8块太阳能电池板，不仅可满足家中的用电需求，如发电量仍有富余，那么可送入电网，赚取发电上网费用。同时小区微电网还具备远程控制功能，可以进展远程拉合闸控制，便于中断与分布式发电并网，确保检修平安。在电网有电的情况下，可以跟踪电网的频率、幅值和相位，选择适宜的时间并网。2021年9月19日，国际上目前覆盖区域最广、功能最齐全的智能电网示范区

28、中新天津生态城智能电网综合示范工程胜利投运，这也是我国首个智能电网综合示范工程。中新天津生态城智能配用电园区位于天津滨海新区，毗邻天津经济技术开发区、天津港、海滨休闲旅游区，地处塘沽区、汉沽区之间，总面积约31平方千米，规划居住人口35万。该示范工程经过6千瓦的风电和30千瓦的光伏、以及60千瓦时的储能安装构建成一个小型微网系统，涵盖发、输、变、配、用、调度六大环节，包括分布式电源接入、储能系统、智能电网设备综合形状监测系统、智能变电站、配电自动化、电能质量监测和控制、用电信息采集系统、智能用电小区/楼宇、电动汽车充电设备、通讯信息网络、电网智能运转可视化平台及智能供电营业厅12个子项工程。工

29、程投运后可以满足区域内可再生能源利用比例不低于20%；智能电能表覆盖率100%，供电可靠率99.999%的要求，到达国际领先程度。此外，当前智能电网一些前沿技术在该工程中得到充分的表达，如全国首个交融光伏发电、风力发电及先进储能技术的较为完好的微网系统，填补了我国微网分布式电源接入技术和微网控制技术领域的空白，因此具有重要的示范意义。到2020年，生态城将全部采用清洁能源和绿色建筑，太阳能、海水发电、风能在内的各种可再生能源的替代电量约占整个生态城用电量24.62%；并且，中新生态城智能电网选择锂离子电池为主要储能安装，建立集中储能站，有效地保证风力发电等新能源发电的输出，同时“削峰填谷地提高

30、利用能源效率；为配合生态城绿色交通规划，至2021年生态城内将建立3座大型充电站，3座中型充电站和300座交流充电桩。按照生态城的规划方案，智能用电小区将实现水、气、电“三表结合和有线、互联网、电力网的“四网交融方式；智能用电小区同时具备多样的智能效力，实现家电灵敏负荷的用电信息采集和控制，同时建立紧急求助、燃气走漏、烟感、红外探测于一体的家庭安防系统；并且包括电表查询、物业配送、网络增值、医疗等增值效力。此外，上海世博园是另一个具有代表性的智能配用电园区示范工程，也是我国首个真正意义上的智能电网示范园区。该工程包括新能源接入、储能系统、智能变电站、配电自动化系统、缺点抢修管理系统、电能质量检

31、测、用电信息采集系统、智能楼宇/小区以及电动汽车充放电站等9个示范工程，此外还包括智能电网调度技术支持系统、信息平台、智能输电以及可视化展现等4个演示工程。该工程的特征之处在于：首先，建成了新能源接入综合系统，覆盖上海各风电场、光伏电站、储能系统、电动汽车充放电站和部分资源综合利用热电冷三联供机组，实现多种能源方式最优互补，提高了资源综合利用效率；此外，全面实现了配电自动化，使配电网具备自愈功能；最后，该工程还建成了具有双向有序电能转换方式V2G功能的原型系统，实现与电网调度和营销系统的集成，以及车载电池组与电网的双向能量交换，展现了电动汽车作为挪动储能安装的宽广运用前景。除上述曾经建成投运的

32、智能配用电园区外，国家电网公司的另一具有重要意义的智能电网综合集成技术研讨与示范工程江西共青城智能电网综合示范工程正在建立中。试点区域面积约6.5平方公里，工程一期投资为1.01亿元，实施期限为2021年1月到2021年12月。该工程工程的鲜明特点是将国家电网公司曾经试点胜利的智能电网技术集成到同一平台展现和运用，向系统化、适用化迈进了一步。工程的另一个特点是引入了国际协作。结合了中芬数字生态城和中日智能社区，在微网、工厂及楼宇能效管理等方面开展国际协作。该工程拟建立清洁能源接入与储能系统、配电自动化、电能质量监测、用电信息采集、智能小区、电动汽车充电设备、互动化营业厅、应急指挥中心、物联网运

33、用及通讯信息网络、智能电网可视化平台等10个子项。建成后可集中展现智能电网信息化、自动化、互动化的先进特性。经过将先进的智能电网技术嵌入城市，带给人们全新的低碳生活方式，对其他城市和地域的复制、推行，具有显著的示范效应。 1.3 微网及其构建的智能配用电系统中的关键技术及相关研讨内容微电网的运转微电网系统有与外部电网并网运转和孤岛运转两种运转方式。并网方式是指正常情况下，微电网与常规电网并网运转时向电网供出多余的电能或是由电网补充本身发电量的缺乏。经过微电网的实验平台验证：合理的控制战略下，微电网可以并网或孤网运转，并可实现两种运转形状的平滑过渡和转换。孤岛运转是指当检测到电网缺点或是电能质量

34、不满足要求时，微电网可以与主网断开构成孤岛方式，由DGS向微电网内的负荷供电。正由于微电网的孤网运转，才为系统提供了更高的可靠性和供电的不可延续性。经过PSCAD/EMDTD或是Matlab/Power Simulik等软件建立起微电网的动态模型，针对电磁暂态特性以及自动intentional与被动unintentional隔离情况下的孤网运转情况进展可行性研讨，结果阐明基于电力电子接口的分布式发电系统以及储能元件可以确保微电网运转方式转化的平滑性，减少孤网运转时暂态影响并保证功角稳定性和电压质量。微网及智能配用电系统的控制微电网相对主网可作为一个模块化的可控单元，对内部可以提供满足负荷用户需

35、求的电能，实现这些功能必需具有良好的微电网控制和管理，主要控制设备有分布式发电系统控制器，可控负荷管理器，中央能量管理系统，继电维护安装。 微电网在运转控制应该做到可以基于本地信息对电网中的事件做出快速独立的呼应，当网内电压跌落、缺点、停电等，微型分布式发电系统应该利用本地信息自动有效地转换到独立运转方式，不再接受传统方式的一致调度。普通来说，微电网控制的主要目的是：1调理微电网内的馈线潮流，对无功和有功进展独立解耦控制 2可以调理每个微型电源接口处的电压，保证电压的稳定性3 孤网运转时，确保每个微型电源能快速呼应分担用户负荷4 根据缺点情况或是系统需求，平滑自主地实现与主网分别、并列或是两者

36、的过渡转化运转。目前，主要的微电网控制方法：1 基于电力电子技术的即插即用Plug and Play和点对点Point to Point的控制：该方法根据微电网控制目的，灵敏选择与传统发电机类似的下垂特性曲线Droop Character作为微型电源的控制方式，利用频率有功下垂曲线将系统不平衡的功率动态分配给各机组来承当，保证孤网下微电网内电力供需平衡和频率的一致，具有简单可靠的特点。但是目前，该方法还没有思索到系统电压与频率的恢复问题，即传统发电机的二次调频问题。因此，当微电网遭遭到严重的破坏或是干扰时，系统很难保证频率质量。另外，该方法是针对电力电子技术的微型分布式发电系统控制，没有思索传

37、统发电机如小型燃气轮机或柴油机与微电网之间的协调控制。2 基于功率管理系统的控制：该方法采用不同的控制模块对有功、无功分别进展控制，较好地满足了微电网P/Q，V/f等多种控制方式的要求，尤其是在调理功率平衡时，参与了频率恢复算法，可以很好地满足频率质量的要求。另外，针对微电网中对无功的不同需求，功率管理系统采用了多种控制方法并参与无功补偿器，进而提高控制的灵敏性并提高了控制性能。但该方法尚未思索含有励磁系统和调速系统的常规发电机与含电力电子接口的分布式发电系统间的协调控制。3 基于多代理技术的微电网控制：该方法将传统电力系统中的多代理技术运用于微电网控制系统。代理的自治性、呼应才干、自发行为等

38、特点正好满足微电网分散控制的需求，提供了一个可以嵌入各种控制且无需管理者经常参与的系统。以典型的AENAutonomous Electricity Networks的三级控制构造为例，一级保证微电网可靠性运转，从而满足供需平衡，二级构造优化电能质量并减少电压、频率动摇，三级构造经济优化即边沿本钱等值优化。但是，目前多代理技术在微电网中的运用多集中于对微电网中频率、电压等进展控制的层面。要使多代理技术在微电网的控制中发扬更大的作用，还需大量的任务研讨任务。美国通用电气公司GE在美国能源部的资助下建立了微电网智能配用电系统示范小区。这项工程旨在开发和检验微电网的能量控制管理系统框架，为微电网更广泛

39、的运用提供一致的控制、维护和能量管理规范，如图1.4所示。目前这项工程曾经进展到了第二阶段。同时美国也积极对微电网在军事领域中的运用开展研讨，在军事基地内建立能量保证工程Energy Surety Project，以提高国防工程的供电可靠性。 图1.4 GE微网智能配用电系统的能量控制管理框架美国能源部将微电网视为未来电力系统的三大根底技术之一，并列入美国“Grid 2030电力下一个百年的国家展望方案中。该方案于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展展望，并确定各项研讨开发任务的阶段性目的。微电网将是美国未来开展的目的。未来微网及智能配用电控制系统的研讨方

40、向应集中于如下几个方面：1 不同种微型分布式发电系统的运转和控制，包括间歇式和可控式以及常规方式和基于变流器方式；2 微电网在独立运转方式与并网运转方式下，智能型频率、电压控制战略的可行性研讨。3 微电网的分散控制方法以及多分散控制器的协调优化算法，要求每个分布式发电系统根据本人部分的相关信息进展独立的电压调理和频率控制，并按照特定的目的函数优化多个分散控制器的性能，使得系统的总体性能得到最优，并满足各种运转环境下对电压和频率控制的要求。微电网的继电维护微电网的维护与传统维护方式有着根本上的不同：1 潮流的双向流通2 微电网在并网和孤网运转两种情况下，由于馈线分布着多个分布式发电系统，短路电流

41、大小有很大不同。因此，如何在两种运转形状下，对微电网内部缺点做出呼应以及在并网情况下快速感知主网的缺点，同时保证维护的选择性、快速型、可靠性与灵敏性，这是微电网维护技术的关键和难点。在孤网情况下，微电网内分布式电源所能提供的缺点电流大小仅为正常电流的两倍或更小，传统的电流维护安装已不能做出正常呼应或是需求几十秒才干做出反响，这曾经无法满足微电网维护的要求，因此需求采用更为先进的缺点诊断方式。目前，针对单相接地缺点与线间缺点，有专家提出了对称电流分量检测的维护战略。该方法可以以超越一定阀值的零序电流分量和负序电流分量作为主维护的启动值，将传统过电流维护相结合获得良好的效果。对于微电网自动孤网的情

42、况，文献提出了利用三相电压源变流器进展自动式孤岛检测技术。经过电压源的电流控制器的d轴，或是q轴对系统注入一个扰动信号，进展检测。经过对d轴注入信号能调理电压的幅值，但是这种方法会对系统呵斥频率偏移。发电机和负荷类型容量对于维护的深化影响、各种类型分布式发电系统传统小型发电机与基于换流器的微型电源、储能元件对维护的影响以及微电网在两种不同运转方式和不同拓扑网架构造下对于维护的影响等问题均是未来微电网维护战略中值得研讨的问题。微电网的经济性微电网的经济性是微电网技术的推行和开展的重要根据。在经济性运转方面，微电网可以在调度原那么、电能买卖、资源优化配置方面参考大电网运转的知识与阅历，进展优化设计

43、。更重要的是，微电网本身具有很多独特的优势比如针对网内不同用户要求，提供不同程度的电能质量和可靠性效力，向外馈送电能甚至提供黑启动才干等辅助效力等。从目前的研讨来看，微电网技术经济性主要表达在以下三个方面：1 微电网本身的投资及运转的优化微电网优化可以从微电网的能量管理系统完成。能量管理系统运用当地信息来满足当地的热、电、冷的需求、电能质量的要求、主网的特殊要求、需求侧管理要求等，从而决议微电网分布式发电系统的配置运转以及配网所需提供的电能总量。2 微电网经济效益评价和量化微电网的经济效益评价和量化是微电网投资及运转运化的直接表现方式和衡量手段。目前，尚未有效方法将微电网对用户、电力部门以及社

44、会效益全面量化。随着微电网研讨的不断深化开展，微电网经济量化的不确定性将成为重要的研讨课题；3 微电网新的经济特性微电网的经济最优化问题和传统电网有着很大的不同，微电网中的分布式发电单元，电力电子控制设备，储能元件改动了配电网的网架构造以及潮流特性，致使微电网规划不仅要满足电网规划的要求，还要思索到微电网本身的一些新特性。高级配电自动化技术智能配电网系统是智能配用电园区的重要组成部分，它以灵敏、可靠、高效的配电网网架构造和高可靠性、高平安性的通讯网络为根底，支持灵敏自顺应的缺点处置和自愈，可满足高浸透率的分布式电源和储能元件接入的要求，及用户对电能质量的要求。高级配电自动化那么是实现上述目的的

45、关键性支撑技术。高级配电自动化包括运转自动化及管理自动化。前者包括配电运转监视与控制、自动缺点隔离与配电网自愈等内容，是本地自动化、现场设备远程监控与成熟运用分析软件的有效结合；后者包括设备管理、停电管理等。高级配电自动化需求主要依托于以下两个方面的技术开展：1基于SOA的智能配电网体系架构建立智能配电网集合了众多先进技术与先进设备。在运转过程中，不同种类的操作系统、运用软件相互交错，使管理者不得不面临复杂的操作环境。因此，非常必要建立具有公共属性的编程接口和互操作协议。SOA凭仗其松耦合特性，使电网企业可以按照模块化的方式添加新效力或更新现有效力，以满足新的业务需求，进而为电网企业构建智能配

46、电网一致平台提供了更加灵敏的方式，从而真正消除了信息孤岛，实现了信息共享。2企业集成总线设计针对上述复杂的多源信息集成，假设用传统的实现方法，必需开发多个接口，这样不仅使系统变得非常复杂，而且系统维护也会相当困难。因此，有必要提出一种全方位处理方案，即企业集成总线ESB。ESB提供应用户集中的信息管理及获取才干，同时也运用户可以从多数据源获取实时信息，为数据管理和内容发布提供全面的处理方案，其中心功能包括：从异构数据源集成多种格式的信息，包括数据库记录、分散的运用系统、字处置文档等；集中管理、加工信息，经过单个视图组织信息。运用XML定义关联信息并发布信息给任务人员或运用程序；充分利用现有信息

47、根底，包括已有的数据库管理系统、实时数据库、企业运用系统以及配电自动化系统。电动汽车充放电技术电动汽车作为智能配用电园区中的挪动储能单元，一方面在电网顶峰负荷时段由车载电池向电网传输电能，而在电网低谷时段由电网为电动汽车车载电池进展充电，可以有效降低电网峰谷差，降低传统调峰备用容量，提高电网利用效率。同时，电动汽车还能完成需求呼应等电网辅助效力，进一步提高电网配电效率。另一方面，电动汽车还可以有助于配电网吸纳动摇性的可再生能源分布式电源的发电容量。同时，经过低谷时段较低电价充电以及顶峰时段较高电价放电获取直接的经济效益。上述目的的实现需求借助于电动汽车充放电设备及管理系统的开发与研制。电动汽车

48、充放电设备及管理系统的主要功能是为电能互动及信息互动提供实时的信息交换平台，经过监控车辆能量形状、电网运转形状、电网电价及辅助效力计费信息等，为电能根据电网或者电动汽车的需求合理优化双向流动提供信息支持。由于电动汽车接入电网的分散性，由智能电网双向互动效力系统直接与电动汽车通讯并控制其充放电的操作难以直接实现，因此需求在智能电网双向互动效力系统与电动汽车之间建立电动汽车充放电管理系统作为纽带，实现电动汽车与电网间的实时信息交换，根据双方需求合理控制电动汽车的充放电操作。从硬件角度来看，需求并行研讨交流及直流充放电桩。前者主要用于为智能配用电园区内带有车载充放电机的小型电动乘用车进展充电效力，后

49、者那么主要针对环卫、公交等社会公共效力用车提供效力。充放电桩需求具有智能充放电控制功能，可以与充放电管理系统及电动汽车通讯，实时掌握电网运转形状与电动汽车的储能形状，智能地控制电动车的充放电操作。从软件角度来看，需求开发先进的电动汽车充放电管理系统，一方面可以经过充放电设备与电动汽车通讯；另一方面与智能电网相关系统通讯，综合电动汽车与电网的实时形状，根据双方需求合理控制电动汽车的充放电操作。该系统可以担任同一停车区域的交流充放电桩的一致调度管理，也可以担任一个集中充放电站内的直流充放电机的一致调度管理。用电信息采集技术及高级量测体系“互动性是智能配用电园区的最大特征，因此用电信息采集及高级量测

50、系统的建立是实现配用电智能化的关键性技术。用电信息采集系统是高级量测体系构建的根底，而高级量测体系又是用电信息采集系统的拓展。两者联络严密，相辅相成。用电信息采集系统是指对电力用户的用电信息进展采集、处置和实时监控的系统，实现用电信息的自动采集、计量异常监测、电能质量监测、用电分析及管理等功能。用电信息采集系统主要面向电力用户、电网关口等，实现购电、供电及售电3个环节信息的实时采集、统计和分析，到达购、供、售电环节实时监控的目的，是智能用电管理、效力的技术支持系统，为管理信息系统提供及时、完好、准确的根底用电数据。用电信息采集系统从架构层面看主要包括数据采集、数据管理、自动抄表管理、费控管理、

51、有序用电管理、异常用电分析、线/变孙分析、平安防护等功能，覆盖智能电能表、采集终端、主站软件、平安加密、本地及远程通讯等多项中心技术。高级量测体系AMI是用来丈量、搜集、储存、分析用户用电信息的完好网络和系统，主要包括智能电能表、通讯网络以及量测数据管理系统等。AMI是在双向计量、双向实时通讯、需求呼应以及用户用电信息采集技术的根底上，利用智能电能表等，定时或即时获得用户的多种量测信息如电压、电流等，支持用户分布式电源与电动汽车接入和监控，实现智能电网与电力用户的双向互动。高级量测体系由智能安装、通讯网络和数据管理运用软件及相关系统组成，在智能电网和电力用户间建立通讯网络，集成电网企业和第三方

52、的各种业务运用。智能电能表和智能交互终端是AMI的根底单元，发扬着不可或缺的作用，其主要功能如下：分时段双向计量电量、电流、电压、功率及其方向等信息；实现灵敏可靠地双向通讯，支持与电网企业实时通讯，支持智能电器的接入与控制；实现欠费、功率越限、紧急形状的远方断电等功能；定时或呼唤抄表功能，支持用于光伏发电、电动汽车充放电机分布式电源设备等计量信息的抄收；异常用电事件的记录和报告，包括数据篡改、异动及未授权访问的预警及上报等；监视控制机优化管理功能，实现用户分布式电源实时监视控制，电动车用电管理以及微电网优化用电管理等。第二章 分布式电源的任务原理双馈风力发电机双馈风力发电机的根本原理双馈异步发

53、电机可以看作是一个具有翻开的绕线式转子接有外加电压源的传统异步发电机，外加电压源经过变频器引入，变频器对转子回路电流实现频率、幅值和相位的调理，起到励磁电源的作用。双馈发电机除经过定子向电网馈入功率之外，还经过部分功率变频器与电网之间交换转差功率，并可以经过变频器的控制对整个双馈电机的有功功率和无功功率分别进展控制。双馈异步发电机转子的旋转速度nr、转子外加励磁电源产生的旋转磁场相对于转子的旋转速度ne与定子同步磁场的旋转速度ns之间的关系为 2-1当转子转速发生变化时，经过调理转子励磁电流的频率即可保证发电机定子端输出工频电能，当双馈发电机次同步运转时，转子励磁电流相序与定子电流一样；当发电

54、机超同步运转时，转子励磁电流相序那么与定子电流相反；当发电机同步运转时，转子进展直流励磁。 采用这种交流励磁变速恒频的双馈异步发电机系统有如下优点：1 允许原动机在一定范围内变速运转，简化了调整安装，减少了调速时的机械应力。同时使机组控制更加灵敏、方便，提高了机组的运转效率。2 调理励磁电流幅值和相位，可调理发出的有功和无功功率。运用矢量控制可实现有功和无功功率的独立调理。正由于以上优点，使得交流励磁双馈发电机成为变速恒频风力发电领域的主流发电机。双馈风力发电机系统的构造双馈风力发电机如图2.1所示。在双馈风力发电机中，发电机的定子侧直接与电网侧相衔接，转子侧采用三相对称绕组，经过交直交变频器

55、与电网侧相衔接，以提供发电机交流励磁，励磁电流的幅值、相位、频率均可变，其中励磁频率为转差频率。其中交-直-交变频器为双PWM换流器，可实现四象限运转。电网侧换流器的主要义务是保证电流波形和功率因数满足要求以及保证直流母线电压的稳定，转子侧换流器的主要义务是调理有功功率，实现最大风能捕获以及为转子回路提供励磁，调理定子无功功率。风轮机采用变桨距控制，当风速小于额定风速时，桨距角为0，采用最大功率跟踪战略来实现最大风能的捕捉；当风速添加到大于额定风速时，变桨距安装动作，桨距角逐渐变大，将发电机的输出功率限制在额定功率附近。但由于风轮机的转动惯量较大，因此，变桨距安装动作具有一定的时延。图2.1

56、双馈风力发电机系统双馈风力发电机及控制系统的数学模型空气动力学模型由风轮机的空气动力学知识可以得出风轮机的输出功率为 2-2其中，为空气密度，为风轮机叶片的半径，为叶片的扫略面积，为风速，为风能利用系数。为表征风轮机效率的重要参数，是风轮机叶尖速比和桨叶节距角的函数，可表示为。根据贝茨实际，风轮机最大的风能利用系数为0.593。此外，叶尖速比即叶片的叶尖线速度与风速之比，可表示为 2-3其中为叶片旋转的角速度。对于给定的叶尖速比和叶片桨距角，可用下式计算风能利用系数： 2-4其中 由上式根据不同的、计算得到的，也即变桨距风轮机的性能曲线如图2.2所示。图2.2 变桨距风轮机性能曲线由图2.2可

57、以知道，当桨距角为恒定值时，的大小与有关，且仅有一个使最大的叶尖速比，称之为最正确叶尖速比，此时的角速度为最正确转速。因此当恒定时，可用任一条曲线描画定桨距风轮机的运转特性。在某一固定的风速下，随着风轮机转速的变化，叶片旋转的角速度发生大变化，也会相应地变化，从而使风轮机的输出机械功率发生变化。由式2-2和2-3，可以得到风轮机输出功率和风轮机角速度之间的表达式如下。 2-5其中要想使风轮机坚持最大的功率转换效率，必需保证叶尖速比一直为最正确叶尖速比，因此将随着风速的变化而变化。将不同风速时的最大功率点衔接起来，即可得到风轮机的最正确功率曲线，其功率表达式为 2-6桨距角控制模型桨距控制系统经

58、过控制风轮机桨叶角度改动桨叶相对于风速的攻角，从而改动风轮机从风中捕获的风能。变桨距控制在不同的情况下采用不同的战略：a 当风速低于额定风速时，变桨距角控制用于风电机组功率的寻优，目的是在给定风速下使风电机组发出尽能够多的电能。对于变速风电机组，其功率寻优可以经过风电机组的变速来实现，因此当风速低于额定风速时，桨距角通常坚持在0附近，由图2.2可以看出，当为0时最大。b 当风速超越额定风速时，变桨距安装动作，桨距角增大，将风轮机的机械功率限制在额定功率附近，同时可以维护风电机组机械构造不会过载及防止风电机组机械损坏的危险。双馈机的变桨距控制模型采用所运用的电力系统仿真软件PSACD中的风轮机控

59、制模型，其传送函数如图2.3所示。图2.3 变桨距控制的传送函数其中，为电机机械角速度，当发电机类型是异步机时，不需求思索此变量。为速度参考值，为功率参考值p.u，为以电机容量为基准的输出功率标幺值，为增益，、分别为比例增益和积分增益，为增益乘数，为叶片控制器增益积分。此外，MOD2适用于程度轴旋转的3叶片风轮，而MOD5适用于程度轴旋转的2叶片风轮。输入信号为风电机组发出有功功率的丈量值，与最大功率参考值相比较后得出误差信号，输入PI控制器，产生桨距角参考值，再与实践的桨距角比较，桨距角误差信号输入到桨距角控制系统的伺服机构。双馈风力发电机的动态数学模型为简化分析和运用于矢量控制变化，经过坐

60、标变换的方法对双馈发电机的数学模型进展简化。其坐标变换如图2.4所示。 a三相静止坐标系到两相静止坐标系 b两相静止坐标系到两相旋转坐标系图2.4 坐标变换在同步旋转坐标系下，双馈异步发电机的方程如下所示。电压方程： 2-7其中下标为的表示定子量，下标为的表示转子量，表示同步角速度。磁链方程： 2-8其中，为定、转子间互感峰值。转矩方程： 2-9转子运动方程： 2-10其中表示双馈发电机的惯性时间常数，表示阻尼系数。经过以上9个方程的联立求解可准确描画双馈发电机的全部动态行为。双馈风力发电机的矢量控制战略：由于双馈机的定子接在频率恒定的大电网上，定子电阻比电抗小的多，定子电阻上的压降远远小于定