2023面向低压配变台区的微电网技术

1面向储能和新型配变台区的微电网技术一、分布式光伏并网对配电网的影响二、微电网技术在配变台区中的应用三、面向微电网技术的核心成果2一、分布式光伏并网对配电网的影响3大型风电场大型光伏电站屋顶光伏屋顶光伏燃气三联供燃气三联供小型风机屋顶光伏在输电网侧：新能源接入以大规模集中式为主。在配电网侧：国家密集出台支持分布式发电的政策，分布式电源4大量并网已成不可阻挡之势。【我国新能源开发的格局】习近平总书记提出推动能源消费、供给、技术和体制四方面的“革命”，必须从当前做起，加快实施能源领域的重点任务和重大举措。为适应能源供需格局的新变化，积极应对分布式新电源并网，开展分布式电源灵活友好并网与微电网技术攻关和示范工程建设。分布式光伏并网对配电网的影响分布式光伏并网对配电网的影响针对大规模分布式光伏发电接入配电网带来的诸多问题，在众多解决方案中，集中或分散的配置一定容量单一或混合储能，是对光伏间歇性进行多时间尺度平抑、改善电能质量、提高经济效益最直接的手段。目前已有一些将储能技术应用于配网中的成功案例。分布式发电储能分散配置储能集中配置5分布式光伏并网对配电网的影响针对大规模分布式光伏发电接入配电网带来的诸多问题，在众多解决方案中，以微电网/微网群的形式进行统一管控，是保证大量光伏有序接入、有序消纳的有效途径。目前已有很多用微电网来解决分布式电源无序接入中低压配电网带来负面影响的案例。微电网多微电网ACDCDCACDCACDCACACDC风力发电光伏发电其他形式DG储能负荷交流母线分布式发电67二、微电网技术在配变台区中的应用微电网典型特征《关于印发新能源微电网示范项目名单的通知》（发改能源〔2017〕870号）：新能源微电网的可再生能源电力渗透率（可再生能源发电装机容量/微电网内峰值负荷）应不低于50%；清洁能源电量自给率（清洁能源发电量/园区总用电量）应不低于50%；微电网与主网单一并网点交换功率不得超过与大电网连接变电站的单台变压器容量等。《推进并网型微电网建设试行办法》

2017-7注：（分布式发电的年发电量不宜低于微电网总发电量的30%）8微电网与传统电网的区别9微电网内可再生能源发电渗透率高于传统电网，且往往配置储能微电网内部电源以电力电子接口型分布式电源为主，系统表现出低惯性、弱阻尼的特征，系统抗扰动能力较差微电网过载能力较差、且底层单元响应迅速，需将系统划分为多重运行模式进行精细化控制微电网为适应电力电子装置的敏捷控制，更适合开展扁平化、易拓展的控制架构。谐波、环流、三相不平衡等电能质量问题突出微电网在电网中的定位与作用微网将原来分散的分布式电源进行整合,

集中接入同一个物理网络中,

并利用储能装置和控制保护装置实时调节以平滑系统的波动,

维持网络内部的发电和负荷的平衡,

保证电压和频率的稳定。最大程度接纳分布式电源微网同时满足供电、供热、制冷、湿度控制和生活用水等多种需求,提高了能源的利用效率;此外,

储能单元的参与,有利于对系统内部的能量进行调节控制,

高效、合理地利用能量。节能降耗，提高能效在中国农村适合的地区,

应以户、村为单元组成不同规模的微网,根据当地的实际情况采用合适的分布式电源。解决无电地区供电微网具备实时在线监控的预警能力，提高微网内部负荷供电的可靠性。满足用户对供电可靠性的个性化需求微网能够独立运行,

可以迅速与大电网解列形成孤网

,

保证重要用户的不间断供电。在灾害多发地,

组建不同形式和规模的微网,能在灾害后迅速恢复对重要负荷的供电,

具有黑启动的能力。提高电网整体抗灾能力和灾后应急供电能力微网自治运行的特点与智能电网的自愈相类似；且都需要根据用户的信息进行动态调整,

实现供需平衡和优化运行；微网是智能电网安全防御和抵御自然灾害体系的重要组成部分；都能够满足未来用户需求的电能质量；都允许接入多种发电和储能单元。智能电网/能源互联网的重要组成部分10当前微电网的两种控制架构微电网控制架构1基于预测数据，建立优化模型，制定日前与超短期调度指令并下发控制器对系统控制模式进行管理，应对功率缺额进行二次调整微网PCC光伏发电微网通讯线路配电网

在设备层响应超短期调度进行实时控制，并根据功率突

变进行实时平衡 配网调度层集中控制层就地控制层风力发电微网能量管理系统微网集中控制器逆变器测控保护装置断路器储能电池

电能质量治理装置

负荷微电网并网点保护

电力传输线路ms~s级s级、m级、h级m级、h级控制系统采用集中管理和分层控制的思想，对整个系统中的设备进行分层/分级控制。解决分布式光伏、储能及负荷的协调控制，保证微网内功率自治平衡，进而进行优化调度。11当前微电网的两种控制架构型，制定日前与超短期调度指令并下发各终端设备对系统控制模式进行管二次调整各单元基于本地信息进行自主调节与模式切换，通过分布式光伏发电微网通讯线路负荷配电网配网调度层集中控制层就地控制层风力发电微网能量管理系统微网集中控制器逆变器测控保护装置断路器储能电池

电能质量治理装置微电网并网点保护

优化计算达到整体优化的目标

电力传输线路ms~s级s级、m级、h级m级、h级微电网控制架构2控制系统采用分散-自律的控制思想，各并网变流器根据本地信息进行自主调节及模式切换，通过分布式计算共同承担系统内功率的变动。各终端单元的投切不改变系统运行策略，且可扩展性强。基于预测数据，建立优化模基于各变流器终微端网PCC设备和上层系统理，的应对两功率层缺额架进行构12储能技术在微电网中的应用模式储能系统在配电网中的应用模式削峰填谷电压支撑电压支撑电动汽车接入配电网备用电源备用电源接入微电网13储能技术在微电网中的应用模式储能技术在微电网中应用模式1提高对间歇性能源的接纳能力应用需求：抑制间歇性能源的波动性，使微网内发电和负荷同步储能类型：蓄电池储能技术要求：较快的响应速度储能容量应满足平抑电源波动的需求技术参数：动态响应时间：20ms~数秒储能容量：视间歇性电源容量而定，一般为几十kW~几MW应用案例：河南郑州财专光储微电网电源组成：光伏380kW储能选型：2

×100kW/100kWh锂电池储能14储能技术在微电网中的应用模式储能技术在微电网中应用模式2应用需求：提高微网内电源出力的稳定性，提供功率支撑储能类型：蓄电池储能技术要求：较快的响应速度储能容量应能满足重要负荷的需求技术参数：动态响应时间：<20ms储能容量：视微网内重要负荷大小而定，一般为几十kW~几MW应用案例：东福山岛离网型风光储柴微电网电源组成：210kW风机、100kWp光伏及200kW柴油机储能选型：2000Ah蓄电池提高孤岛微网的稳定性15储能技术在微电网中的应用模式储能技术在微电网中应用模式3改善电能质量应用需求：提供快速功率缓冲，解决瞬时停电、电压骤降、电压波动等问题储能类型：超级电容、飞轮储能、超导磁能技术要求：较快的响应速度较高的循环寿命技术参数：动态响应时间：<20ms循环次数：>50000次应用案例：美国Palmdale微电网电源组成：风机950kW，燃气轮机200kW，水轮机250kW，柴油机800kW储能选型：超级电容450kW16储能技术在微电网中的应用模式储能技术在微电网中应用模式4应用需求：用电低谷时存储电能，用电高峰时放电以减少峰时微电网的供电压力储能类型：蓄电池储能技术要求：技术参数：较大的储能容量较高的循环寿命储能容量：一般为几十kW~几MW循环寿命：>5000次应用案例：日本Kyotango微电网电源组成：燃气轮机400kW，燃料电池250kW，风机50kW储能选型：

100kW铅酸蓄电池提高电能利用效率17结合储能技术的台区微电网综合案例国家电网公司智能电网第二批试点项目位于内蒙古陈巴尔虎旗赫尔洪德移民村，为偏远地区100户牧民生活及生产提供优质电力分布式电源接入试点及风光储并网型微电网赫尔洪德移民村项目背景分布式电源：风电50kW，光伏110kWp储能：42kW/50kWh锂电池负荷：100户牧民生活用电负荷140kW，奶牛生产基地用电负荷30kW系统配置18蒙东赫尔洪德智能电网试点工程储能装置50kWh光伏阵列50kWp风力发电机20kW东乌珠尔35kV变电站箱变35/0.4kV630kVA赫尔洪德移民村35kV配电化线路，全长54.3km光伏阵列30kWp光伏阵列30kWp风力发电机30kW分布式电源东村76户 备用配电网系统西村24户 奶站微电网系统分布式电源分组居民负荷分组蒙东项目架构示意图19站用电源分布式发电、配电网与负荷的优化分组设计方案，实现多态运行模式和灵活网络结构；基于自平衡和自平滑理论的控制方法，通过自平衡度控制与电网协调互动，通过自平滑度控制减少功率波动对电网冲击；动态自适应式双向电流保护控制方法，实现多类型微源的“即插即用”高效兼容，实现微电网快速保护与运行控制。结合储能技术的台区微电网综合案例结合储能技术的台区微电网综合案例分布式电源35kV/0.4kV箱变并网运行微电网离网运行独立供电并网运行与微电网联合离网运行分布式电源、微网联合并网运行基于储能的灵活运行20A、电网独立供电模式：

削峰填谷、平抑波动B、分布式电源并网模式：平抑波动、提升接纳能力主动调节、经济性电网友好、安全性C、分布式电源离网模式：改善电能质量、提高电能利用率绿色高效、稳定性D、微电网模式：电压支撑、频率支撑 保障支撑、适用性E、并离网转换模式：改善电能质量、保障系统稳定 平滑过渡、可靠性国内微电网示范工程概况天津中新生态城微电网东澳岛风光柴储智能微电网21北京左安门智能小区微电网河南财专光储微电网江西共青城/扬州智能电网综合示范工程青海省玉树分布式光水蓄互补微电网西藏阿里地区微电网新奥能源生态城微电网吐鲁番新能源微电网蒙东太平林场微电网试点工程浙江鹿西岛微电网厦门五缘湾小区微电网蒙东陈巴尔虎旗微电网交直流混合微电网实验室小水电

/光储微电网群浙江南麂岛微网能源互联网+国内微电网示范工程概况22序号工程名称建成时间序号工程名称建成时间1河南财专光伏储能项目201016吐鲁番新能源微电网20122珠海市东澳岛风光柴储智能微电网201017蒙东陈巴尔虎旗微电网试点工程20123天津生态城二号能源站综合微电网微电网201118蒙东太平林场微电网试点工程20124天津生态城公屋展示中心微电网201119东福山岛风光储柴项目20125承德生态乡村风光储智能微电网201120西藏阿里光伏储能项目20126西安世园会微电网试点201121常熟离网型微电网市政平台20127南京供电公司科技综合楼微网控制风光储系统201122嵊山岛再生能源多能互补独立电力系统示范工程20128ATL宁德新能源科技园区风光储能项目201123金风亦庄微电网20129河南光伏储能联合微电网系统（ATL/国网）201124青海省玉树州杂多县微电网201210东莞市松山湖国家高新科技园区风光储能项目201125吐鲁番屋顶光伏电站201211常州天合光伏储能项目201126张北风光储微电网201212北京左安门公寓智能小区分布式电源及微电网201127新奥能源生态城201213浙江分布式发电储能及微网接入控制试点201128北京未来城微电网试点201214西藏日喀则地区吉角村微电网201129南麂岛微网项目201315江西电科院微电网201230厦门五缘湾微电网2013国内微电网示范工程概况23序号工程名称建成时间序号工程名称建成时间31青海省玉树分布式光水蓄互补系统201346扬州经济技术开发区智能电网综合示范工程201332上海BMW研发中心智能微电网项目201347西藏阿里地区狮泉河水光储互补微电网201333辽宁电力会议中心微电网201348西藏那曲地区丁俄崩贡寺微电网项目201334大连博融公司智能微电网项目201349珠海市担杆岛微电网系统201435北京新能源产业基地201350浙江鹿西岛微电网201436万山海岛新能源微电网示范项目201351海南光伏智能微电网201437海南独立光伏智能微电网项目201352宿迁戴场岛微电网201438青海省海北州祁连县离网型微电网项目201353北京延庆智能微电网201439青海省南州共和县离网型微电网项目201354西藏阿里地区措勤县微电网示范工程201440中节能青海治多县2.4Mw微电网201355国网河北省电科院光储热一体化微电网201441海南三沙市永兴岛500kw独立光伏微电网201356福建湄洲岛储能与微电网201442中科大先进技术研究院500kw园区微电网201357江苏大丰市风电淡化海水微电网201443青海门源光伏储能项目201358珠海万山海岛新能源微电网示范项目201544浙江瑞安北麂岛1.5MW金太阳项目201359山东长岛微电网201545江西共青城智能电网综合示范工程201360长沙高新区微电网示范基地（计划）2015微电网技术的未来发展趋势_124未来微电网将向综合能源网发展，将电力、燃气、水务、热力、储能等资源捆绑为整体资源，实现电网络、热网络与冷网络三个彼此耦合，统一解决有关能源的有效利用和调峰问题。相较热网络和冷网络，电网络具有易互联、损耗小、传输快等特点，将成为来综合能源网的核心，也给电网发展带来机遇。分布式发电技术储热技术储能技术大数据互联网技术物联网技术未来微能网云储能技术冷热联供技术多能互补技术微电网技术的未来发展趋势_2未来微电网将向多个微电网集群的形态发展，随着分布式电源井喷式、分散式、小容量接入，多个微电网将共存于区域配电网中，多个配电网通过广域对等互联和自治消纳控制可最大程度适应大规模分布式电源接入配电网的动态特性，提高能源利用效率。25微电网技术的未来发展趋势_3未来微电网将结合虚拟同步机技术，从根本上改变微电网内部低惯量、弱阻尼的缺陷，提高微电网抗扰动能力和暂态性能，实现微网系统内终端单元的即插即用。虚拟阻抗重塑前后PCC处电压电流THD对比虚拟同步控制效果虚拟同步发电机输出频率f/Hz00.24949.55050.5VSG控制转动惯量自适应控制0.4

0.6

0.8

1

0

0.2t/s00.20.40.60.810.4

0.6

0.8

1t/s转动惯量J/kg.m2自适应惯量控制前后频率和转动惯量对比10ms/div100V/divabcu20A/divPCCiuabc100V/div10ms/diviPCC20A/divACDC充放电控制电压 电流电网滤波器同步逆变器DC储能单元同步逆变器控制器

测量、保护、监控、通信、接入控制及管理、用户服务等常规功能自动同步（无缝切换）、追踪电网/定功率输出双模运行、阻抗检测与重构、辅助电能质量治理、故障穿越控制高效充电（MPPT）放电（虚拟惯性）一次能源+-DC双向变换器DCBuck-BoostDC储能双向直流控制器CucLs,Rs

i

u Lg,

Rga

ai ub biceaebecRf,

Lf+++sR,

Lubb-axis+ufMNMM虚拟同步发电技术RotorField

Axisθa-axisia

auauccic

c-axisb

ibRs,

LRs,

Lθ=

0if并网逆变器同步发电机26台区微电网技术台区微电网的概念以配电台区供电区域内的各类传统负荷、包含蓄冷蓄热和电动汽车在内的可控负荷、分布式光伏为基础，配置一定容量的储能设备，构成微电网，实现配电低压台区内“网-源-荷-储”的灵活互动、协调控制和能量优化，满足分布式光伏的就地高效消纳、负荷的友好互动，提高供能品质和可靠性。风电并网点快速开关磷酸铁锂电池光伏负荷AC380V10kV/380V10kV线路储能逆变器风机控制柜

光伏逆变器KK1K2K3L1L2L3电动汽车并网点快速开关光伏光伏逆变器负荷AC380V10kV/380VK电动汽车台区综合能源控制器台区微电网1台区微电网2台区综合能源控制器能量流27

信息流台区微电网技术台区微电网控制方案及控制目标“台区内自治”-“台区间协同”-“与主网协调”的三层控制架构构架利用储能、蓄冷、蓄热、电动汽车等可控单元，通过协调控制最大程度保证台区内功率实时平衡，实现自治控制敏捷台区内控制高效台区间协调通过台区间协调互济，进一步消纳大规模分布式光伏的接入。协同与主网交互通过台区-主网两级联合调度，

实现“源-网-荷-储”协同，提升消纳能力，实现系统多目标优化。本地平抑就近消纳电源外送主网交互台区间台区内28台区微电网技术台区微电网控制架构及控制系统29上级电网10kV/0.4V台区微电网技术微电网技术最大程度实现了台区内自治平衡，自治平衡程度一方面取决微网内各单元的配比，另一方面取决于中央控制器制定的策略。A.

台区内：自治消纳控制-提高台区内的消纳能力，实现自治控制台区内通过配置储能或混合储能系统，基于时域或频域的平抑算法，可最大程度平滑规模分布式光伏并网输出功率的波动性，减小台区微电网与主网交换功率的大小和波动性，最大程度实现台区内规模分布式光伏的最大化消纳，实现台区内功率自治控制。30台区微电网技术台区间通过广域对等互联和自治消纳控制对内可最大程度适应大规模光伏接入配电系统的动态特性对外可实现更多辅助服务功能，

以群的方式参与系统优化31台区可独立运行也可参与台区间集群调控台区间集群调控系统作为台区调控系统的延伸，

即在原有控制架构上叠加一层台区集群调控层B.

台区间：功率协调控制-进一步提高接纳能力，实现集群控制台区微电网技术32C.

与主网交互：协同优化控制-作为决策变量参与系统多目标优化配电网层级定制优化配电网EMS参与系统最优潮流计算参与系统削峰填谷工作参与系统调压服务台区微电网等效为PQ节点，作为决策变量参与系统最优潮流计算，达到网损最小、母线电压总偏差最小等优化目标。台区微电网技术配电网层级定制优化配电网EMS参与系统最优潮流计算参与系统削峰填谷工作参与系统调压服务台区微电网等效为PQ节点，在台区负荷高峰期输出功率、在低谷区输入功率达到整个台区削峰填谷的运行目标。0510152040353025455055时刻负荷/MW填谷削峰C.

与主网交互控制模式及控制策略33台区微电网技术配电网层级定制优化配电网EMS参与系统最优潮流计算参与系统削峰填谷工作参与系统调压服务黑启动能力孤岛运行配电网因主网发生故障失去电压频率支撑后，通过孤岛划分，各子区域由台区微电网作vf节点来支撑子区域电压。C.

与主网交互控制模式及控制策略3435三、面向微电网技术的核心成果35虚拟同步逆变器控制逆变一体机移动储能装置DG即插即用装置领先的解决方案装置控制系统 软件设计分组优化配置模式最优组合系统优化配置统一协调控制器电力电子变压器功率预测软件能量优化软件交直流混合供电系统分布式广域管控系统高效、可靠、安全、智能、经济36虚拟同步发电机R,

L+++sR,

Luaubb-axis+ufMf

fNMMRotorField

Axisθia

auccic

c-axisbibRs,

LsR,

Lθ=

0a-axisifuCLg,

RgbucLs,