【《分布式发电与微网简介概述》4300字】

VI分布式发电与微网简介概述一、分布式发电的概念与类型电力体制改革与时俱进。进入21世纪，电力系统逐渐发展成为集中发电和远距离传输的大规模互联网络系统。但所谓“大机组、大功率、高电压”的电网结构缺陷也表现出来:成本高且运行困难，灵活不能跟踪负荷变化且局部事故容易扩大，因此单纯扩大电网规模显然不能满足用户对供电可靠性和电能质量越来越高的要求。与此同时，随着国民经济的快速增长，能源问题日益突出，环境污染日益严重。各国都在努力寻找一种高效利用能源、减少环境污染的方法。因此，经济、高效、可靠的分布式发电技术应运而生。分布式发电或分布式发电是指利用各种可用的、分散的能源，在用户附近安装小型发电设备，进行发电和供能的系统。其发电能力通常小于50MW。目前，我们的分布式一次能源包括太阳能、风能、生物质能、小水能、地热能、海洋能等可再生能源，以及内燃机、微型燃气轮机、燃料电池、热电联产等不可再生能源。分布式发电技术的主要特点是灵活性、经济性和环保性。但是，部分可再生资源的可持续性和稳定性不够好，难以满足负荷的功率平衡，其他电源也不需要协同使用。目前比较成熟的分布式发电技术可分为以下几种类型:（一）风力发电风力发电完全依靠风力，风力是清洁的，但不是很可靠。风力发电可分为离网发电和并网发电两类。离网风力发电是指风电机组输出的能量由电池储存，然后供应给用户。并网风力发电是在风力资源丰富的地区，按照一定的风力涡轮机布置，作为风电场，将所有的电力通过变压器送入电网。并网风电场具有规模大、安装集中、控制集中等特点，是风力发电规模化发展的主要形式，也是近年来风力发电发展的主要趋势。然而，由于风力发电具有极强的不可逆性，风电场的工作波动较大，风力发电在一定程度上对设备造成损害，因此风力发电的发展需要一些技术突破。（二）太阳能发电目前，太阳能发电主要利用半导体材料的光能太阳能效应来发电，直接将太阳辐射转化为电能。根据太阳能光伏发电系统是否并网，可分为光伏并网系统和独立运行系统两类。独立光伏发电系统需要电池作为储能装置，主要用于人口分散的地区和没有电网的偏远地区，如高原地区的移动基站和牧场上的牧民。在有公共电网的地区，光伏发电系统接入电网。光伏发电具有无需燃料消耗、规模灵活、不受地域限制、安全可靠、无污染、维护简单等优点，但光伏电池的光电转换效率较低。当然，光伏电池的运行受到空气洁净度和阳光强度的影响，光伏发电的成本较高。（三）生物质能发电生物质能发电是指利用生物质能，如农业、林业和工业废物，甚至城市废物，通过直接燃烧或汽化将生物质能转化为电能进行发电。生物质能是世界第四大能源，仅次于石油、煤炭和天然气。它具有储量丰富、污染低、分布广泛等优点。它是一种发电成本低、易于控制的可再生能源。环保综合利用效果好。其最大的缺点是能量转换低，且生物质燃料难以获得、存储和供应，因此生物质发电的容量和规模受到限制。（四）燃料电池发电燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置。一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能在恒定温度下直接转化为电能而不燃烧的发电装置。燃料电池按电解液可分为聚电解质膜电池、碱性燃料电池、磷酸燃料电池、固体电解质燃料电池和熔融碳酸盐燃料电池。磷酸燃料电池(PAFC)是目前比较成熟和商业化的燃料电池。燃料电池具有效率高、不受负载变化影响、清洁、无污染、噪音低、安装方便、经济等优点。当然，燃料电池的成本很高，目前的技术还不成熟，大规模的应用还没有启动。（五）微型燃气轮机发电微型燃气轮机是以天然气、甲烷、汽油、柴油等为燃料的超小型蒸汽轮机。其发电效率可达30%，如果实行热电联产，效率可提高到75%。微型燃气轮机(MGT)具有体积小、重量轻、发电效率高、污染小、操作维护简单等特点，是目前最成熟和具有商业竞争力的分布式电源之一。与传统的大型电网相比，分布式电源具有以下优点:①节能效果好;(2)环境污染少;③良好的灵活性;④良好的经济;⑤供电可靠性高。二、分布式电源并网对配电系统的影响由于分布式电源容量小，一般并入配电网。分布式电源的接入使得配电系统从单一电源辐射网转变为多电源、多用户的互联网络，对传统的配电系统产生了巨大的冲击，表现在以下几个方面:（一）对配电网规划运行的影响传统配电网的潮流是单向的。接入分布式电源后，潮流的大小和方向可能会发生很大的变化，从而使稳态电压也会发生变化。接入分布式电源后，原有的调压方案可能无法满足电压要求。此外，分布式电源的位置和容量也对电网损耗有直接影响。随着大量分布式电源的接入，使得配电网规划者更难准确预测负荷增长，影响后续规划。（二）对继电保护的影响在单源辐射供电网络中，由于只有一个电源提供故障电流到故障点，故障清除可以通过简单地跳过系统侧的断路器来完成。引入分布式电源后，配电网成为一个多电源系统，故障电流的大小、持续时间和方向都会受到影响。因此，分布式电源对配电网原有继电保护会产生很大的影响，可能导致原有保护装置误操作或拒绝操作。（三）对电能质量的影响由于分布式电源的启动和停止由用户根据自己的需求,尤其是在数量和总量的增加将来的分布式电源,其并网和离线可能导致电网的电压波动。另外，分布式发电的接入使用了大量的电力电子设备，在并网时可能产生谐波，从而影响电网的电能质量。（四）对系统可靠性的影响分布式电源无论是作为集中电源同时供电还是作为备用电源，对供电的可靠性都起到了积极的作用。然而，分布式电源也可能对系统的可靠性产生负面影响。如果分布式电源和配电网继电保护之间的配合不好，继电保护就会误操作，系统的可靠性就会降低。安装位置、容量和连接方式不当也会降低配电网的可靠性。三、微网（一）微网的概念分布式电力虽然有很多优点，但其运行成本高、发电量波动等缺点也不容忽视。同时，与大电网相比，分布式电源是一种随机、不可控的电源，所以大系统往往采取限制、隔离的方式来处理分布式电源，以减少其对大电网的影响。为了协调大电网与分布式发电之间的矛盾，充分发挥分布式发电的经济效益，微电网(简称微电网)的概念最早在美国提出。微电网是由微电源(分布式电源)、电力电子设备、储能设备和负载组成的小型发电配电系统。微电源负责能源供应(电、热);电力电子设备负责能量转换并提供必要的控制;储能装置提供足够的能量储备，以保证负载的正常运行。（二）微网的结构图1-3为微电网的典型结构，可分为微电源、储能装置、电力电子控制装置和负载等。图中包括3条馈线A、B、C和1条负载母线。整个网络呈放射状结构。馈线A包含多个分布式电源(DG)、负荷(由敏感负荷和热负荷组成)、储能装置等。靠近热负荷的DG提供电能和热能。馈线C由多个分布式电源、敏感负载和储能装置组成。馈线B只包含非敏感负载。当A、C馈线的敏感负荷联网时，电网和DG共同供电以满足各自的负荷要求;当电网发生故障时，DG将独立供电满足其负荷需求，以确保敏感负荷供电的可靠性和安全性。当网络连通时，非敏感负载正常工作。一旦微网超载岛运行，可切断馈线B的电源，保证对敏感负载的供电。图1-3微网的典型结构（三）微网的运行与控制微电网通过隔离变压器和静态开关与配电网相连。它有两种运行模式:一般将微电网与传统配电网并联运行，称为电网模式;当电网出现故障或电能质量不达标时，微网会及时脱离电网独立运行，称为孤岛模式。在联网模式下，负载既可以从电网获取电能，也可以从微网获取电能，微网既可以从电网获取电能，也可以将电能传输给电网(按照接入电网的标准)。在孤岛模式下，微网应能够维持自身的电压和频率，以保证微网自身的正常运行。两种模式之间的切换必须平稳快速。微网在运行过程中需要保证用户对电能的质量需求，包括供电电压的稳定和频率波动的基本稳定。为了达到这一要求，我们需要对微电网进行控制来实现。目前，微电网中常用的总体控制策略有主从控制和点对点控制。主从控制对不同的DG采用不同的控制方法，赋予其不同的功能。其中一个主要的电源是用来检测电网中的各种电量。通过通信线路协调其他下级DG的输出，实现整个微网的功率平衡。等效控制是对每个DG采用相同的控制，DG之间的piconet关系是相等的，任何DG在接入或断开时，其他机组设置都不需要修改，且微电源之间没有任何通信链路，采用局部变量进行控制，使微网实现了“即插即用”的功能。在微网分布式电源中，一般采用逆变器作为接口接入方式。直流侧连接电源，交流侧连接网络或负载。因此，分布式电源的输出电压和电流的频率和幅值由接口逆变器的控制方法来决定。逆变器分布式电源常用的控制策略有PQ控制、下垂控制和V/F控制。1.PQ控制PQ控制是一种恒函数控制，其目的是使分布式电源输出的无功功率和有功功率等于其期望功率。这种控制方法要求发电机组在系统中保持电压和频率，但对电网电压和频率没有直接的调节作用。微电网中的负荷波动、频率和电压扰动由大电网承担，多应用于组网模式。2.下垂控制下垂控制是基于分布式电源的有功功率与频率、无功功率和电压幅值呈线性关系的原理。该控制方法可以在不需要微源间通信的情况下实现岛下微网的功率平衡和频率统一。它类似于传统大型电力系统的一次调频过程，常用于微电网的对等控制策略中。3.V/f控制V/F控制又称恒压恒频控制，其控制目的是使分布式电源的输出电压和频率保持不变。该控制方案可以为微电网提供强大的电压和频率支持，并具有一定的负荷跟随特性，主要用于孤岛模式。这种控制方法类似于传统大型电力系统的二次调频过程，常用于微电网的主从控制策略中。（四）微网的发展现状与展望微网作为继输电网和配电网之后的第三级电网，有效地连接发电侧和用户侧，能够灵活接入大量分布式能源，积极参与电力系统的运行优化。其特点适应了电力发展的需要和方向，具有广阔的发展前景。近年来，欧洲国家、美国、日本、加拿大等国家都开展了微电网的研发和示范工程建设工作，有关微电网的理论和实验研究都取得了一定的成果。欧盟第五和第六研究框架对微电网控制及相关标准制定进行了深入研究。美国还建立了CERTS、NREL、GE、MadriveR等系列微网示范项目，研究微网的定义、结构、控制和效益分析。在日本，新能源和工业技术发展组织(NEDO)已经成立，研究结构、控制策略和热电联产。国内相关研究机构和高校依托“金太阳示范工程”和“973863科技攻关工程”，对微电网的概念和关键技术进行了理论研究。还建成了