分布式发电及微电网技术11.26

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关键设备: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。
三、国内外研究和应用现状
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目前国外已建成的微网示范工程
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。
MV/LV 电力 荷兰 公司
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。
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。
分布式电源与交流系统的连接
逆 逆 逆 逆
逆逆逆逆
Байду номын сангаас
逆 逆 逆 逆 LC逆 逆 逆

模拟风机



逆 逆 逆 逆 逆 逆 逆 逆 LC逆 逆 逆

微型燃

气轮机


逆 逆 逆 逆 逆 逆 逆 逆 LC逆 逆 逆
核 心 技 术与关键设备
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。
微电网基本结构
偏远地区微网
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 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 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 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 的消耗。它具有如下好处:整 合可再生能源发电、降低温室 气体排放和需求侧管理。主要 运行方式为IG。
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,进行孤网运行测试。
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。
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美国微电网的研究
现有成果 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) 控制系统的鲁棒性,既能控制DG的 出力,又能控制线路的潮流 得到了一个试验系统中柴油机组的控 制方法
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美国微电网的研究
CERTS微电网概念的拓展 在DG附近配置储能系统,有利于维持系 统功率平衡 仿真验证了储能系统和电力电子接口控制 策略的有效性
1. 下降曲线控制
微电源控制器:基于本地信息 传统控制方法
P-f下降曲线 Q-V下降曲线
P

3 2
VE X
sin

p
Q

3 2
V X
(V
E cos p )
p V E
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2. 功率管理策略(PMS)
功能 有效地在微电源之间分配负荷的有功和 无功功率需求 对于系统运行方式变化引起的扰动快速 响应 决定微电源的最终功率参考值以平衡功 率和恢复频率 使孤网运行的微电网与大电网重新同步
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 微电网的运行机理分析
并网、孤网及相互切换过程 黑启动
稳定性分析
静态稳定、动态稳定和小干扰稳定性分析
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微电网的控制
微电源的控制策略 微电网的控制结构:分层控制
并网控制策略 孤网控制策略 并网-孤网相互切换控制策略
微电网的能量管理
微电网基本结构
微电网按照结构可以分为三种类型:片区微网、工商业微网、偏远地区微网
片区微网
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 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 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 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 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 电能质量等辅助服务。
Mad River 公 园
美国范特 6个商业和工业厂区,12个居民区,280kW、100kW发电机,30kW
蒙特
MT,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
的场合(个性化供电) 5.提高电网整体抗灾能力和灾后应急供电能力 6.提高能效
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应用前景
1.各级电网:包括国家电网、区域电网、省网 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。
2.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 机制和平台。
Manhei m微 网
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。
CESIRI CER CA 试验 公司
意大利 米兰
Boston Bar IPP
加拿大
Hachino he计 划
日本八 户
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。
分布式发电及微型电网技术 研究应用现状及发展趋势
国网电力科学研究院 2009年4月
主要内容
主要内容
一、技术背景 二、技术简介 三、国内外研究和应用现状
四、最新进展和技术发展趋势
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一、技术背景
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目的和意义
1.最大可能地接纳分布式电源(DG)的接入 2.智能电网的有机组成部分 3.农村电气化 4.提高供电可靠性:对电能质量有特殊要求
美国微电网的研究
CERTS微电网示范网络 包括光伏发电、微型燃气轮机和燃料电池等微电 源 能量管理器:实现对整个微电网的综合分析控制 潮流控制器:实现对微电源的就地控制 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
连接在馈线A上的敏感负荷采用光伏电池供电 连接在馈线C上的可调节负荷采用燃料电池和微燃气轮
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微电网基本结构
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 的一部分,负荷通过分布式电 源供电。根据微电网的运行特 性,微电网可能通过PCC连接到 大电网并网运行,也可与之断 开进入孤网运行模式(Isolated
Grid,IG)。当微电网并网的 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 于大电网的模式(Grid Dependent, GD)和独立于大电网的模式 (Grid Independent,GI)。 GD与GI模式的区别在于微电网 与大电网之间是否有功率交换。
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欧洲微电网的研究
Microgrid计划(2001-2005) 由欧盟7个国家、14个组织合作开展 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 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 这些理论进行了验证
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机混合供电 连接在馈线B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
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美国微电网的研究
CERTS微电网的关键特性 系统故障时候能孤网运 行,系统恢复后自动并 网,从而实现各种工况 下对用户的持续无差别 (特指电能质量)供电 将用户和分布式电源集 成,对系统而言是一个 独立自治的单元 “对等” 概念( peerto-peer ):各个元件地 位对等,不存在主控制 器或中心储能单元 “即插即用” 概念( plug-and-play):各个 微电源可以在微电网的 任一点接入而无须改变 微电网的控制策略
欧洲微电网的研究
分层管理和控制系统 微电网通过位于中压/低压变电站的微电 网中央控制器(MGCC)进行管理和控 制,MGCC具有经济性管理和控制等功能 系统的第二层,控制器位于负荷侧(负荷 控制器,LC)或微电源侧(微电源控制 器,MC),它们之间通过MGCC交换信 息,而MGCC通过设定LC和MC的参考点 控制微电网的运行
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欧洲微电网的研究
More Microgrids计划:20062010
其参与国家增加到11个,组织达到 22个
包括微电网、储能、风力发电、小 水电、CHP、小型柴油机和可切 除负荷等
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 的大规模接入以及传统电网向智能 网络的过渡
3.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 电,保证供电可靠性。
4.研究单位:作为微电网技术体系理论及应用 的一个新的研究分支。
二、技术简介
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微网定义
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 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,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 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。
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3.3kW/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。
EDP微型 电力 葡萄牙 公司
日本的微电网研究
日本:NEDO 建设了微电网示范工 程,包括含多种可再 生能源的区域电网、 含有多个DG的配网 设备和提供不同电能 质量的新型电力网络 以及进行功率控制的 并网太阳能和风力发 电系统 目前得到了一系列的 并网和孤网的运行结 果
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四、最新进展和技术发展趋势
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微电网基本结构
工商业微网
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 可靠性和电能质量。该类微电网能够提 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 电网同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 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 用户定制的多种分布式电源供电。该类 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; 整合CHP和需求侧管理。运行方式有GD、 GI和IG,当大电网故障或者电能质量不 满足要求、电价较高或者系统维修时从 GI模式切换到IG模式。
美国微电网的研究
2002年首次提出CERTS微 电网的概念 包括3条馈线A、B和C
及1条负荷母线,整体 呈辐射状结构 馈线通过主分隔装置与 配电系统相连,可实现 孤网及并网运行模式的 平滑切换 IEEE P1547标准规定, 在PCC处,微电网的各 项技术指标必须满足预 定的规范
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主要研究先进的微电源控制技术、 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
现场测试及其对电力系统的影响等
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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 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
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