分布式发电与微电网
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- 28 -
分布式发电优点（续）
（5）经济：能源综合利用，提高能源利用效率（60%90%）。电、冷、热三联产，为能源的综合利用提供了可 能，具有较高的能源利用率。
（6）由于分散式发电装置工作流程简单，参与运行的系统少， 因而启动和停机快速，与电网配合使用时具有良好的调峰 性能，且便于实现全自动控制。（“即用即插式”，“友 好发电方式”）
• 网络拓扑 • 潮流计算 • 状态估计 • 稳定性分析 • 短路计算 • … … ….
－－“电力系统博大精深！”
- 10 -
电网的发展方向
• 区域电网互联－－坚强智能电网 • 微型电网（微电网）
– 接入配电网 – 分布式发电（风力、太阳能、生物质…….) – 分布式储能
- 11 -
- 12 -
– 家庭用户希望达到99.9999%(“6个九”)的可靠性，也就是平均一年停电30秒 – 某些灵敏的电子设备，需要至少99.9999999% %(“9个九”)的供电可靠性
分布式发电和传统的电网结合起来达到更高的可靠性是可能的； （2）新材料和新型的发电技术为分布式发电提供了技术上的支持； （3）解决能源危机的一个途径； （4）环保要求； （5）电力市场要求进行分布式发电，打破垄断
- 32 -
Figure 6: Solar Hot Water/Heating Capacity Existing in 2005
2005年太阳能热水器(T/o供tal 热= 88容GW量th) （总容量=88GWth） 图6：2005年太阳能热水器/供热容量 （总容量＝88 GWth）
Brazil 巴西 1.8%
分布式发电、储能 与微电网控制
孙衢 自动化学院
主要内容
• 认识电力系统 • 分布式发电 • 微电网及其控制 • 储能技术
-1-
认识电力系统
• 认识“电”
– 电是一种特殊的商品（质量、数量） – 电能不能大规模存储 – 每一瞬间电能的生产和消耗保持平衡 – 负荷曲线（削峰填谷）
-来自百度文库-
认识电力系统
新能源发电VS.分布式发电
• 新能源发电→分布式发电：概念和内容上有发展
– DG大多利用新的能源和新型发电技术； – 利于环保； – 电源容量小，电压等级低； – 接近负荷中心，接入配电网； – 电力生产者和消费者合一，功率双向流动； – 运行方式灵活，可连接于配电网，也可不联网； – 比集中发电更可靠；在一批小型发电机组成的系统中
- 23 -
2 分布式发电和微电网的 兴起和发展
（1）DG兴起的原因 （2）DG的发展现状 （3）微电网研究和应用现状
- 24 -
电力工业发展的历史
产生与兴 起阶段
分散式，小容 量发电机，低 电压，小系统 ，交、直流输 电
现代化 工业阶
段
大机组、大电 厂、大系统、 高电压，资金 密集，技术密 集，高度信息 化；复杂系统 特性突出，石 化能是主要一 次能源
微网 示范 工程
地理 位置
说明
CERTS 试验基地
美国俄亥 俄
• 认识电网
– 发电、输电（变电、配电）、用电
– 电厂（水电站、火电站、核电站、风电场……)
– 钢铁企业……..
– 电网
• 输电网（供电网） 220KV,110KV,35KV,750KV
• 配电网
10KV
-3-
认识电力系统
Generation Transmission
Distribution
Load
- 21 -
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。
2005年可再生能源容量（GW） 图4：2005年可再生能源容量(GW), 发展中国家，欧盟和前6名国家 (不含大水电)
200
180
160
Solar PV (grid) 太阳能光伏电池（并网）
Geothermal 地热
140
Biomass 生物能
120 100
80
Wind 风能 Small hydro 小水电
• 国外：
– DR (Distributed Resource)-分布式电源，非直接接入 大输电系统的电源，包括发电机和储能
– DG (Distributed Generation)-分布式发电，是分布式电 源DR的一个子集
– DG（Dispersed Generation) —分散式发电
- 15 -
- 27 -
DG的优点
（1）投资和风险：分布式发电本身投资和风险都要很小； （2）安全及可靠性：与电网配合，可以大大提高供电的可
靠性，在电网崩溃或者发生意外灾害（战争、台风、地震、 恐怖活动等）的情况下，继续维持重要用户的供电。
分布式发电可以满足特殊场合的需求，如在大型集会 或庆典场合，安排处于热备用状态的移动分散式发电车， 则可以大大提高供电可靠性。 （3）环保 （4）电力市场：适应电力市场发展需要，多家办电，打破 电力部门垄断
分布式发电的特点
• 分布式发电 (DG) 或分布式能源 (DER) 是一种分散、 非集中式的发电方式，具有以下特点 – 接近终端用户 – 容量很小（几十 kW 至几十 M W） – 以孤立方式或与配电网并网方式，运行在380V 或 10kV – 采用洁净或可再生能源(天然气、沼气、太阳能、 生物质能、风能—小风电、或水能—小水电)
- 22 -
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。
Source: REN21 Renewables Global Status Report 2006 Update, www.ren21.net
60
40
20
0
World total Developing
世界
countries
发展中国家
EU-25 欧盟25国
China 中国
Germany 德国
USA 美国
• 简单技术→先进技术→高技术 • 电力生产者和消费者的分离与结合； • 电网由单一的供电网，单向输电→ 混合能源网，双向输电
- 26 -
DG兴起的现实原因
（1）电力用户对供电可靠性的更高的要求
– 传统的电网不能提供超过”3个九或4个九”的供电可靠性，这种限制主要是电力 系统不确定、不可控制的事件如天气和设计电网的成本。
Spain 西班牙
India 印度
Japan
日本
- 30 -
世界风电发展快速
- 31 -
1995-2005年太阳能光伏电池容量（MW） Figure 3: Solar PV, Existing World Capacity, 1990-2005 (MW) 图3：世界太阳能光伏电池容量，1990-2005（MW）
可持续 发展阶
段
和谐、可持续 发展成为发展 目标，传统发 电方式追求清 洁高效，新发 电方式应用高 技术获得发电 、环保、经济 的综合效益
- 25 -
电力工业发展的轨迹
• 能源利用多样化，新发电方式层出不穷，朝着可持续能源 利用方向发展；
• 小机组、小电厂、小系统→集中发电大机组（高参数）、 大电厂、高电压、大系统（互联）→分散的小发电系统、 微型电网（联网或不联网）快速发展，成为现代电力系统 的有力补充；
Hydroelectric plant
Fossil-fuelled plant
Nuclear plant
-4-
电力系统稳定性与控制
• 稳定性 • 电力系统稳定性
– 功角稳定性
• 小干扰稳定性（电源、负荷） • 暂态稳定性（三相短路）
– 电压稳定性（无功平衡） – 频率稳定性（有功平衡）
-5-
单机无穷大系统
- 20 -
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。
Israel 以色列 3.8%
Australia 澳大利亚
USA 美国
1.4%
1.8%
India 印度 1.3%
South Africa 南非 0.5%
Other 其他 1.3%
Japan 日本 6.0%
Turkey 土耳其 6.5%
EU 欧盟 12.7%
China 中国 63.1%
- 33 -
目前国外已建成的微网示范工程
6000
Source: REN21 Renewables Global Status Report 2006 Update, www.ren21.net
5000 4000
Total 总量 Grid-connected only 仅并网量
3000
2000
1000
0
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
（7）扶贫：解决边远地区供电困难 • 相对于化石能源而言，可再生能源密度较低、分散性强，
不太方便作为集中供电的能源，已开发的可用电量有限。
- 29 -
Figure 4: Renewable Power Capacities in 2005 (GW) for Developing Countries, EU, and Top Six Individual Countries (excluding large hydropower)
- 19 -
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。
-6-
单机无穷大系统传递函数框图
-7-
电力系统稳定性与控制
• 送端关注功角稳定性（发电机） • 受端关注电压稳定性 （负荷） • 振荡稳定性及控制
– 低频振荡(0.2~2Hz) – 次同步振荡(略低于50Hz) – 抑制措施
• PSS • HVDC • FACTS
-8-
FACTS控制器
-9-
电网分析的相关内容
微电网典型结构
- 13 -
1 术语和基本概念
(1)分布式发电 (2)新能源发电
(3)微电网
- 14 -
分布式发电的定义
• 国内：
– 分布式发电（Distributed Generation）是指功率不大 （一般几十kW到几十MW）、建设在负荷中心附近的、 模块式采用先进信息控制技术的、清洁环保、经济、 高效、可靠的自主智能发电形式。
发生大的停电（高负荷、风暴、地震、恐怖袭击、战 争）几率较小；
- 17 -
具有分布式发电的示范配电系统
- 18 -
微电网的定义
微电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。微电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。
分布式发电优点（续）
（5）经济：能源综合利用，提高能源利用效率（60%90%）。电、冷、热三联产，为能源的综合利用提供了可 能，具有较高的能源利用率。
（6）由于分散式发电装置工作流程简单，参与运行的系统少， 因而启动和停机快速，与电网配合使用时具有良好的调峰 性能，且便于实现全自动控制。（“即用即插式”，“友 好发电方式”）
• 网络拓扑 • 潮流计算 • 状态估计 • 稳定性分析 • 短路计算 • … … ….
－－“电力系统博大精深！”
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电网的发展方向
• 区域电网互联－－坚强智能电网 • 微型电网（微电网）
– 接入配电网 – 分布式发电（风力、太阳能、生物质…….) – 分布式储能
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- 12 -
– 家庭用户希望达到99.9999%(“6个九”)的可靠性，也就是平均一年停电30秒 – 某些灵敏的电子设备，需要至少99.9999999% %(“9个九”)的供电可靠性
分布式发电和传统的电网结合起来达到更高的可靠性是可能的； （2）新材料和新型的发电技术为分布式发电提供了技术上的支持； （3）解决能源危机的一个途径； （4）环保要求； （5）电力市场要求进行分布式发电，打破垄断
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Figure 6: Solar Hot Water/Heating Capacity Existing in 2005
2005年太阳能热水器(T/o供tal 热= 88容GW量th) （总容量=88GWth） 图6：2005年太阳能热水器/供热容量 （总容量＝88 GWth）
Brazil 巴西 1.8%
分布式发电、储能 与微电网控制
孙衢 自动化学院
主要内容
• 认识电力系统 • 分布式发电 • 微电网及其控制 • 储能技术
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认识电力系统
• 认识“电”
– 电是一种特殊的商品（质量、数量） – 电能不能大规模存储 – 每一瞬间电能的生产和消耗保持平衡 – 负荷曲线（削峰填谷）
-来自百度文库-
认识电力系统
新能源发电VS.分布式发电
• 新能源发电→分布式发电：概念和内容上有发展
– DG大多利用新的能源和新型发电技术； – 利于环保； – 电源容量小，电压等级低； – 接近负荷中心，接入配电网； – 电力生产者和消费者合一，功率双向流动； – 运行方式灵活，可连接于配电网，也可不联网； – 比集中发电更可靠；在一批小型发电机组成的系统中
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2 分布式发电和微电网的 兴起和发展
（1）DG兴起的原因 （2）DG的发展现状 （3）微电网研究和应用现状
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电力工业发展的历史
产生与兴 起阶段
分散式，小容 量发电机，低 电压，小系统 ，交、直流输 电
现代化 工业阶
段
大机组、大电 厂、大系统、 高电压，资金 密集，技术密 集，高度信息 化；复杂系统 特性突出，石 化能是主要一 次能源
微网 示范 工程
地理 位置
说明
CERTS 试验基地
美国俄亥 俄
• 认识电网
– 发电、输电（变电、配电）、用电
– 电厂（水电站、火电站、核电站、风电场……)
– 钢铁企业……..
– 电网
• 输电网（供电网） 220KV,110KV,35KV,750KV
• 配电网
10KV
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认识电力系统
Generation Transmission
Distribution
Load
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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。
2005年可再生能源容量（GW） 图4：2005年可再生能源容量(GW), 发展中国家，欧盟和前6名国家 (不含大水电)
200
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Solar PV (grid) 太阳能光伏电池（并网）
Geothermal 地热
140
Biomass 生物能
120 100
80
Wind 风能 Small hydro 小水电
• 国外：
– DR (Distributed Resource)-分布式电源，非直接接入 大输电系统的电源，包括发电机和储能
– DG (Distributed Generation)-分布式发电，是分布式电 源DR的一个子集
– DG（Dispersed Generation) —分散式发电
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DG的优点
（1）投资和风险：分布式发电本身投资和风险都要很小； （2）安全及可靠性：与电网配合，可以大大提高供电的可
靠性，在电网崩溃或者发生意外灾害（战争、台风、地震、 恐怖活动等）的情况下，继续维持重要用户的供电。
分布式发电可以满足特殊场合的需求，如在大型集会 或庆典场合，安排处于热备用状态的移动分散式发电车， 则可以大大提高供电可靠性。 （3）环保 （4）电力市场：适应电力市场发展需要，多家办电，打破 电力部门垄断
分布式发电的特点
• 分布式发电 (DG) 或分布式能源 (DER) 是一种分散、 非集中式的发电方式，具有以下特点 – 接近终端用户 – 容量很小（几十 kW 至几十 M W） – 以孤立方式或与配电网并网方式，运行在380V 或 10kV – 采用洁净或可再生能源(天然气、沼气、太阳能、 生物质能、风能—小风电、或水能—小水电)
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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。
Source: REN21 Renewables Global Status Report 2006 Update, www.ren21.net
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World total Developing
世界
countries
发展中国家
EU-25 欧盟25国
China 中国
Germany 德国
USA 美国
• 简单技术→先进技术→高技术 • 电力生产者和消费者的分离与结合； • 电网由单一的供电网，单向输电→ 混合能源网，双向输电
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DG兴起的现实原因
（1）电力用户对供电可靠性的更高的要求
– 传统的电网不能提供超过”3个九或4个九”的供电可靠性，这种限制主要是电力 系统不确定、不可控制的事件如天气和设计电网的成本。
Spain 西班牙
India 印度
Japan
日本
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世界风电发展快速
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1995-2005年太阳能光伏电池容量（MW） Figure 3: Solar PV, Existing World Capacity, 1990-2005 (MW) 图3：世界太阳能光伏电池容量，1990-2005（MW）
可持续 发展阶
段
和谐、可持续 发展成为发展 目标，传统发 电方式追求清 洁高效，新发 电方式应用高 技术获得发电 、环保、经济 的综合效益
- 25 -
电力工业发展的轨迹
• 能源利用多样化，新发电方式层出不穷，朝着可持续能源 利用方向发展；
• 小机组、小电厂、小系统→集中发电大机组（高参数）、 大电厂、高电压、大系统（互联）→分散的小发电系统、 微型电网（联网或不联网）快速发展，成为现代电力系统 的有力补充；
Hydroelectric plant
Fossil-fuelled plant
Nuclear plant
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电力系统稳定性与控制
• 稳定性 • 电力系统稳定性
– 功角稳定性
• 小干扰稳定性（电源、负荷） • 暂态稳定性（三相短路）
– 电压稳定性（无功平衡） – 频率稳定性（有功平衡）
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单机无穷大系统
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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。
Israel 以色列 3.8%
Australia 澳大利亚
USA 美国
1.4%
1.8%
India 印度 1.3%
South Africa 南非 0.5%
Other 其他 1.3%
Japan 日本 6.0%
Turkey 土耳其 6.5%
EU 欧盟 12.7%
China 中国 63.1%
- 33 -
目前国外已建成的微网示范工程
6000
Source: REN21 Renewables Global Status Report 2006 Update, www.ren21.net
5000 4000
Total 总量 Grid-connected only 仅并网量
3000
2000
1000
0
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
（7）扶贫：解决边远地区供电困难 • 相对于化石能源而言，可再生能源密度较低、分散性强，
不太方便作为集中供电的能源，已开发的可用电量有限。
- 29 -
Figure 4: Renewable Power Capacities in 2005 (GW) for Developing Countries, EU, and Top Six Individual Countries (excluding large hydropower)
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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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单机无穷大系统传递函数框图
-7-
电力系统稳定性与控制
• 送端关注功角稳定性（发电机） • 受端关注电压稳定性 （负荷） • 振荡稳定性及控制
– 低频振荡(0.2~2Hz) – 次同步振荡(略低于50Hz) – 抑制措施
• PSS • HVDC • FACTS
-8-
FACTS控制器
-9-
电网分析的相关内容
微电网典型结构
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1 术语和基本概念
(1)分布式发电 (2)新能源发电
(3)微电网
- 14 -
分布式发电的定义
• 国内：
– 分布式发电（Distributed Generation）是指功率不大 （一般几十kW到几十MW）、建设在负荷中心附近的、 模块式采用先进信息控制技术的、清洁环保、经济、 高效、可靠的自主智能发电形式。
发生大的停电（高负荷、风暴、地震、恐怖袭击、战 争）几率较小；
- 17 -
具有分布式发电的示范配电系统
- 18 -
微电网的定义
微电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。微电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。