分布式发电与微电网
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分布式发电、储能 与微电网控制
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）
-2-
认识电力系统
• 认识电网
– 发电、输电（变电、配电）、用电
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)
– 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
• 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
- 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。
- 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。
• 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 -
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
-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
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。
– 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
Hydroelectric plant
Fossil-fuelled plant
• 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 -
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。
- 22 -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。
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
- 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。
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）
-2-
认识电力系统
• 认识电网
– 发电、输电（变电、配电）、用电
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)
– 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
• 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
- 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。
- 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。
• 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 -
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
-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
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。
– 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
Hydroelectric plant
Fossil-fuelled plant
• 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 -
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。
- 22 -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。
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
- 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。