未来电力能源系统综述

发展方向：
➢ 更高效率的电力变换装置 ➢ 最大功率跟踪算法 ➢ 太阳能面板和电力变换器集成 ➢ 更先进的孤岛检测算法
风力发电
世界上的可再生能源
发展状况：
德国和西班牙是世界整个风电利用的领先者，2007年的装机容量 分别为20622MW和11615MW。预计，到2020年，整个欧洲的装机 容量将占所有电力供应的16%。美国风力发电的应用在2008年为 20000MW，据估计美国的风力发电将以每年107770亿千瓦增长， 三倍于当前全国的电力供应。
基于智能电网的未来电力系统结构
基于智能电网的未来电力系统结构
智能电网中的三种形式
➢ SCADA ➢ 主动分布式电网 ➢ 智能测量
基于智能电网的未来电力系统结构
高压系统的通信方式
➢ 自有网络，光纤连接
中低压系统的通信方式
➢ 公共电话网 ➢ 无线网络 -地面集群无线电 ➢ 电力载波通信
可再生能源的接入规模挑战
解决方法：高性能的电力变换器
可再生能源的接入规模挑战
1、最大功率传输和功率限制控制
发电端：控制负荷特性，以求获得最大能量。在特殊情况下 （如电网故障）电气和机械控制系统联合进行功率的限制。
2、有功功率，无功功率以及电能质量控制
电网端：控制注入的有功功率，包括频率控制，谐波控制， 电磁干扰控制，漏电流控制，电网故障时的控制。
➢ 电能消费者 需要规范自己的用电方式，以有利于电网的稳定，
或者提供间接储能。 ➢ 储能系统
在具有高穿透率的可再生能源电网的运行中具有 至关重要的作用 ➢ 输电系统
柔性输电方式
基于智能电网的未来电力系统结构
FEBBs（Power Electronic Building Blocks）
可再生能源的高穿透率需要能量转换系统并且要 他们协调运行
未来的电力能源系统Байду номын сангаас综述
能源的四次革命：
煤炭：18世纪 石油：19世纪 核能：20世纪 可再生能源：21世纪
世界上的可再生能源 基于智能电网的电力系统框架 具有挑战的领域 控制技术的挑战 可再生能源中的技术问题 其它技术
世界上的可再生能源
水力发电
2007年，水电占有全部能源的16%， 2010年，我国水电总装 机容量突破2亿千瓦大关
而智能电网的情况是完全不同的，数量巨大的分 布式电力生产，生产和消费的能源匹配，对更好的能 源匹配的要求提供负载尖峰电流，都需要电力生产者 和消费者之间进行协调，而这种协调在分布式控制系 统中是无法完成的。
在智能电网中，信息扮演着十分重要的角色，通 信系统是连接所有分布式电力系统的关键部分，可以 完成各部分的信息交换，使电网变成名符其实的智能。
发展状况：
光伏发电在发达国家的发展非常快，德国和西班牙装机容量最大， 其中德国占整个欧洲安装容量的85%，超过了1500MW。目前世界 上正在规划建设的大型光伏发电站有西班牙Olmedella的60MW，德 国Waldpolenz的40MW，韩国的Sinan-Gu的25MW，美国Nellis空 军基地的14.2MW。
基于智能电网的未来电力系统结构
电力电子：
处理能量流，电力变换技术能够使得智能电网中的 不同角色之间有一种柔性的相互作用，如电力生产者 与消费者、电能储存装置，以及负荷之间。
电网的三种运行模式
➢ 单独运行模式 ➢ 微电网运行模式 ➢ 集群运行模式
基于智能电网的未来电力系统结构
电网中的几种角色
➢ 电能生产者 主要由可再生能源组成，数量巨大
发展方向：
➢ 单台风机容量的提升 ➢ 小型风机系统的增加 ➢ 仿效传统的油、气发电的电网行为的风电场的建设。 ➢ 基于模块化结构和大功率电力变换装置 ➢ 高可靠性的控制策略。专业的风电人才的培养。
基于智能电网的未来电力系统结构
基于智能电网的未来电力系统结构
可再生能源不能代替原有的电力能源 包含多种发电形式 由电力能量流和信息流两个同心圆组成 电力能量流的管理依赖于电力变换器（PEBBs） 信息流的管理依赖于现代通信技术
光伏发电
光伏发电以每年30%的速度增长，预计2020年世界光伏发电的 发电量占总发电量的1％ 。
风力发电：
2009年，风能已经占世界能源的1%， 2011年风力发电预计可 达200GW
潮汐发电 生物质能发电 低温余热发电 小水电（小于10MW）
小水电发展中国家具有非常重要的潜力
世界上的可再生能源
拉丁美洲：
具有最高的可再生能源比例，达到全部电力的58%，其中主要 是水力发电。
欧盟：
2010年目标是在2020年可再生能源达到全部能源的20%，世 界领先的德国计划到2050年100%使用可再生能源。
美国：
即要将可再生能源的比例提高到20%。
中国：
2010年可再生能源达到总装机容量的10%。
光伏发电
世界上的可再生能源
PEBBs具有能量双向流动的能力，满足大功率电 力密度，高可靠性和柔性运行的要求
MEBBs（Mechanical Building Blocks）
机械传输最优化------连续变量传输 MEBBs和PEBBs机电一体的控制算法
通信系统：
基于智能电网的未来电力系统结构
传统电网只有几个很少的电力生产点，而且电力 消费是无序的，电网的相关参数可以通过集中监控来 实现。
美国得克萨斯州的Horse Hellow风电场是目前世界上最大风电 场，其装机容量达成协735MW，有GE制造的420台风电机组组成， 占地面积为19000公顷，风电场建立了自己独立的电网，无论是在 传输范围还是在动态特性上都不同于传统的电网。
可再生能源的接入规模挑战
电网接入
将成百上千的可再生能源发电厂接入到电网中，给电 网带来了许多问题。如果这些可再生能源发电都是不可控 的，电网将会变得十分不稳定，从而导致崩溃。将可再生 能源发电接入到电网是一个巨大的挑战。
➢传统的发电形式规模巨大
美国阿拉巴马州的Joseph M. Farley核电站，装机容量超过 1700MW，中国的三峡水电站，装机容量达700MW，拥有32个发 机机组。
➢可再生能源发电规模较小
目前最大的商用风电机组也只有6MW，最常用的机组只有 2MW。
能量场：成百上千的机组被安装在一起，通常占有很大的土地面 积，从而使得他们的能量聚集在一起，以达到足够大的要求。