国外微电网考察

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丹麦技术大学(DTU)
访问时间:9月27日上午 会见人员:Jacob教授, 吴秋伟, 丁一, Cha Seung-tae 参观地点:CET, DTU, 丹麦哥本哈根
- 实时电力系统仿真实验室 学术交流
- 北欧电力市场体系 - 基于多单元的微网孤岛运行频率控制模型和仿真
PowerLabDK 电力与能源实验平台
实验室电网(含 22个“变电站”)
SCADA 系统
真实系统
测试中的 电动汽车/系统
学术交流:北欧电力市场体系
北欧电网(丹麦、挪威、瑞典和芬兰) 以水
电、火电、风电和核电为主:
水电50%
核电20%-30% (下降)
火电15%(下降) 风电10% -15% (上升)
北欧互联系统70GW,总用电量393TWh
Kythnos
独立微网示范
Kythnos岛是希腊南部爱琴海中的一个小岛,面积只有85平方公 里,常驻人口大约1500人,是一个度假胜地,从雅典乘船2小 时即可到达。
希腊Kythnos海岛独立微网示范
根据频率平衡微网的供用 电,使微网稳定运行。
通过无线通信网控制到每一 户的负载设备
微电网通过48V/1000Ah铅酸蓄电池组和三台SMA的Sunny-Island 5048(48V/5kW电压源双向逆变器)建立三相交流微电网,7套光 伏系统,每套2kW左右,分别安装在各个用户处,光伏系统通过 SMA的Sunny-Boy(电流源并网逆变器)与交流微电网并网运行。
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希腊国家可再生能源中心(CRES)
2个多晶硅光伏方阵,4.4kW固定方阵,1.1kW双轴追日系统,各自通过单相并网 逆变器并入微网;一组 96V/400Ah铅酸蓄电池通过一台96V/9kW的三相双向逆 变器并网;一组60V/690Ah铅酸蓄电池通过三台SMA单相双向逆变器组成三相电 源并网;一台三相12.5kVA柴油发电机组;一套5kW质子交换膜燃料电池系统通 过一台三相逆变器并网;13kW三相平衡阻性负载、三相容性负载、2.2kW感性 负载和2台单相水泵。
EDISON电动汽车项目
Edison电动汽车项目是 丹麦能源协会牵头的项 目,2009年2月启动, 总概算4900万丹麦克朗 (相当于5200万人民 币),启动Edison项目 的主要原因如下:
丹麦2020年的目标是30%的能源构成来自可再生能源; 道路交通能源消耗占总交通能源消耗的75%,水路交通和航 空能耗仅占25%; 丹麦2025年能源构成中不稳定的风力发电将占到50%,需要 巨大的可调节负荷和储电系统平衡电力供应和需求,而电动汽 车则是最好的选择。
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受控情况:通过 对电动汽车智能 充电管理,晚高 峰负荷可以减少 到160kW以下。
不受控情况: 晚高峰用电负 荷可以超过 200KW。
EcoGrid 欧盟生态电网项目
欧洲生态电网(EcoGrid) 项目是欧盟智能电网项目的 实验模型,也在Bornholm 海岛实施。 实施EcoGrid项目的目的是 通过用户参与和发电/用电 的智能化管理实现在可再生 能源比例很高情况下的电力 供需平衡,同时使用户用电 最为经济(成本最低)。
实现用户负荷对电力市场电价的实时响应
电加热器 实时 电价
室内温度 电加热器
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PowerLab DK 丹麦全尺度电力系统试验场
热电联产机组(CHP):总 功率35MW,可以燃煤也可以 烧生物质燃料。 如果全部发 电,可以发35MW,如果供 热,则发电功率仅为16MW。 孤岛运行时由CHP建网; 燃油机组:34MW; 燃油蒸汽发电机组:25MW; 风力发电机组:30MW; 光伏发电:计划2011-2012年 建成2MW分布式光伏发电系 统,最终要建成5MW光伏发 电; 沼气发电:2MW。
的互动,最大限度地达到供需平衡和最经济运行; 微电网的孤岛运行:实现稳定运行和网内供需平衡; 微电网与大电网的安全、可靠的无缝切换。 2、独立微网的特点: 延伸性好、扩展性好、高效融入不同发电设备的交流总线; 独立微网的稳定组网模式:电压源双向逆变器组网(Kythnos、Isabela岛
不同市场的位置
基于市场的运行 直接控制
(E日ls前po交t)易市场
市当场日(交El易bas)
电力调 节市场
EcoGrid 实时市场
AGC/LFC/频率 控制备用

小时
分钟

惯性
时间尺度 现在
波 动 性
北欧电力市场面临的挑战:
风电容量快速增加:2025年6GW,
风能占总电量的51%(丹麦)
平衡功率需求大幅增加 平衡功率市场竞争将增加成本
400V交流总线,所有设备通过 高速以太局域网实施控制。
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实现微电网对电网的稳定输出
不受控
微电网受控
红色负荷曲线:大约只有1.5kW; 灰色线:全矾液流电池的充放电功率曲线,纵轴以下是充电,纵轴以上是放电;
蓝色线:电网曲线,纵轴以下是供电状态,纵轴以上是吸收状态; 绿色线:风力发电曲线,只有11kW的风机工作,最高输出也才只有5kW左右; 最上面的灰色线:光伏发电曲线,当时日照很好,接近满功率7kW。右侧的跌落 是有云层干扰
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希腊Kythnos海岛微电网示范电站
SI5048双 向逆变器 蓄电池组
分散在海湾的用电户以及每家的并 网逆变器和无线接收/控制系统
希腊国家可再生能源中心(CRES)
希腊国家可再生能 源中心成立于 1987年,主要从 事可再生能源和节 能技术研究。
在可再生能源部分,目前正在开展的项目包括:风力发电、光伏发电、光伏系统 及分布式能源、太阳能热利用、生物质能、地热能、海洋能、氢能及其利用等。 光伏发电方面正在进行的工作有不同光伏组件的户外长期监测,光伏组件和光伏 电池的检测、蓄电池的检测、逆变器的检测等。 最有特点的是该中心的实验微电网系统。
铅酸蓄电池:48V/1080Ah
备用柴油机组:12kW
燃料电池:一组(已报废)
太阳能热水系统:一套
德国巴伐利亚黑森林中的太阳能饭店
该系统自87 年至今已经 运行了24 年,光伏方 阵,依然完 好无损。经 测试,标称 功率是初始 功率的 92%。 光伏 电池是德国 AGE 德律芬 根的产品。
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希腊Kythnos海岛独立微网示范
北欧电力市场交易框架:
电力批发市场: 北欧电交所管理,大宗交易
¾ 日前交易市场:下一天电力竞价, 时段1h ¾ 当日交易市场:双边交易, 调度前1h完成 ¾ 电力调节市场:TSO负责, 调度前45min报价 ¾ 电力平衡结算市场
电力零售市场: 已向全部电力用户开放, 用
户可选择零售商签约
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数量
设备间通信采用CAN总线 Fraunhofer ISE:小型智能发电系统进入市场的研究
热电联产机组、储能蓄电池和逆变器(电压源逆变器和 电流源或蓄电池双向逆变器) 10
德国巴伐利亚黑森林中的太阳能饭店
光伏发电:3.8kW
在太阳能饭店
风力发电:1.8kW 充电控制器:2台共5.76kW
喝德国啤酒 逆变器:5kW+3.5kW 2台
Kassel大学工程学院内的实验室和距离Kassel 20公里的新 实验室; 德国:位于Freiburg的Fraunhofer ISE 太阳能研究所,微 电网实验室和位于黑森林的离网光伏系统; 希腊:Kythnos海岛微电网示范电站; 希腊:位于Athens的希腊国家可再生能源中心(CRES)及 其微电网实验系统、光伏检测实验室、电力电子检测实验室 以及储能系统检测实验室。
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鼓励自发自用- 直接消费
鼓励自发自用- 直接消费
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考察结论和思考
1、与电网连网运行的微电网的主要目的是建立电网友好型的分布式发电,从而 使电网最大限度地吸纳可再生能源,要实现的功能:
在可再生能源高穿透率条件下实现与大电网的稳定输入/输出电量交换; 微电网根据电网的需要与电网进行电量交换; 通过通信连网、智能电表等手段,实时跟踪电力市场,实现用电户与电网
国外微电网考察和RetScreen介绍
(欧洲组)
丹麦 德国 希腊
2011年9月25日 – 2011年10月6日
考察单位和项目
丹麦:Bornholm闪光的绿色海岛(或者叫“碳中和海岛”); 丹麦:丹麦技术大学(DTU)及其智能电网实验室; 丹麦:RISO-DTU微电网和智能电网实验室; 德国:位于Kassel的Fraunhofer IWES研究所,位于
等),同步发电机组网(Bornholm岛) 通过通信手段增强发电设备和负载的可控性,实现网内的供需平衡。 3、关注点:与电网连网运行的微电网:并网点的电力交换、微电网内的用电质
量、融入电力市场的经济性。独立微网:关注自治运行的稳定性和电力电 量平衡,兼顾系统建设与运行的经济性。 4、国外有很好的实验基础:应当加强国内实验室和场地实验建设,争取加入 DERLab。 5、连网运行的微电网是智能电网的一部分,电力部门是主角; 6、欧洲的微电网尚处于试验示范阶段。
基于智能电网的实时市场:
利用用户反应和DG提供平衡功率 以5分钟为间隔发布电价 实时市场与调节市场紧密配合
丹麦RISO-DTU微电网和智能电网实验室
RISO实验室(SYSLAB)的主要 设备: 光伏发电: 7kW Gala 风机: 11kW Bonus 风机: 55kW 柴油发电机:60kVA 4个可控负荷:180kW 背靠背逆变器:30kW 智能办公室:20kW 全矾液流电池:15kW/120kWh 旋转双向电机:30kW 电动汽车:9kWh 电容堆:46kVAr
希腊国 家可再 生能源 中心
(CRES)
微电网可以联网运行也可以计划性孤岛运行。 从孤岛运行切换到联 网运行完全可以做到无缝切换,但联网运行时主电网突然断电,从 断电到转到孤岛运行需要经过1.2秒。
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希腊国家可再生能源中心实验微网的SCADA监控界面
德国 新的 上网 电价
鼓励自发自用- 直接消费
从基础研究—大型实验—
全尺度实验的完整链条:
•Bornholm:全尺度电力系统实验
室, 2.5万用户, 30%风电穿透
灵活多目的 研究实验室
•RISØ-DTU: Syslab, 系统实验室
•CET:实时电力系统仿真实验室
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Bornholm:全 尺度电力系统
Riso-DTU:大型系统 试验平台, Syslab
IWES-SysTec 智能电网和电动汽车测试中心
SysTec, 8万m2露天测试场, 含3个测试平台: PNI: 电网集成测试实验室 TPE: 电动汽车测试中心 光伏与混合系统测试场
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气象观测站
20MW并网光伏电站 光伏组件室 外测试支架
建筑光伏测试现场
SysTec-光伏与混合系统测试场
20MW光伏电站
预计在Bornholm将有2000个电离用户要参与到EcoGrid项目中 来,通过发电量预测、智能电表、实施跟踪电价等手段,最大 限度地吸收不稳定的可再生能源,实现电力供需平衡和用户的 最经济用电。
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IWES微网实验室DeMoTec
总发电容量约200kW: ¾同步柴油发电机组(3相30kVA) ¾柴油发电机组(12kVA) ¾光伏模拟器(20kVA柴油机+逆变器) ¾异步风电机组模拟器(5kW) ¾供热供电机组CHP(5.5kW) ¾10kV电网硬件模拟器 ¾低压电网硬件模拟器 ¾可控制和不可控负载 ¾OGEMA用户侧智能管理系统 ¾电动汽车充放电实验 ¾电力电子检测
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DTU的实时电力系统仿真实验平台
•以控制室和RTDS为核心, 提供交互式电力系统仿真平台
•仿真中包含实验室的物理硬件
•能够模拟SysLab,Bornholm和Danish/Nordic输电系统
•在Syslab和Bornholm试验之前,在本实验平台上进行含硬件仿真
控制室
实时数字仿真器 RTDS
150kW(300kW) 放大器
该实验室同时也是分布式发电测试认证中心,加入DERLab实验室网 络: 发电单元总容量200kW 所有发电机和负荷通过交叉母线(Cross-Bar)开关柜连接到本地电网 最多3个独立电网同步, 通过中压电网模拟器耦合, 研究微网互联特性 实现并网部件控制、数据采集和可视化, 通信控制为Interbus-S
建筑光伏测试现场—不同倾角
气象观测站
室外测试支架
1.2 MVA带抽头变压器
监控室
SysTec-PNI:一个参 考实验室, 中低压电 网功率最高6MVA
3*200kVA RLC负荷 电网模拟器和开关柜
750 kVA直流电源
电动汽车测试平台
移动式低电压穿越测试箱
9
Fraunhofer ISE:小型智能发电系统进入市场的研究
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