微电网电气系统项目立项报告书

微电网电气系统项目

立项报告书

中船重工（武汉）凌久电气有限公司2013年04月02日

一、立项背景

1.1 孤岛型微电网需求迫切

近年来随着我国经济的不断发展以及海洋权益维护局势的日益严峻以及西北偏远地区经济发展迅猛，引起了全社会的的高度关注，岛屿的战略价值和经济价值都非常高，而很多西北内陆也是国家经济、旅游事业的发展重点。由于这些待开发的区域地处偏远，大电网无法延伸至此，通常使用柴油发电作为主要能源，甚至是唯一提供电力的能源，这种供电方式，需要持续性地提供柴油补给，不仅用电成本高，而且柴油的补给受到地理、气候、成本以及技术等多方面原因的影响。因此，有效开发利用可再生能源，为偏远地域提供可靠、高效、可持续供应的清洁能源将关系到未来区域经济、资源的开发与发展。

因此，为增强在新能源领域的影响力，拓展微电网领域的经济布局，重庆海装风电设备有限公司（以下简称海装风电）结合自身在风电行业的发展特点，充分利用其在西北地区的市场资源以及集团公司在海军市场的独特优势，正在积极进入孤岛型微电网供电系统项目的市场，以谋求在该领域发展初期就能取得良好开局，为今后新能源的微电网系统项目的发展打下坚实基础。

1.2 孤岛型微网控制与配电系统研发的必要性

根据我国军事、经济等战略需求，关于孤岛型微电网，海装风电提出一种以风能为主、柴油为辅的孤岛式发电系统，风力发电与柴油发电机组属于不同形式的能源，其发电原理及输电、配电设计上存在一定差异，因此，该系统则需要对微电网供电系统重新规划、设计，研制出一个稳定的、健壮的、最大利用风能的微电网供电系统。当前海装风电已与敦煌雅丹国家地质公园达成协议，进行孤岛型微电网供电系统的项目开发合作。

我公司是海装风电股东单位，与海装风电技术合作已有8年，主要为重庆海装提供风电控制系统。此次海装风电进入孤岛型微电网项目也为我们进入该领域的控制与配电迎来了一个良好的发展契机。根据市场咨询公司M&M发布的一份报告，全球未来10年在微电网系统的年增长率预计12%，主要分区域有：北美、欧洲、亚太地区及其他。亚太地区将是增长最快的市场，中国、印度将领导亚太地

区。目前并网型微网占据了很大的市场份额，但接下来离网以及混合微网将成长迅速，逐渐取代并网型微网的地位，其中离网型（孤岛型）将占据主要地位。作为能源领域增长如此强劲的市场，我们应积极联合海装风电，发挥我公司在电气与控制的技术优势，推进与其在微电网项目中的合作，为我们进入微电控制与配电领域迈出重要的战略步伐。

1.3 立项申请

综上所述，为了向海岛及偏远地区提供稳定、安全、可靠的发电、输电与配电网络，也为了我公司能在迅速发展的微电网市场中占有一席之地，有必要联合海装风电，研究以风能为主柴油为辅的孤岛型微电网供电系统。

在此，我们提出孤岛离网微电网供电系统科研项目申请，依托重庆海装风电设备有限公司，通过本项目实施，对在海岛上或远离大电网的偏远内陆地区建立微电网供电系统的主要关键技术和难点展开研究，从而为我国能源保障、资源利用等提供有利条件保障，也为我公司积累新技术、开拓新市场打下必要的基础。

二、微电网国内外研究现状

在远离主干电网的区域，不具备并入主干电网的条件，因此其供电系统主要以微电网的形式存在。早在20世纪80到90年代，欧洲与北美国家曾开展过以风柴互补微电网的研究，但都未能成功。2000年之后，随着技术的进步，加上环境和经济发展压力日渐增大，可再生能源微电网的研究又重新开展起来。

当前处于研究或工程应用的可再生能源微电网主要有两类，一类是可在并网/离网模式之间切换的双模式微网，一类是只具有离网模式（或称孤岛模式）的微电网。

在双模式微电网中，当可再生能源发电量不足时，可切换至与并网状态，由主干电网提供稳定电源，保证微电网的电能质量。大部分实验微电网和偏远乡村的微电网系统采用这种结构。如美国劳伦斯伯克利国家实验室建立的微电网实验系统，由燃气轮机、光伏发电、风电和储能电池构成200kW微电网系统，该系统允许3套独立系统同时运行，并且支持并入大电网。2011年在河北承德建设了由60kW风电、50kW光伏和80kW/128kWh储能构成的可再生能源供电系统，可工作

在微网和并网两种状态。具备并网模式的微电网可在风能或太阳能出力不足时从主干电网中获得电能，其电能质量和控制难度都比只具有离网模式的微电网更有优势。

但是远离大电网使用的微电网并不具备并网条件，只能工作在离网模式。离网模式的微电网负载容量小，而风电和光伏等可再生能源发电属于不可控能源，对电网稳定性和电能质量有很大考验。目前有少量研究和工程化试验。如2005年，日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）在敦煌市雅丹景区建设了由100kW 风电、100kW光伏发电和两组共2000Ah蓄电池组构成的微电网系统。该系统可运行在风光储发电模式或柴油发电模式下，当风力发电机、光伏电池和蓄电池组所提供的电能无法满足负载需求时，需要令电网断电之后接入柴油发电机组，负载仅由柴油发电机供电。这种控制模式不能充分利用可再生能源，并且在切换工作模式时需要断电，无法满足高品质的用电要求。

2011年5月在浙江东福山建成的微电网系统，由210kW风力发电机组、100kW光伏电池组、两组共2000Ah蓄电池组成，微电网可以工作在储能变流器（PCS）模式或柴油机模式，两种模式之间不能够无缝切换。在PCS模式，由蓄电池作主电源，微电网系统由风能、光伏和蓄电池供电。当蓄电池电量低于控制线，系统切换至柴油发电机模式，由柴油发电机作主电源，同时向蓄电池充电。光伏发电跟随最大功率点向蓄电池充电。在此模式下风力发电机组不运行。但是在只有风电的微电网中，需要以风电作为主要能源供应，东福山岛微电网控制方式也不能充分发挥风能的作用。

目前仅采用风能作为主要能源的离网式可再生能源微电网还不多见，也没有成熟的电网架构及控制技术能够满足微电网的稳定性要求并充分利用风能。因此有必要在此方面展开研究。

当前微电网架构中，绝大部分都以交流母线输电系统为主，即各分部式能源产生的3相交流电直接并入大电网或组成微电网，例如美国Wisconsin大学的示范工程、Mad river市微电网示范工程、德国曼海姆孤岛电网工程、日本爱知县分布式能源供电系统以及我国的东福山岛、万山岛等微电网供电系统等。另一种微电网供电系统结构为集中直流母线系统结构，即各种分布式能源产生的电能集中汇入直