新能源微电网项目的关键技术解决方案

新能源微电网项目的关键技术解决方案
2019.10
创· 领未来能源
目录
PART 01 微电网概述
PART 02
相关政策与标准
PART 03
微电网关键技术
PART 04
微电网市场推广
与项目实践
PART 01
微电网概述
微电网定义
微电网由分布式发电、用电负荷、监控、保护和自动化装置等组成（必要时含储能装置），是一个能够基本实现内部电力电量平衡的小型供用电系统。

微电网分为并网型微电网和独立型微电网。

并网型微电网既可以与外部电网并网运行，也可以独立运行，且以并网运行为主的微电网；独立型微电网不与外部电网连接，电力电量自我平衡。

引自GB/T33589-2017《微电网接入电力系统技术规定》
微电网的基本特征
为清晰合理界定微电网与分布式，微电网与局域网、综合能源，提出了微电网4个基本特征
微型
清洁自治
友好
微电网暂行管理办法
微电网接入电力系统技术规定
配电网规划设计技术导则
微型
满足要求
满足要求
不同用电负荷密度情况中，用电负荷到达20MW ，对应中心城区供电范围为1-5km²；乡村地区为20-200km²。

明确分布式电源为“接入35kV 及以下电压等级，位于用户附近，就地消纳为主的电源”。

包括分布式发电和储能。

电压等级一般在35kV 及以下；系统规模小，系统容量不大于20MW ，通常为兆瓦级及以下。

能源发展坚持清洁低碳、安全高效的方针，促进能源清洁生产和就地消纳，提高能源综合利用效率。

提出：微电网电源须以可再生能源为主，或以天然气多联供等能源综合利用为目标的发电型式；并网型微电网可再生能源装机容量与最大负荷的比值在50%以上，或能源综合
利用效率在70%以上。

分布式发电是以电源形式与电网连接；微电网是通过并网点与电网进行电量交换，内部含用电负荷设备，具备供需自平衡和黑启动能力；
自平衡与黑启动
对微电网可靠性提出的要求，鼓励储能装置在微电网中应用，提高微电网自主调控能力；“重要负荷”由微电网运营主体与用电企业在用电协议中自行约定。

重要负荷连续供电2h
可以有效限制微电网内分布式电源无序、超规模发展；同时规避出现单纯只有用电负荷而无法自平衡的情况。

年交换电量不大于50%
☐相对电网
作为一个可控的发电单元，通过调度运行管理，对电源、负荷和储能协同控制，实现与电网之间友好功率交换，实现对电网的无功和电压支撑，并提高调峰、负荷侧响应、黑启动等辅助功能。

☐相对用户
是一个可定制的电源，凭借先进的电子电力技术和控制系统，向用户提供持续的能源供给；并为用户提供需求侧定
制化管理服务，促进能源阶梯利用，帮助用户降低用能成本。

微电网要素构成
分布式电源◆可再生能源：光伏、风电、光热等
◆发电机：（微）燃机（多联供）
◆绿色、经济
◆提高供电可靠性
◆减少线损
储能◆化学储能：铅碳、锂电、钒液流
◆电磁储能：超级电容
◆其他储能：压缩空气储能、水蓄能
◆削峰填谷、平滑出力
◆需量管理
◆电能质量调节
控制与保护系统◆保护、控制系统
◆监控系统及能量管理系统
◆暂态/动态稳控系统
◆微网源、储、荷协调运行
◆高渗透比可再生能源运行
负荷◆工业负荷、商业负荷等；（按照可靠性、调
节性能进行分类）◆DSM
◆负荷预测
组成类型应用
微电网系统要素
能源侧
负荷侧
风电光伏天然气沼气需量管理
中央空调负荷
配电侧
电能质量调节公共电网
储能
能量管理
监控系统
保护装置
+
+
经济运行
照明负荷
工业负荷
电机负荷
数据中心
冷热负荷
电动汽车
PART 02
相关政策与标准
国内微电网相关政策引导
2015.7国能新能
[2015]265号关
于推进能源微
电网示范项目
建设的指导意
见
2016.7
发改能源
[2016]1430号
推进多能互补
集成优化示范
工程建设的实
施意见
2017.5
发改能源
[2017]870号关
于印发新能源
微电网示范项
目名单的通知
2017.7
发改能源
[2017]1339号
推进并网型微
电网建设试行
办法2016.2
发改能源[2016]392号关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见2017.92018.2
苏发改能源发
[2018]202号
关于促进分布
式能源微电网
发展的指导意
见
发改能源
[2017]1901号
关于开展分布
式发电市场化
交易试点的通
知
国内微电网技术标准
微电网接入
电力系统技术规定智能微电网保护
设备技术导则
微电网接入配电网测试规范
微电网监控系统技术规范
微电网能量管理系统
技术规范
微电网工程设计规范
部分政策解读
推进并网型微电网建设试行办法
解读：
☐接入电压等级在35kV及以下，系统容量不大于20MW；并网型微电网可再生能源容量与最大负荷的比值在50%以上，或能源综合利用效率在70%以上；与外部电网的年交换电
量不超过年用电量的50%，独立运行时能保障重要负荷在
一段时间（2h）内连续供电。

☐由地方政府按照核准(备案)权限，对微电网源-网-荷等内容分别进行核准(备案)；
☐微电网运营主体应依法取得电力业务许可证(供电类)，通过配电设施直接向网内用户供电，源-网-荷(分布式电源、配网、用户)应达成长期用能协议，明确重要负荷范围。

☐鼓励微电网内建立购售双方自行协商的价格体系，构建冷、热、电多种能源市场交易机制。

☐微电网内部的新能源发电项目建成后按程序纳入可再生能源发展基金补贴范围，执行国家规定的可再生能源发电补贴政策。

关于促进分布式能源微电网发展的指导意见解读：
☐分布式能源微电网是基于局域智能配电网建设的，风能、太阳能、生物质能、天然气等各类分布式能源多能互补，具备高比例分布式能源电力接入能力，辅以储能、调度等系统实现与公网灵活互动且相对独立的综合能源系统。

☐积极利用各类可再生能源、分布式能源、储电蓄热（冷）及高效用能技术，通过智能电网及综合能量管理系统集成优化，形成发输（配）储用的高效一体化分布式能源系统。

☐分布式能源微电网可依托既有分布式项目或配电网建设，也可结合分布式电源建设或增量配网业务建设。

项目投资经营主体负责分布式能源微电网范围内用户的供电、供冷、供热等能源服务。

☐鼓励多个分布式能源微电网一定区域内构建分布式能源微电网群，按照能源互联网理念，以新业态方式参与电力交易、需求侧管理，形成能源利用新载体。

PART 03
微电网关键技术
关键技术一：基于源网荷的容量配置规划设计
风光资源分析
收益约束
稳定约束
负荷分析
规划设计
分散式风电资源评估是难点
负荷现状及负荷未来预测是难点
关键技术二：运行优化控制技术
24
124124
1
[()()+()()]
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()
MT BA MT MT BA BA MT ope wt OM wt i pv OM pv i OM MT i OM BA i i wt wt wtdep i pv pv pvdep i MTdep i BAdep i i bulwtdep bulpvdep bulMTdep bulbatdep i minM C P C P C P C P P P P P P P P P οοοοηοηοηοηοο−−−−=−−−−===++++++++++∑∑∑2424
24
loadloss 1
1
1
++i
i i i lifetime i rt
W F P Q ξη−===−∑∑
∑表示运行成本最小值
ope minM ()OM wt i C P −表示风机发一度电运行维护成本
pv wtdep i P η−表示风机发一度折旧费用
bulwtdep P 表示风机占地面积的建筑折旧费
F 表示人工费用
24
1
i lifetime i
rt
W
Q
η=−∑表示储能的效率
loadloss i
P −表示因停电造成的负载损失费用
wt ο表示风电设备是否运行
关键技术三：并离网切换控制技术
并离网无缝切换（开关量）
同期过程
离网转并网
基于DO反馈的并网转离网
关键技术四：微电网离网暂态稳定技术
100
200
300
400
500
600
700
800
-400
-300-200-1000100200
300400Current(A)
Fig 2.2 Current curve of vanadium redox
flow without super capacitor
Current(A)
Time(Period is 0.02s)
Contrast With SS Without SS V oltage response
About 0.01s About 0.30s Current response
About 0.01s
About 0.16s
微电网中突然加感性负载或者电动机启动，引起电流的瞬间提升
在微电网暂态控制能够对暂态过程中的电压和频率起到瞬间恢复作用，响应时间快
0100200300400500600700800
-400
-200
200
400
Fig 2.3 Current curve of vanadium redox
flow without super capacitor
抵抗冲击类负载的试验
关键技术五：新能源出力预测及负荷预测
25-Dec-0114 00:00
26-Dec-0114 00:00
27-Dec-0114 00:0028-Dec-0114 00:00
05
10
15
20
2530
Time
F o r e c a s t e d V s M e a u r e d P o w e r
Graph Forecasted and Measure power
Forcasted Measured
关键技术六：负荷分类及需求和影响评估
照 明
家庭娱乐
温 控
供热、通风、空调基线负荷
可计划负荷
可调控负荷
照 明供热、通风、空调商 业展 示
照 明
供热、通风、空调生活方式
工作性质生产方式、库存天气、环境因素
生
活
工 业生 产居民用户商业用户工业用户用
厨
照 明电脑办公供热、通风、空调大数据医疗负荷
照 明
供热、通风、空调
充电桩供电重要负荷交通负荷重要用户电动汽车用电
电脑办公
PART 04
微电网市场推广与项目实践
探索微网国际标准，示范“智慧能源”落地
金风科技总部智慧能源示范项目
办公
生产
能源需求
能源需求
夏季峰值冷需求：大于6MW 冬季峰值热需求：大于5MW
年用电量：大于1000万kWh
供暖期负荷
供冷期负荷
过渡期负荷
电价（元/kWh ）
尖峰高峰平段低谷0.9711
0.89340.62600.3656
返送电网电价（元/kWh ）：0.3598燃气价格（元/m 3）：3.22
•安全可靠的满足园区冷、热、电等综合需求；•综合能源先进性和示范性
•可再生能源优先使用、经济性、
•不降低员工办公的舒适度
设计原则
客户挑战：基于二期园区，示范以清洁能源为主满足供冷、供热、供电综合需求，并尽可能降低能源消耗总量，提高绿色度和能源利用效率。

设计目标
•清洁能源占比70%
•能效提高13%
•电-热等高效联供大于70%
•削减空调期峰值负荷比例大于15%
•多种储能与新能源协同运行，提高电能质量•部分负荷参与能源平衡管理
智慧能源管理
风力发电机
型号: GW106-2.5MW 塔架: 80m
风力发电机
型号: GW 131-2.3MW
塔架: 125m
智慧能源大厦
1320kWp 太阳能光伏发电
屋顶光伏车棚光伏农业大棚光伏
BIPV 光伏
备用电源
柴油发电机: 300kW*1/200kW*1燃气轮机: 65kW*2 + 600kW
储能/ 蓄能系统
钒液流: 200kW*4h 锂电池: 125kW*2h 超级电容: 200kW*10s
节能率(折合标煤)为:
14.3%负荷容量:
200kW
-2,200
kW
办公、组装生产、餐饮、体育、数据中心、空调、充电桩等
金风科技（北京）智慧园区项目案例
占地
91,271m²
水蓄能: 688kW*5h
32% （一期）70%（二期）
绿色度：
通过液流储能平抑风电出力波动
地源热泵+水蓄冷技术
☐将园区的消防水池兼做蓄冷水池。

谷段时地源热泵运行，对消防水池中的水降温，将电量转化为冷量储存在消防水池的水中；峰段或者平段时运行放冷泵通过板换换热放冷，代替原本能源站冷水主机和冷却系统的用电，实现电力的移峰填谷并降低运行费用。

☐消防水池有效利用体积约1200m³，蓄冷量约3000RT·h，温差可达10度，系统蓄能效率约93%，需求响应能力
688k W*5h，转移电力2453k W h。

☐设备在7、8月作为部分蓄冷项目集中在尖峰和峰值放冷，5、
6、9、10月作为全蓄冷项目满足整个二期园区供冷需求。

地源热泵+水蓄冷技术(园区典型日电力负荷曲线
)
0.00
500.00
1000.00
1500.00
2000.00
2500.003000.00
3500.00
4000.00
191725334149576573818997105113121129137145153161169177185193201209217225233241249257265273281
电力负荷
改造后改造前
金风科技总部智慧能源示范项目
充分利用本地的清洁能源，有效降低综合用能成本
提高了可再生能源的应用比例，实现绿色发展
保证供电可靠、增强负
荷侧响应能力
年减排二氧化碳
14.3
%3491
t
可再生能源发电占比
32%（一期）
70%（二期）
能效提升
为“绿色制造”注入“智慧能源”新动能
江苏大丰风电产业园微电网项目
解决方案项目建设项目运营
⚫分散式风电2.0MW ⚫光伏100kWp
⚫储能（540kWh 铅碳储能）⚫负荷监控系统⚫
电能质量治理
2015年3月
EMC ，客户享受电价折扣，
以及电能质量提升服务
28%
90万元/年
3450吨
为“绿色制造”注入“智慧能源”新动能（节费+ 电能质量提升）
⚫投运时间⚫商业模式⚫清洁能源占比⚫客户收益
⚫年减排二氧化碳
作为中国中车旗下新能源产业的核心企业，江苏中车致力于“绿色装备世界”。

面对经营压力，江苏中车一直在探索，如何实现清洁能源就地利用、降低用能成本、持续提升企业竞争力？
客户挑战
微网运行对客户侧电压质量的影响分析：
微网运行对中车10kV 电压影响的典型曲线
10kV 考核值为±7%，依据GB 12325-90 《电能质量供电电压允许偏差》
实际偏差最大值：+5.72%，满足考核要求。

反映微网运行内部电压质量的典型情况曲线
690V 考核值为±7%，依据GB 12325-90 《电能质量供电电压允许偏差》实际偏差最大值：+3.01%，满足考核要求。

微网运行提升南车的功率因数相关分析：
微网运行对南车的电能质量贡献曲线
1、客户功率因数由原来的0.86左右，提升至0.95以上
2、微网主控系统调节无功输出，风机在有风和无风情况下无功输出900kVar ，储能提供无功200kVar 以上
投资收益率
9.24
%可再生能源发电占比
27
%实现清洁能源协调互补供电，有效降低综合用能成本
电能质量显著提升，获得
电网奖励
有力支撑企业的智慧转
型、绿色发展
江苏中车大丰风电产业园微电网项目
94
%自我消纳比率
利用新能源发电站闲置土地及屋顶资源建设微电网，降低厂用电率
陕西投资集团榆林微电网项目
陕西投资集团榆林微电网项目
陕西省风光储互补智能微电网项目
利用新能源发电站闲置土地及屋顶资源
建设微电网，降低厂用电率
解决方案项目建设项目运营
⚫2MW分散式风电
⚫150kWp光伏
⚫500kWh 储能
⚫光伏车棚及充电桩80kW ⚫微电网控制系统⚫投运时间：2019年5月
⚫商业模式：客户自投
⚫可再生能源占比：80%
⚫年减排二氧化碳：3438吨
陕西省风光储互补智能微电网项目
微电网电气主接线图微电网黑启动
启动要求：
储能作为主电源，黑启动带起风电机组变压器组、光伏和负荷
陕西省风光储互补智能微电网项目
微电网并网转离网切换微电网离网转并网切换
转换前状态：
负荷功率60kW,光伏出力20kW,风机功率700kW 转换前状态：
负荷功率55kW,光伏出力30kW,风机功率500kW
岳阳高澜微电网项目
荣获2017年度中国分布式能源优秀项目一等奖
解决方案项目建设项目运营
⚫光伏发电（1.7MWp ）
⚫电池储能系统（600kWh ）
⚫水蓄能（855kWh蓄冷、3645kWh蓄热）⚫充电桩
⚫能效管理系统1.投运时间：2017年10月
2.商业模式：客户自投
1.可再生能源占比：30%
2.空调期峰值负荷削减：50%
3.年减排二氧化碳：1000吨
新厂房投入使用后面临用电量100%～150%增加，超过配电系统的供电能力，需要寻求电力替代。

同时，工厂用能管理面临粗放、低效的现状，急需解决企业的用能替代和管理。

客户挑战
河南奥璨鹤壁信德微电网项目
微电网“风光储充控”一体化应用项目
解决方案
项目建设
项目运营
凭借世界领先的微电网保护控制技术，整合风光储充一体控制，平滑系统出力，保证电能质量、谐波畸变率等各项指标优于电网要求，实现绿色可再生能源整合应用。

⚫ 2.0MW 风电⚫
4.2MWp 光伏
⚫4MWh 储能
⚫200kW *10S 超级电容⚫
微电网保护控制系统
1.投运时间：2018.8
2.商业模式：客户自投项目服务于当地电网公司，整
合风光储充一体化控制、平滑可再生能源出力、降低谐波畸变率，保障供电高可靠性。

1.可再生能源供电比例：80%
2.并网/ 孤岛方式切换< 10ms
3.年减排二氧化碳：8316吨
4.年发电量:
1140万kWh
客户挑战：信德塑业用电负荷集中于生产设备、电机类，由于电机频繁启停，对电网产生冲击，消耗大量的无功功率，造成功率因数降低。

客户亟需降低工厂能耗、提高电能质量及用能稳定性，要求微电网系统在提供绿色优惠电力供给的同时，能够快速响应功率突变、进行无功补偿、谐波治理。

中国石化润滑油天津分公司分散式风电项目天津市第一个正式运行的分散式风电项目
解决方案
⚫1台2MW风力发电机组（GW121/2000 ）
⚫叶轮直径121米
塔筒100米
项目建设
⚫投运时间：2019年3月
⚫商业模式：自发自用（80%）
余量上网（20%）
⚫合作模式：金风科技投资、运维，
给客户电价打折
项目运营
⚫项目发电量：476.8万kWh/年
⚫年节约标煤：1487.62吨
⚫年减排二氧化碳：3919.30吨
⚫年减排二氧化硫：1.86吨
⚫年减排氮氧化物：1.72吨
⚫年减排烟尘排放量：0.38吨
客户挑战：作为润滑油行业领军品牌，中石化润滑油在引领中国润滑油行业实现产业过程中，希望改变以往粗放式的用能模式，实现“更经济、更清洁、更可靠”的用能结构，以支撑其“绿色产品、绿色生产、绿色园区”的可持续发展目标。

巴基斯坦TB营地智能微网项目
⚫100kWp分布式光伏⚫500kW柴油发电机⚫微电网控制系统⚫投运时间：2017年12月
⚫商业模式：客户自投
⚫年均发电量：约13.59万千瓦时
⚫年节约标准煤：约48.9吨
⚫年减少二氧化碳排放：约135.5吨
⚫创造收益约：26万元
满足营地安全经济可靠能源供应用能需求
解决方案项目建设项目运营。