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1、分布式发电及微电网技术分布式发电及微电网技术第1页，本讲稿共37页主主 要要 内内 容容-2 2-主要内容主要内容一一、技技 术术 背背 景景二二、技技术术简简介介三三、国国内内外外研研究究和和应应用用现现状状三三、国国内内外外研研究究和和应应用用现现状状四四、最最新新进进展展和和技技术术发发展展趋趋势势第2页，本讲稿共37页一、技术背景一、技术背景-3 3-第3页，本讲稿共37页1.1.1.1.最大可能地接纳分布式电源（最大可能地接纳分布式电源（DGDGDGDG）的接入）的接入）的接入）的接入2.2.智能电网的有机组成部分智能电网的有机组成部分3.3.3.3.农村电气化农村电气化农村电气化农
2、村电气化4.4.4.4.提高供电可靠性：对电能质量有特殊要求提高供电可靠性：对电能质量有特殊要求提高供电可靠性：对电能质量有特殊要求提高供电可靠性：对电能质量有特殊要求 的场合（个性化供电）的场合（个性化供电）5.5.提高电网整体抗灾能力和灾后应急供电能力提高电网整体抗灾能力和灾后应急供电能力6.6.提高能效提高能效-4 4-目的和意义目的和意义第4页，本讲稿共37页应应 用用 前前 景景1.1.1.1.各级电网：包括国家电网、区域电网、省网各级电网：包括国家电网、区域电网、省网各级电网：包括国家电网、区域电网、省网各级电网：包括国家电网、区域电网、省网 以及地方电网等，提供多级应对自然灾害的
3、以及地方电网等，提供多级应对自然灾害的以及地方电网等，提供多级应对自然灾害的以及地方电网等，提供多级应对自然灾害的 应急机制和实现农村电气化的平台。应急机制和实现农村电气化的平台。应急机制和实现农村电气化的平台。应急机制和实现农村电气化的平台。2.2.2.2.不同类别的工作部门：包括电力规划、电力不同类别的工作部门：包括电力规划、电力不同类别的工作部门：包括电力规划、电力不同类别的工作部门：包括电力规划、电力 调度、市场交易等，为各部门提供新的工作调度、市场交易等，为各部门提供新的工作调度、市场交易等，为各部门提供新的工作调度、市场交易等，为各部门提供新的工作 机制和平台。机制和平台。机制和平
4、台。机制和平台。3.3.3.3.不同类别的行业部门：包括政府机关、消防、不同类别的行业部门：包括政府机关、消防、不同类别的行业部门：包括政府机关、消防、不同类别的行业部门：包括政府机关、消防、医院及军事等，为各重要负荷提供不间断供医院及军事等，为各重要负荷提供不间断供医院及军事等，为各重要负荷提供不间断供医院及军事等，为各重要负荷提供不间断供 电，保证供电可靠性。电，保证供电可靠性。电，保证供电可靠性。电，保证供电可靠性。4.4.4.4.研究单位：作为微电网技术体系理论及应用研究单位：作为微电网技术体系理论及应用研究单位：作为微电网技术体系理论及应用研究单位：作为微电网技术体系理论及应用 的一
5、个新的研究分支。的一个新的研究分支。的一个新的研究分支。的一个新的研究分支。第5页，本讲稿共37页二、技术简介二、技术简介-6-第6页，本讲稿共37页微微网网是是以以分分布布式式发发电电技技术术为为基基础础，以以靠靠近近分分散散型型资资源源或或用用户户的的小小型型电电站站为为主主，结结合合终终端端用用户户电电能能质质量量管管理理和和能能源源梯梯级级利利用用技技术术形形成成的的小小型型模模块块化化、分分散散式式的的供供能能网网络络。微微网网是是智智能能电电网网的的重重要要组组成成部部分分，能能实实现现内内部部电电源源和和负负荷荷的的一一体体化化运运行行，并并通通过过和和主主电电网网的的协协调调控
6、控制制，可可平平滑滑接接入入主主网网或或独独立立自自治治运运行行，充充分分满满足足用用户户对对电电能能质量、供电可靠性和安全性的要求。质量、供电可靠性和安全性的要求。-7-微微 网网 定定 义义第7页，本讲稿共37页微电网基本结构微电网基本结构 微电网的结构示意图如图所示，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，负荷通过分布式电的一部分，负荷通过分布式电源供电。根据微电网的运行特源供电。根据微电网的运行特性，微电网可能通过性，微电网可能通过PCCPCC连接到连接到大电网并网运行，也可与之断大电网并网运行，也可与之断开进入孤网运行模式（开进入孤网
7、运行模式（IsolatedIsolated Grid Grid，IGIG）。当微电网并网的）。当微电网并网的时候，微电网的运行和控制模式时候，微电网的运行和控制模式也在两种状态之间转换，即依赖也在两种状态之间转换，即依赖于大电网的模式（于大电网的模式（Grid DependentGrid Dependent，GDGD）和独立于大电网的模式）和独立于大电网的模式（Grid IndependentGrid Independent，GIGI）。）。GDGD与与GIGI模式的区别在于微电网模式的区别在于微电网与大电网之间是否有功率交换。与大电网之间是否有功率交换。第8页，本讲稿共37页微电网基本结构微
8、电网基本结构 片区微网片区微网片区微电网有两种，一种是城市网络，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，片区微电电力网络的升级等。另外
9、，片区微电网能提供当地无功电压支撑和较高的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。电能质量等辅助服务。第9页，本讲稿共37页工商业微网工商业微网微电网基本结构微电网基本结构 工商业微网的用户一般定义为关键负荷或者敏感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。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，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可以供给小型
10、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。多种分布式电源供电。该类微电网的主要作用是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；整合靠性水平；整合CHPCHP和需求侧管理。和需求侧管理。运行方式有运行方式有GDGD、GIGI和和IGIG，当大电网故障或者电能质量不满足要求、，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
11、电价较高或者系统维修时从GIGI模式切换到模式切换到IGIG模式。模式。第10页，本讲稿共37页微电网基本结构微电网基本结构 偏远地区微网偏远地区微网利用微电网对这些偏远地区微电网利用微电网对这些偏远地区微电网进行供电，可以利用可再生能源发进行供电，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。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
12、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。主要运行方式为需求侧管理。主要运行方式为IGIG。第11页，本讲稿共37页分布式电源与交流系统的连接分布式电源与交流系统的连接第12页，本讲稿共37页核核 心心 技技 术与关键设备术与关键设备核心技术核心技术：仿真分析（含微网的分析计算方法）、规划设计 理论（微网的基本构成，根据地域等客观条件的 不同，如何配置电源、负荷等）、计算理论、电 源技术、保护与控制、运行与能量管理、信息与 通信、定制电力、先期评估和后期评价（能源利用 效率、炭排放、可靠性、电能质量）等。关键设备：关键设备：分布式电源
13、并网装置，分布式储能装置，控制、保护装置，微网快速分离开关，计量装置（智能 电表），能量管理系统，通信系统，接地网等。第13页，本讲稿共37页三、国内外研究和应用现状三、国内外研究和应用现状-14-第14页，本讲稿共37页微网示范工程地理位置说 明CERTS 试验基地美国俄亥俄480V系统，包括3个60kW MT，有三条馈线，其中两条含有微电源并能孤网运行。这两条中的一条馈线上带有两个微电源，通过170m电缆间隔；另一条馈线上带有一个微电源，这样可以进行微电源并行运行的测试。该系统用于测试微电网各部分的动态特性。Mad River 公园美国范特蒙特6个商业和工业厂区，12个居民区，280kW、
14、100kW发电机，30kW MT，PV。接入7.2kV配网。既可孤网运行，也可联网运行。LABEIN 微网中心西班牙通过两个1000kVA和451kVA的变压器连接到30kV中压网络，0.6kW和1.6kW单相PV，3.6kW三相PV，2组55kW柴油机，50kW MT，6kW风力发电机；250kVA飞轮储能，2.18MJ超级电容，1120Ah和1925Ah蓄电池储能；55kW和150kW电阻负荷，2个36kVA电感负荷。用于测试联网运行时集中和分散控制策略及电力市场中的能量交易。Kythnos孤网希腊提供12户岛上居民用电，400V配网，包含6台光伏发电单元，共11kW，1座5kW柴油机，1
15、台3.3kW/50kWh蓄电池/逆变器系统。目前只能孤网运行，研究目标是微网运行控制以提高系统满足峰荷能力和改善可靠性。目前国外已建成的微网示范工程目前国外已建成的微网示范工程第15页，本讲稿共37页EDP微型电力公司葡萄牙连接到400V低压网络的天然气站电网，具有80kW MT，多余电力可送往10kV中压网，或供当地低压农村电网（3.45-41.5KVA），既可联网运行也可孤网运行。MV/LV 电力公司荷兰用于度假村，共四条380V馈线，每条长约400m。以光伏发电为主，共装335kW光伏发电单元。既可孤网运行，也可联网运行。主要用于含有储能系统的微网孤网运行性能的测试。Manheim 微网
16、德国慕尼黑位于居民区，包含六台光伏发电单元，共40kW；计划继续安装数台微型燃气轮机。将对基于代理的分散控制进行测试，并进行社会、经济效益评估。CESIRICERCA 试验公司意大利米兰具有PV、MT、柴油机、MCFC等微电源，并配有蓄电池、飞轮等储能方式，可组成不同的拓扑结构，进行稳态、暂态运行过程测试和电能质量分析。Boston Bar IPP加拿大该区域通过69/25kV变电站供电，通过60km的69kV线路连接到BC Hydro高压系统。当地电力供应Boston Bar有两台3.45MW水力发电机，峰荷为3.0MW。根据BC Hydro的准则，进行孤网运行测试。Hachinohe计划日
17、本八户污水处理厂配有3个170kW燃气轮机，50kW PV，发出电力通过5km的私营配线输送到4个学校、水利局办公楼和市政办公楼。学校内也有小型风机和PV，控制目标是6分钟内供需不平衡控制在3%以内。在测试过程中，该目标完成率为99.99%。在2007年11月孤网运行一周。第16页，本讲稿共37页美国微电网的研究美国微电网的研究 2002年首次提出年首次提出CERTS微电网的微电网的概念概念u包括包括3条馈线条馈线A、B和和C及及1条负荷母线，整体呈辐射状条负荷母线，整体呈辐射状结构结构u馈线通过主分隔装置与配电馈线通过主分隔装置与配电系统相连，可实现孤网及并系统相连，可实现孤网及并网运行模式
18、的平滑切换网运行模式的平滑切换uIEEE P1547标准规定，在标准规定，在PCC处，微电网的各项技术处，微电网的各项技术指标必须满足预定的规范指标必须满足预定的规范-17-第17页，本讲稿共37页美国微电网的研究美国微电网的研究CERTS微电网示范网络微电网示范网络u包括光伏发电、微型燃气轮机和燃料电池等微电源包括光伏发电、微型燃气轮机和燃料电池等微电源u能量管理器：实现对整个微电网的综合分析控制能量管理器：实现对整个微电网的综合分析控制u潮流控制器：实现对微电源的就地控制潮流控制器：实现对微电源的就地控制u示范了对三类不同供电质量要求的负荷的个性化微电示范了对三类不同供电质量要求的负荷的个
19、性化微电源供电方案源供电方案l连接在馈线连接在馈线A上的敏感负荷采用光伏电池供电上的敏感负荷采用光伏电池供电l连接在馈线连接在馈线C上的可调节负荷采用燃料电池和微燃气轮机上的可调节负荷采用燃料电池和微燃气轮机混合供电混合供电l连接在馈线连接在馈线B上的可中断负荷没有设置专门的微电源，直接上的可中断负荷没有设置专门的微电源，直接由配电网供电由配电网供电-18-第18页，本讲稿共37页美国微电网的研究美国微电网的研究CERTS微电网的关键特性微电网的关键特性u系统故障时候能孤网运行，系统故障时候能孤网运行，系统恢复后自动并网，从系统恢复后自动并网，从而而实现各种工况下对用户的实现各种工况下对用户的
20、持续无差别（特指电能质量）持续无差别（特指电能质量）供电供电u将用户和分布式电源集成，将用户和分布式电源集成，对系统而言是一个对系统而言是一个独立自治独立自治的单元的单元u“对等对等”概念概念（peer-to-peer）：各个元件地位对）：各个元件地位对等，不存在主控制器或中等，不存在主控制器或中心储能单元心储能单元u“即插即用即插即用”概念概念（plug-and-play）：各个微电源可）：各个微电源可以在微电网的任一点接入以在微电网的任一点接入而无须改变微电网的控制而无须改变微电网的控制策略策略-19-第19页，本讲稿共37页美国微电网的研究美国微电网的研究现有成果现有成果u在试验系统上测
21、试了暂态过程中（与在试验系统上测试了暂态过程中（与主网断开及孤网状态下的负荷变化）控主网断开及孤网状态下的负荷变化）控制系统的鲁棒性，既能控制的出力，制系统的鲁棒性，既能控制的出力，又能控制线路的潮流又能控制线路的潮流u得到了一个试验系统中柴油机组的控得到了一个试验系统中柴油机组的控制方法制方法-20-第20页，本讲稿共37页美国微电网的研究美国微电网的研究CERTS微电网概念的拓展微电网概念的拓展u在在DG附近配置储能系统，有利于维持系统附近配置储能系统，有利于维持系统功率平衡功率平衡u仿真验证了储能系统和电力电子接口控制策仿真验证了储能系统和电力电子接口控制策略的有效性略的有效性-21-第
22、21页，本讲稿共37页欧洲微电网的研究欧洲微电网的研究Microgrid计划（计划（2001-2005）u由欧盟由欧盟7个国家、个国家、14个组织合作开展个组织合作开展u将微电网定义为含有小型分布式发电的低压配网，侧重将微电网定义为含有小型分布式发电的低压配网，侧重单个微电网的运行单个微电网的运行u目前已初步形成了微电网的运行、控制、保护、安全及通目前已初步形成了微电网的运行、控制、保护、安全及通讯等理论，并在实验室微电网平台上对这些理论进行了验讯等理论，并在实验室微电网平台上对这些理论进行了验证证-22-第22页，本讲稿共37页欧洲微电网的研究欧洲微电网的研究分层管理和控制系统分层管理和控制
23、系统u微电网通过位于中压微电网通过位于中压/低压变电站的微电网中低压变电站的微电网中央控制器（央控制器（MGCC）进行管理和控制，）进行管理和控制，MGCC具有经济性管理和控制等功能具有经济性管理和控制等功能u系统的第二层，控制器位于负荷侧（负荷控系统的第二层，控制器位于负荷侧（负荷控制器，制器，LC）或微电源侧（微电源控制器，）或微电源侧（微电源控制器，MC），它们之间通过），它们之间通过MGCC交换信息，而交换信息，而MGCC通过设定通过设定LC和和MC的参考点控制微电的参考点控制微电网的运行网的运行-23-第23页，本讲稿共37页欧洲微电网的研究欧洲微电网的研究More Microgri
24、ds计划：计划：2006-2010u其参与国家增加到其参与国家增加到11个，组织达到个，组织达到22个个u包括微电网、储能、风力发电、小水电、包括微电网、储能、风力发电、小水电、CHP、小型柴油机和可切除负荷等、小型柴油机和可切除负荷等u目的在于通过开发和延伸微电网的概念促目的在于通过开发和延伸微电网的概念促进分布式电源与可再生能源的大规模接进分布式电源与可再生能源的大规模接入以及传统电网向智能网络的过渡入以及传统电网向智能网络的过渡u主要研究先进的微电源控制技术、网主要研究先进的微电源控制技术、网络设计、多微电网运行管理、技术和络设计、多微电网运行管理、技术和商业协议的标准化、示范系统现场测
25、商业协议的标准化、示范系统现场测试及其对电力系统的影响等试及其对电力系统的影响等-24-第24页，本讲稿共37页欧洲微电网的研究欧洲微电网的研究 建设了一系列的微电网示范系统，对孤网和并网状态下建设了一系列的微电网示范系统，对孤网和并网状态下运行特性进行了测试，目前已得到电能质量、信息和运行特性进行了测试，目前已得到电能质量、信息和通讯技术及社会经济效益等方面的结果通讯技术及社会经济效益等方面的结果-25-第25页，本讲稿共37页日本的微电网研究日本的微电网研究日本：日本：NEDOu建设了微电网示范工程，建设了微电网示范工程，包括含多种可再生能源包括含多种可再生能源的区域电网、含有多个的区域电
26、网、含有多个DG的配网设备和提供的配网设备和提供不同电能质量的新型不同电能质量的新型电力网络以及进行功电力网络以及进行功率控制的并网太阳能率控制的并网太阳能和风力发电系统和风力发电系统 u目前得到了一系列的目前得到了一系列的并网和孤网的运行结并网和孤网的运行结果果-26-第26页，本讲稿共37页四、最新进展和技术发展趋势四、最新进展和技术发展趋势-27-第27页，本讲稿共37页微电网的运行机理及稳定性分析微电网的运行机理及稳定性分析 微电网的精细建模及数值仿真技术微电网的精细建模及数值仿真技术 微电网的运行机理分析微电网的运行机理分析u并网、孤网及相互切换过程并网、孤网及相互切换过程u黑启动黑
27、启动 稳定性分析稳定性分析u静态稳定、动态稳定和小干扰稳定性分析静态稳定、动态稳定和小干扰稳定性分析-28-第28页，本讲稿共37页微电网的控制微电网的控制微电源的控制策略微电源的控制策略微电网的控制结构：分层控制微电网的控制结构：分层控制u并网控制策略并网控制策略u孤网控制策略孤网控制策略u并网并网-孤网相互切换控制策略孤网相互切换控制策略微电网的能量管理微电网的能量管理第29页，本讲稿共37页1.下降曲线控制下降曲线控制微电源控制器：基于本地信息微电源控制器：基于本地信息传统控制方法传统控制方法uP-f下降曲线下降曲线uQ-V下降曲线下降曲线-30-第30页，本讲稿共37页2.功率管理策略
28、（功率管理策略（PMS）功能功能u有效地在微电源之间分配负荷的有功和有效地在微电源之间分配负荷的有功和无功功率需求无功功率需求u对于系统运行方式变化引起的扰动快速对于系统运行方式变化引起的扰动快速响应响应u决定微电源的最终功率参考值以平衡功决定微电源的最终功率参考值以平衡功率和恢复频率率和恢复频率u使孤网运行的微电网与大电网重新同步使孤网运行的微电网与大电网重新同步-31-第31页，本讲稿共37页2.功率管理策略（功率管理策略（PMS）目标目标u微电源之间的负荷分配要满足系统总功率损耗最小微电源之间的负荷分配要满足系统总功率损耗最小u考虑每个微电源的特殊要求，如微电源的类型，发考虑每个微电源的
29、特殊要求，如微电源的类型，发电成本，原动侧时间特性，维修周期和对环境的影电成本，原动侧时间特性，维修周期和对环境的影响响u维持系统的电能质量，如电压波动和谐波污染在一维持系统的电能质量，如电压波动和谐波污染在一定的范围内定的范围内u改善系统的动态响应，在暂态过程中保持较高的稳改善系统的动态响应，在暂态过程中保持较高的稳定裕度，并具有电压和频率恢复特性定裕度，并具有电压和频率恢复特性-32-第32页，本讲稿共37页3.能量管理系统（能量管理系统（EMS）集中方法集中方法u通过微电网的通过微电网的EMS来执行优化功能并对微电源来执行优化功能并对微电源和可控负荷的最新参考值进行通讯和可控负荷的最新参
30、考值进行通讯 分散方法分散方法u基于利用微电源本地信息的微电源控制器来基于利用微电源本地信息的微电源控制器来实现的能量管理实现的能量管理 u智能控制方法智能控制方法-33-第33页，本讲稿共37页微电网的保护微电网的保护难点难点u在孤网和并网两种运行工况下均能对微电网内部故障在孤网和并网两种运行工况下均能对微电网内部故障做出响应做出响应u并网时快速感知大电网故障并网时快速感知大电网故障 u保证保护的选择性、快速性、灵敏性与可靠性保证保护的选择性、快速性、灵敏性与可靠性 研究方向研究方向u单相接地和线间故障，对称电流分量检测和保护策略单相接地和线间故障，对称电流分量检测和保护策略u微电源故障模型
31、微电源故障模型-34-第34页，本讲稿共37页微电网的经济性评估微电网的经济性评估经济效益评估与量化经济效益评估与量化研究目标研究目标u增大可再生能源渗透率增大可再生能源渗透率u降低储能设备容量降低储能设备容量u环境效益环境效益非线性约束多目标优化问题非线性约束多目标优化问题-35-第35页，本讲稿共37页微电网的相关标准制定和运行导则微电网的相关标准制定和运行导则硬件标准及系统标准硬件标准及系统标准微电网接入标准与运行导则微电网接入标准与运行导则微电网软件标志及通信标准微电网软件标志及通信标准第36页，本讲稿共37页微电网试验平台及示范系统建设微电网试验平台及示范系统建设实验室级微电网试验平台实验室级微电网试验平台u设计微电网的典型结构设计微电网的典型结构u测试微电网孤网、并网、两者相互切换、黑启动等过测试微电网孤网、并网、两者相互切换、黑启动等过程程u设计并应用微电网控制系统设计并应用微电网控制系统社区级及以上级别示范系统社区级及以上级别示范系统u在实用环境中，进一步验证实验平台研究与测试的在实用环境中，进一步验证实验平台研究与测试的结果结果 u通过长期运行，检验其对电能质量、可靠性、节能降耗的通过长期运行，检验其对电能质量、可靠性、节能降耗的提高的作用提高的作用第37页，本讲稿共37页