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1、分布式发电分布式发电与与微电网技术微电网技术一、分布式发电一、分布式发电分分布布式式发发电电技技术术是是充充分分开开发发和和利利用用可可再再生生能能源源的的理理想想方方式式，它它具具有有投投资资小小、清清沽沽环环保保、供供电电可可靠靠和和发发电电方方式式灵灵活活等等优优点点，可可以以对对未未来来大大电电网网提提供供有有力力补补充充和和有有效效支支撑撑，是是未未来来电电力力系系统统的的重重要要发展趋势之。发展趋势之。一、分布式发电一、分布式发电当前的电网当前的电网智能智能/分散分散/自主发电和高度集成的自主发电和高度集成的网络管理网络管理Central power stationHouseFac
2、toryCommercialbuildingTransmission NetworkDistribution Network一、分布式发电一、分布式发电u分布分布式发电的基本概念式发电的基本概念u发展分布式发电系统的意义发展分布式发电系统的意义u分布分布式发电式发电技术技术u分布分布式发电与并网技术式发电与并网技术u分布式发电技术的研发重点与应用前景分布式发电技术的研发重点与应用前景一、分布式发电一、分布式发电u分布分布式发电的基本概念式发电的基本概念 分布式发电目前尚未有统一定义，一般认为，分布式发电(Distributed Generation，DG)指为满足终端用户的特殊需求、接在用户侧
3、附近的小型发电系统。分布式电源(Distributed Resource，DR)是指分布式发电与储能装置(Energy Storage，ES)的联合系统(DR=DG+ES)。它们的规模一般不大，通常为几十千瓦到几十兆瓦，所用的能源包括天然气(含煤层气、沼气等)、太阳能、生物质能、氧能、风能、小水电等洁净能源或可再生能源；而储能装置主要为蓄电池，还可能采用超级电容器、飞轮储能等。一、分布式发电一、分布式发电u分布式发电系统的意义分布式发电系统的意义n经济性经济性n环保效益环保效益n能源利用的多样性能源利用的多样性n调峰作用调峰作用n安全性和可靠性安全性和可靠性n边远地区的供电边远地区的供电 有些
4、分布式电源，如以天然气或沼气为燃料的内燃机等，发电后工质的余热可用来制热、制冷，实现能源的梯级利用，从而提高利用效率(可达6090)。此外，由于分布式发电的装机容量一般较小，其一次性投资的成本费用较低，建设周期短，投资风险小，投资回报率高。靠近用户侧安装能够实现就近供电、供热，因此可以降低网损。采用天然气作燃料或以氢能、太阳能、风能为能源，可减少有害物(NOX、SOX、C02等)的排放总量，减轻环保压力。大量的就近供电减少了大容量、远距离、高压输电线的建设，也减少了高压输电线的线路走廊和相应的征地面积，减少了对线路下树术的砍伐。由于分布式发电可利用多种能源，如洁净能源(天然气)、新能源(氢)和
5、可再生能源(生物质能、风能和太阳能等)，并同时为用户提供冷、热、电等多种能源应用方式，对节约能源具有重要意义。夏季和冬季往往是电力负荷的高峰期，此时如采用以天然气为燃料的燃气轮机等冷、热、电三联供电系统，不断可解决冬、夏季的供热与供冷的需要，同时能够提供电力峰荷，起到调峰的作用。当大电网出现大面积停电事故时，具有特殊设计的分布式发电系统仍能保持要保持正常运行。虽然有些分布式发电系统由于燃料供应问题(可能因泵站停电而使天燃气供应中断)或辅机的供电问题，在大电网故障时也会暂时停止运行，但由于其系统比较简单，易于再启动，有利于大电力系统在大面积停电后的黑启动，因此可以提高供电的安全性和可靠性。许多边
6、远及农村、海岛地区远离大电网，难以从大电网直接向其供电，采用光伏发电、小型风力发电和生物质发电的独立发电系统是一种优选的方法。一、分布式发电一、分布式发电u分布分布式发电式发电技术技术n燃气轮机燃气轮机、内燃机、微燃机发电技术内燃机、微燃机发电技术n光伏光伏(Photo-Voltaic(Photo-Voltaic，PV)PV)发电技术发电技术n燃料电池燃料电池(FuelCellFuelCell)发电技术发电技术n生物质生物质(Biomass)(Biomass)发电技术发电技术n风力发电技术风力发电技术n分布式储能技术分布式储能技术一、分布式发电一、分布式发电u分布分布式发电式发电技术技术n燃气
7、轮机燃气轮机、内燃机、微燃机发电技术内燃机、微燃机发电技术 燃气轮机、内燃机、微燃机发电技术是以天然气、煤层气或沼气等为常用燃料，以燃气轮机(Gas Turbine或Combustion Turbine)、内 燃 机(Gas Engine或 Internal Combustion Reciprocaring Engines)和微燃机(Micro-Turbine)等为发电动力的发电系统。燃气轮机燃气轮机内燃机内燃机内微燃机内微燃机一、分布式发电一、分布式发电u分布分布式发电式发电技术技术n光伏光伏(Photo-Voltaic(Photo-Voltaic，PV)PV)发电技术发电技术 光伏发电技术
8、是一种将太阳光辐射能通过光伏效应、经光伏电池直接转换为电能的发电技术，它向负荷直接提供直流电或经逆变器将直流电转变成交流电供人们使用。光伏发电系统换、控制与保护以及能量储存等环节。独独立立运运行行并网运并网运行行光伏发电系统示意图光伏发电系统示意图一、分布式发电一、分布式发电u分布分布式发电式发电技术技术n燃料电池燃料电池(FuelCellFuelCell)发电技术发电技术 燃料电池主要包括碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池。一、分布式发电一、分布式发电u分布分布式发电式发电技术技术n燃料电池燃料电池(FuelCellFuelCell)发电技
9、术发电技术燃料电池燃料电池的分类及特性的分类及特性一、分布式发电一、分布式发电u分布分布式发电式发电技术技术n生物质生物质(Biomass)(Biomass)发电技术发电技术 生物质发电系统是以生物质能为能源的发电工程总称，包括沼气发电、薪柴发电、农作物秸秆发电、工业有机废料和垃圾焚烧发电等，这类发电的规模和特点受生物质能资源的制约。可用于转化为能源的主要生物质能资源包括薪柴、农作物秸秆、人畜粪便、酿造废料、生活和工业的有机废水及有机垃圾等。生物质发电系统工艺流程生物质发电系统工艺流程一、分布式发电一、分布式发电u分布分布式发电式发电技术技术n风力发电技术风力发电技术 我国自20世纪50年代开
10、始发展风力发电，最初是用于农村和牧区的家庭自用小风力发电机，之后在新疆、内蒙古、吉林、辽宁等省区建立了一些容量在10kW以下的小型风电场，还在西藏、青海等地建立了一些由小型风力发电、光伏发电和柴油机发电共同构成的联合发电系统。风力发电系统主要类型：风力发电系统主要类型：（2）变速恒频双馈感应发电机系统（大容量）变速恒频双馈感应发电机系统（大容量）（1）恒速恒频风力发电机系统（小容量）恒速恒频风力发电机系统（小容量）（3）永磁直驱的同步发电机系统（大容量）永磁直驱的同步发电机系统（大容量）一、分布式发电一、分布式发电u分布分布式发电式发电技术技术n分布式储能技术分布式储能技术 当分布式发电以独立
11、或孤岛方式运行时，储能系统是必不可少的，因此电能储存技术和设备正越来越多受到人们的关注。分布式储能技术主要包括蓄电池、飞轮、超级电容器、电动汽车等。另外，还有利用电加热蓄热砖或蓄热水的蓄热储能，以及制冰及冷水的蓄冷储能等。飞轮储能飞轮储能蓄电池储能蓄电池储能一、分布式发电一、分布式发电u分布分布式发电与并网技术式发电与并网技术n分布式发电接入配电分布式发电接入配电网网的基本要求的基本要求n分布式发电与电能质量分布式发电与电能质量n分布式发电并网的控制和保护分布式发电并网的控制和保护n分布式发电并网运行时与电分布式发电并网运行时与电网网的相互影响的相互影响n分布式电源的并网规程分布式电源的并网规
12、程 一、分布式发电一、分布式发电u分布分布式发电与并网技术式发电与并网技术n分布式发电接入配电分布式发电接入配电网网的基本要求的基本要求 (1)与配电网并网时，可按系统能接受的恒定功率因数或恒定无功功率输出的方式运行。(2)采用同期或准同期装置与配电网并网时，不应造成电压过大的波动。(3)分布式发电的接地方案及相应的保护应与配电网原有的接地方式相协调。一、分布式发电一、分布式发电u分布分布式发电与并网技术式发电与并网技术n分布式发电接入配电分布式发电接入配电网网的基本要求的基本要求 (4)容量达到一定大小的分布式发电，应将其连接处的有功功率、无功功率的输出量和连接状态等方面的信息传给配电网的控
13、制调度中心。(5)分布式发电应配备继电器，以使其能检测何时应与电力系统解列，并在条件允许时以孤岛方式运行。(6)与配电网间的隔离装置应该是安全的，以免在设备检修时造成人员伤亡。一、分布式发电一、分布式发电u分布分布式发电与并网技术式发电与并网技术n分布式发电与电能质量分布式发电与电能质量与分布式发电相关的电能质量问题主要应考虑以下方面：(1)供电的短暂中断 (2)电压调节 (3)谐波问题一、分布式发电一、分布式发电u分布分布式发电与并网技术式发电与并网技术n分布式发电并网的控制和保护分布式发电并网的控制和保护 当分布式发电与配电网并网运行时，有时配电网会出现故障，此时为使其与配电网配合良好，除
14、了配电网本身需要配备一定的控制和保护装置外，分布式发电也应配备能检测出配电网中故障并作出适当反应的装置和保护继电器。pp 过电压和欠电压继电器p 高、低频继电器p负序电压继电器p中性线零序电压继电器一、分布式发电一、分布式发电u分布分布式发电与并网技术式发电与并网技术n分布式发电并网运行时与电分布式发电并网运行时与电网网的相互影响的相互影响(1)对电能质量的影响(2)对继电保护的影响(3)对配电网可靠性的影响(4)对配电系统实时监视、控制和调度方面的影响(5)孤岛运行问题(6)其他方面影响，如短路电流超标、铁磁谐振、调节配合、配电网效益。一、分布式发电一、分布式发电u分布分布式发电与并网技术式
15、发电与并网技术n分布式电源的并网规程分布式电源的并网规程 分布式电源可以独立地带负荷运行，也可与配电网并网运行。世界上的一些发达国家和专门的学会、标准化委员会，如IEEE、IEC以及日本、澳大利亚、英国、德国等纷纷制定相应的并网导则和规程，中国也开展了这方面的工作。pIEEE 1547-2003分布式电源与自力系统互联标准，并以此作为美国国家层面的标准。该标准于2003年获得批准并发布实施。一、分布式发电一、分布式发电u分布式发电技术的研发重点与应用前景分布式发电技术的研发重点与应用前景 n分布式发电技术的研究与开发的重点分布式发电技术的研究与开发的重点 研究具体研究具体内容内容二、微电网技术
16、二、微电网技术 分布式电源尽管优点突出，但本身存在一些问题。分布式电源相对大电网来说是一个不可控电源，因此目前的国际规范和标准对分布式电源大多采取限制、隔离的方式来处理，以期减小其对大电网的冲击。IEEE P 1547标准规定：当电力系统发生故障时，分布式电源必须马上退出运行，大大限制了其效能的充分发挥。为协调大电网与分布式电源间的矛盾，最大限度地发掘分布式发电技术在经济、能源和环境中的优势，在21世纪初学者们提出了微电网的概念。二、微电网技术二、微电网技术u微电网定义微电网定义u微电网结构微电网结构u微电网控制功能微电网控制功能u微电网保护微电网保护u微电网并网运行微电网并网运行u微电网孤岛
17、运行微电网孤岛运行u微电网的能量管理系统微电网的能量管理系统二、微电网技术二、微电网技术u微电网定义微电网定义 微电网从系统观点看问题，将发电机、负荷、储能装置及控制装置等结合，形成一个单一可控的独立供电系统。它采用了大量的现代电力电子技术，将微型电源和储能设备并在一起，直接接在用户侧。对于大电网来说，微电网可被视为电网中的一个可控单元，可以在数秒钟内动作以满足外部输配电网络的需求；对用户来说，微电网可以满足他们特定的需求，如降低馈线损耗、增加本地可靠性、保持本地电压稳定、通过利用余热提高能量利用的效率等。微电网或与配电网互联运行，或独立运行(称为孤立运行方式)，当配电网出现故障而微电网与其解
18、列时，仍能维持微电网自身的正常运行。这种微电网的结构、模拟、控制、保护、能量管理系统和能量储存技术等与常规分布式发电技术有较大不同，须进行专门的研究。二、微电网技术二、微电网技术u微电网定义微电网定义 CERTS(Consortium Electric Reliability Technology Solutions)定义的微电网基本概念：这是一种负荷和微电源的集合。该微电源以在一个系统中同时提供电力和热力的方式运行，这些微电源中的大多数必须是电力电子型的，并提供所要求的灵活性，以确保能以一个集成系统运行，其控制的灵活性使微电网能作为大电力系统的一个受控单元，以适应当地负荷对可靠性和安全性的要
19、求。二、微电网技术二、微电网技术u微电网结构微电网结构272727PVPVWind GenWind GenMicroturbineMicroturbineFuel CellFuel CellStorage Storage DeviceDeviceMGCCMGCCMCMCMCMCMCMCMCMCMCMCLCLCLCLCLCLCLCLCLCLC微电网（微电网（GCGC）分级控制）分级控制微网公共连接微网公共连接(MGCC)(MGCC)微电源开关（微电源开关（MC)MC)负荷开关（负荷开关（LC)LC)通讯基础设施通讯基础设施(CI)(CI)二、微电网技术二、微电网技术u微电网结构微电网结构一种典型
20、的微电网系统结构一种典型的微电网系统结构二、微电网技术二、微电网技术u微电网的控制功能微电网的控制功能微电网具有控制、协调、管理等功能，并由以下系统来实现。（1）微电源控制器（2）保护协调器（3）能量管理器微电网的控制功能主要有以下几种：(1)基本的有功和无功功率控制(P-Q控制)(2)基于调差的电压调节(3)快速负荷跟踪和储能(4)频率调差控制二、微电网技术二、微电网技术u微电网的保护微电网的保护 微电网结构对继电保护提出了一些特殊的要求，必须考虑的因素主要有以下几点：配电网一般是放射形的，由于有了微电源，保护装置上流经的电流就可能由单向变为双向；一旦微电网孤岛运行，短路容量会有大的变化，影
21、响了原有的某些继电保护装置的正常运行；改变了原有的单个分布式发电接入电网的方式，构成微电网的初衷之一是尽可能地维持一些重要负荷在电网故障时能正常运行而不使其供电中断。这些均可能使原有的保护装置和策略发生变化。二、微电网技术二、微电网技术u微电网微电网并网运行并网运行 相对于电力系统而言，微电网类似于一个独立的控制单元，其中每一个微电源都具有简单的即拔即插功能。对每一个微电源，最关键的是它本身的接口、控制、保护以及对微电网的电压控制、潮流控制和维持其运行稳定性。另一个重要的功能是微电网的联网运行和孤岛运行方式间的平稳转移。二、微电网技术二、微电网技术u微电网孤岛运行微电网孤岛运行 当微电网孤岛运
22、行时，为了使所隔离的故障区尽可能小，微电网中保护装置的协调尤为重要。特别需要指出的是，由于微电网的电源大多为电力电子型设备，所发出的电力通过逆变器与网络连接，故障时紧提供很小的短路电流，难以启动常规的过电流保护装置。因此，保护装置和策略就应作相应地修改，如采用阻抗型、零序电流型、差分型或电压型继电保护装置。二、微电网技术二、微电网技术u微电网的能量管理系统微电网的能量管理系统 微电网被定义为发电和负荷的集合，而通常负荷不仅包括了电负荷，还包括热和冷负荷，即热电联供或热电冷三联供。由此，微电网不仅要发电，而且要利用发电的余热以提高总体效率。能量管理系统(Energy Management System，EMS)的目的即为作出决策以最优地利用发电产生的电和热(冷)。该决策的依据为当地设备对热量的需求、气候的情况、电价、燃料成本等。除了上述基本功能外，EMS还具有其他些功能，如当微电网与配电网解列后微电网应配备快速切负荷的功能，以使微电网内的发电与负荷平衡；由于微电源同时供给电、热等负荷，调度时应同时兼顾，一般情况下往往采取“以热定电”的原则，即在满足用户对热负荷需求的条件下再进行电量的调度；微电网中应配各一些储能设备，如蓄电池、超级电容器、飞轮等。