智能微电网整体设计建设应用项目建议书.docx

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智能微电网整体设计建设应用项目建议书

智能微网整体建设项目建议书

第1章概述

近年来，随着国民经济的快速发展发展，电力需求增长迅猛；为适应快速发展的经济需要，电力部门逐年加大发电侧的投资兴建发电厂，建设内容主要集中在火电、水电以及核电等大型发电厂上。

同时国家电网也启动了智能电网和特高压的建设，电网规模不断扩大。

已逐步发展成集中发电、远距离输电的超大互联网络系统。

但随着远距离输电的不断增大、使得受端电网对外来电力的依赖程度不断提高，电网运行的稳定性和安全性趋于下降，而且难于满足多样化供电需求。

尤其在近年来世界范围内接连发生几次大面积停电事故之后，电网的脆弱性充分暴露了出来，因此分布式发电被提上了日程。

分布式发电技术以具有低污染、高能源利用效率、可节约电网投资、提高大电网供电可靠性等优点得到重视。

分布式电源优点突出,但其控制困难、单机接入成本高、大量接入可能会对电网造成冲击，影响电能质量和系统的安全稳定等特点也极大地影响了分布式电源的应用。

大电网往往采取限制、隔离的方式来调度分布式电源,以期减小其对大电网的冲击,并对分布式电源的人网标准做了规定，当电力系统发生故障时,往往都在第一时间将分布式电源退出运行,大大限制了分布式发电技术的充分发挥。

为协调大电网与分布式电源（DG）的矛盾，充分挖掘DG的价值和效益，在本世纪初，学者们提出了一个解决方法，即将DG及负荷一起作为公共配网的一个单一可控的子系统——微电网（Microgrid）,以充分挖掘分布式发电的价值和效益。

微网目前已经为世界各国政府所重视。

美国能源部制定了美国电力系统未来几十年的研究与发展规划,微网是其重要组成之一。

日本专门成立了新能源综合开发机构统一协调国内高校、企业与国家重点实验室对新能源及其应用的研究。

在欧盟第五框架中,题为“微网微型电源大规模接人低压电网的尝试”的研究项目获得资助450万欧元。

我国“十一五”规划已将积极推动和鼓励可再生能源的发展作为中国的重点发展战略之一。

2020年可再生能源发展目标为装机容量100GW。

作为利用分布式发电的有效形式,微网将得到快速的发展。

第2章定义及意义

2.1微网定义

微网是相对传统大电网的一个概念，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。

从微观看，微网可以看做是小型的电力系统，它具备完整的发输配电功能，可以实现局部的功率平衡与能量优化，它与带有负荷的分布式发电系统的本质区别在于同时具有并网和独立运行能力。

从宏观看，微网又可以认为是配电网中的一个“虚拟”的电源或负荷，相对于外部大电网表现为单一的受控单元，并可同时满足用户对电能质量和供电安全等的要求。

2.2特点

通过微网的结构和定义可知，微网技术是新型电力电子技术和分布式发电、可再生能源发电技术和储能技术的有机结合。

具有以下主要特点：

（1）微网提供了一个有效集成应用DG的方式，继承拥有了所有单独DG系统所具有的优点。

（2）微网作为一个独立的整体模块，不会对大电网产生不利影响，不需要对大电网的运行策略进行修改。

（3）微网可以以灵活的方式将DG接人或断开，即DG具有“即插即用”的能力。

（4）多个DG联网的微网增加了系统容量，并有相应的储能系统，使系统惯性增大，减弱电压波动和电压闪变现象，改善电能质量。

（5）微网在上级网络发生故障时可以孤立运行继续保障供电，提高供电可靠性。

2.3意义

微电网对我国电力系统和国民经济的发展也有重要的意义。

（1）微电网可以提高电力系统的安全性和可靠性，有利于电力系统抗灾能力建设。

目前，我国电力工业发展已进入大电网、高电压、长距离、大容量阶段，六大区域电网已实现互联，网架结构日益复杂。

实现区域间的交流互联，理论上可以发挥区域间事故支持和备用作用，实现电力资源的优化配置。

但是大范围交流同步电网存在大区间的低频振荡和不稳定性，其动态稳定事故难以控制，造成大面积停电的可能性大。

另一方面，厂网分开后，市场利益主体多元化，厂网矛盾增多，厂网协调难度加大，特别是对电网设备的安全管理不到位，对电力系统安全稳定运行构成了威胁。

与常规的集中供电电站相比，微电网可以和现有电力系统结合形成一个高效灵活的新系统，具有以下优势：

无需建设配电站，可避免或延缓则增加输配电成本，没有或很低的输配电损耗，可降低终端用户的费用；小型化，对建设所要求不高，不占用输电走廊，施工周期短，高效性灵活，能够迅速应付短期激增的电力需求，供电可靠性高，同时还可以降低对环境的污染等。

（2）微电网可以促进可再生能源分布式发电的并网，有利于可再生能源在我国的发展。

处于电力系统管理边缘的大量分布式电源并网有可能造成电力系统不可控、不安全和不稳定，从而影响电网运行和电力市场交易，所以分布式发电面临许多技术障碍和质疑。

微电网可以充分发挥分布式发电的优势、消除分布式发电对电网的冲击和负面影响，是一种全新的概念，使用系统的方法解决分布式发电并网带来的问题。

通过将地域相近的一种微电源、储能装置与负荷结合起来进行协调控制，微电网对配电网表现为“电网友好型”的单个可控集合，可以与大电网进行能量交换，在大电网发生故障时可以独立运行。

（3）微电网可以提高供电可靠性和电能质量，有利于提高电网企业的服务水平。

微电网可以根据终端用户的需求提供差异化的电能，根据微电网用户对电力供给的不同需求将负荷分类，形成金字塔形的负荷结构。

负荷分级的思想体现了微电网个性化供电的特点，微电网的应用有利于电网企业向不同终端用户提供不同的电能质量及供电可靠性。

（4）微电网可以延缓电网投资，降低网损，有利于建设节约型社会。

传统的供电方式是由集中式大型发电厂发出的电能，经过电力系统的远距离、多级变送为用户供电的方式，即“就地消费”，因此能够有效减少对集中式大型发电厂电力生产的依赖以及远距离电能传输、多级变送的损耗，从而延缓电网投资，降低网损。

（5）微电网可以扶贫，有利于社会主义新农村建设。

微电网能够比较有效地解决我国西部地区目前常规供电所面临的输电距离远、功率小、线损大、建设变电站费用昂贵的问题，为我国边远及常规电网难以覆盖的地区的电力供应提供有力支持。

2.4面临的问题

（1）技术不成熟

目前微电网项目尚处于试验示范阶段，仅在极个别示范区、海岛有所应用，从规划设计、设备选型到投产运行等各方面均面临着诸多问题。

很多微电网设备是新研制产品，不能满足实际需求，缺乏现场经验（如微电网运行管理设备）；

微电网监控与能量管理系统目前尚处于研发阶段，功能不完善，无法满足运行管理要求；

从运行情况来看，目前微电网项目供电可靠性不高。

（2）投资及运维成本高

为满足微电网孤网运行要求，实现自身电力电量平衡，要求配置的储能装置容量占总容量的80%以上，但目前储能系统建设投资成本较高；

微电网监控平台及能量管理系统目前尚处于开发试运行阶段，投资成本高；

微电网运行维护需培训专门的微网运行维护人员，承担微网所有设备的运行维护责任，尤其对于偏远地区或孤立海岛的微电网，相较一般电网运维成本高。

（3）配套政策不成熟

根据我国《可再生能源法》规定，“国家鼓励和支持可再生能源并网发电”，“国家实行可再生能源发电全额保障性收购制度”。

政策环境支持微电网并网，但对电网企业的合理补偿存在较大欠缺，电网企业利益无法得到保证。

关于微电网建设、运营模式，政府相关政策尚不清晰。

（4）标准规范不完善

目前，分布式电源已有相应的国际标准，国内标准正在制定及完善中，但对于微电网接入、规划设计、建设运行和设备制造等环节缺乏相应的国家层面的技术标准、管理规范。

第3章国内外现状

近年来，微电网引起了世界能源专家和电力工业界的高度重视，许多国家都将其纳入了未来电力发展战略计划。

目前，美国、日本、欧盟等许多国家和地区都立足于本国电力工业实际和能源可持续发展目标，纷纷开展了微电网研究。

3.1美国

美国于本世纪初最早提出了微电网的概念，因受美国能源部的电力提供和能源可靠性办公室、加州能源委员会的资助，十多年来，美国的微电网研究一直进行地有条不紊。

美国希望微电网的研究与应用，可以提高系统的供电可靠性、可以提供多种电能质量、同时可以降低成本和加速电网智能化进程。

美国威斯康星大学麦迪逊校部的Lasseter教授在实验室建立了一个容量为200KW、电压为208/280V的微电网，CERTS微电网的可行性研究已经在美国实验室得到了初步检验。

MadRiver微电网是由美国北部电力系统承建的美国第1个微电网示范工程，该工程的建设目的主要有：

１、通过研究和测试，检验微电网的建模、仿真方法；

２、研究检验微电网的控制、保护策略以及经济效益等；

３、初步形成微电网的管理政策和相关法规，为将来的微电网工程提供参考等。

此外，由美国能源部与通用电气（GE）共同投资约400万美元，建立了第二个“通用电气全球研究”计划。

该项计划旨在开发出一套理想的微电网能量管理系统（MEM），向微电网中的器件提供统一的控制、保护和能量管理平台，优化对互联元件的协调控制，使系统的运行更加经济、高效，以满足用户的多样化需求。

2008年美国国家自然科学基金（NSF）在电气、通信、计算机系统（ECCS）研究领域的重大研究项目之一为可重构的微网测试系统研究。

2009年美国电力系统工程研究中心（PSERC）在原研究基础上继续把微网技术作为重点研究方向之一。

●微网示范工程

（1）威斯康星大学麦迪逊分校微电网

该微网始建于2001年，总容量200kW，电压等级为280V/480V。

其设计理念是不采用快速电气控制、单点并网不上网、提供多样化的电能质量与供电可靠性。

随时可接入的DERs等。

（2）通用电气（GeneralElectricCompany，GE）全球研究计划

其投资约400万美元。

GE的目标是开发一套微电网能量管理系统（mirxrogridenergymangagement，MEM），使它能向微电网中的器件提供统一的控制、保护和能量管理平台。

这项微电网计划分两个阶段实施，第一阶主要是一些基础的控制技术和能量管理技术方面进行研究，并探索改计划的市场前景。

第二阶段，主要是将第一阶段的技术在具体的模型下进行仿真，并建造示范工程进行具体的实施。

3.2日本

日本政府希望通过开发利用新能源改善本国的能源结构，缓解国内负荷快速增长而能源相对紧缺的局面。

因此，日本微电网的研究与发展主要致力于开发利用新能源、减少污染，为用户提供多样化的电能质量等方面。

为克服可再生能源的波动性缺点，保证电能质量和供电可靠性，有日本学者提出了灵活可靠性和智能能量供给系统（FRIENDS），利用FACTS元件快速灵活的控制性能，实现对配电网能量结构的优化，并满足用户的多种电能质量需求。

目前，日本在微电网示范工程的建设方面处于世界领先地位。

为保证新能源的有效利用与长足发展，日本专门成立了新能源与工业技术发展组织（NEDO），统一协调国内高校、企业与国家重点实验室对新能源及其应用的研究。

近年来，NEDO分别在可再生能源占相当大比重的爱知、青森县和京都三地建立了微电网示范工程，运行期间，分别进行了微电网功率平衡能力，电能质量和供电可靠性、运行成本，控制策略等方面的测试评估，成效显著。

●微网示范工程

NEDO在2003的“RegionalPowerGridwithRenewableEnergyResourcesProject”项目中，开始微电网试点项目

（1）中部机场的爱知微电网

该微电网的最大特点是电源大都为燃料电池；2个高温熔化碳酸盐燃料电池（270kW和300kW），4个磷酸盐型燃料电池（各200kW），一个困定氧化物燃料电池（50kW）。

系统中总的光伏发电容量为330kW，此外还有一个500kW的钠硫磺电池组用