分布式电源接入控制功能需求分析报告.docx
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分布式电源接入控制功能需求分析报告
分布式电源接入控制功能
需求分析报告
1背景1
2现状调研2
2.1国内典型案例2
2.1.1某财专微电网试点项目2
2.1.2中新天津生态城智能电网综合示范工程6
2.1.3国家863项目南麂岛微电网示范工程8
2.1.4河北承德御道口微电网试点10
2.1.5某东澳岛智能微电网项目16
2.2国外研究和试点情况17
2.3供电企业17
2.4规范要求18
2.4.1IEEE154718
2.4.2配电自动化主站系统功能规范19
2.4.3分布式能源接入电网技术规定19
2.4.4分布式电源接入配电网测试技术规范21
2.4.5分布式电源接入配电网运行控制规范22
2.4.6分布式电源接入配电网监控系统功能规范22
2.4.7配电网规划设计技术导则24
2.5分布式电源及微电网主流厂家现状25
2.6总结分析28
2.6.1规划设计28
2.6.2逆变器控制和设计29
2.6.3微电网技术29
2.6.4分布式电源控制和管理29
3需求分析33
3.1市场需求33
3.1.1政策方面33
3.1.2项目方面33
3.1.3发展前景34
3.2商务需求35
3.3应用需求35
3.3.1北京36
3.3.2某36
3.3.3山东36
3.3.4广东37
4解决方案思路38
4.1系统定位38
4.2研发思路38
4.3研发基础39
4.3.1分布式电源接入控制功能39
4.3.2分布式电源监控终端39
4.3.3研究实验室40
4.4技术方案41
4.4.1第一阶段（2013年下半年）42
4.4.2第二阶段（2014年上半年）44
4.4.3第三阶段（2014年下半年）44
5总结45
附件一：
国内研究和试点情况46
附件二：
国外研究和试点情况48
附件三：
许继集团微网产品简介50
（一）整体方案50
（二）微电网系统级产品51
（三）光伏发电系列产品53
（四）储能系列产品54
附件四：
四方继保CSGC-3000/MGMS分布式能源微网管理系统55
（一）功能56
（二）主要特点58
附件五：
“金太阳示范工程”58
附件六：
“863计划”59
1背景
能源是人类社会生存和发展的物质基础。
以煤炭、石油、天然气等化石燃料为基础的常规能源的大规模开采和使用，使全球资源日益枯竭、环境不断恶化；我国经济持续健康发展和人民生活水平不断提高，社会对于能源的需求也与日俱增；工业的快速发展，CO2排放引起的全球气候变暖问题等，都是导致国家能源安全、环境污染、生态恶化重要原因。
因此，大力开拓新能源和可再生能源的实际应用成为我国解决能源问题和保护环境的重要战略任务。
今年1月23日，国务院印发的《能源发展“十二五”规划》，首次专辟一节提出大力发展分布式能源，要求到2015年建成1000个左右天然气分布式能源项目，战略规划性的政策指导受到行业极力关注。
今年2月国家电网公司也再度发布《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》，也明确提出要为分布式电源项目接入电网提供便利条件，为接入系统工程建设开辟绿色通道，积极促进分布式能源发展。
国家电网“十二五”智能电网规划指出，“十二五”期间配电网智能化建设主要目标是在配电自动化基础较好地区，开展分布式发电、储能和微电网系统接入与协调控制试点建设，形成一定应用规模。
智能电网的发展对于电网公司来说，即是挑战，也是机遇。
研究和推广分布式电源接入控制功能，是配电环节智能化的发展趋势，对于坚强智能电网的建设具有重要意义。
分布式电源是充分开发和利用可再生能源的理想发生，它具有投资小、清洁环保、供电可靠和发电方式灵活等优点，可以对未来大电网提供有力补充和有效支撑，大力发展分布式能源符合国家能源政策，随之大量分布式电源的并网必将给电力系统带来巨大的挑战，电力系统的可靠性将会降低；分布式电源并网运行后电力系统动态监测将面临诸多技术问题急需解决。
通过对国内外分布式电源现状进行调研，分析供电企业、技术规范等对分布式电源要求，结合我公司研发现状和应用需求，提出针对分布式电源接入控制功能的研发思路和建议。
2现状调研
2.1国内典型案例
国家电网公司结合坚强智能电网建设，积极开展微电网技术研究和试点工作：
其中包含科研项目、试点工程18项，主要由电网企业建设（国网公司、南网、国电、兴业太阳能公司、许继集团、国电南瑞、四方继保、天大求实等），详情见附件一，基本情况如下：
Ø电压等级：
9个项目为380V；其余8个为10kV，1个为20kV；
Ø装机容量：
10个项目总装机容量1MW以下，其余4个5MW以下；
Ø储能应用：
13个项目配置了储能系统；
Ø自平衡能力：
大多为风电、光伏等间歇式电源，自平衡能力不强。
目前，国内试点项目多为着重解决大电网供电困难的偏远农牧区、海岛用电问题，搭建技术研究和实证的平台。
具备微型、清洁、友好的特征，不能完全实现自治。
主要原因是国内项目大多为风电、光伏等间歇式电源，储能因技术和成本因素配置相对不足；国外一些试点项目除包括间歇式电源外，还包括燃机等非间歇式电源，自平衡能力较强。
2.1.1某财专微电网试点项目
图21某财专微电网试点项目
该项目为国家电网2010年微电网试点项目，位于某中牟产业园区某财政专科学校内；项目在宿舍楼、教学楼屋顶、图书馆南立面建设2MW并网光伏发电系统，一期建设380kWp；在教学楼、宿舍配电室建设200kW/200kWh磷酸铁锂电池储能系统一座；配置分布式能源并离网控制器、负荷控制器，并配置微网综合能量管理系统实现分布式能源与电网协调运行。
1、参与厂家
许继集团微网事业部为总承包，包含逆变器、集中控制器、微网控制系统，为某财专微电网提供微网控制整体解决方案。
2、项目整体架构
图22项目整体架构
⏹类型：
并网型；
⏹电压等级：
380V；
⏹容量规模：
光伏350kW；电池储能200kW/200kWh；
⏹研究内容：
研发微电网控制管理系统，实现微电网自动运行控制。
3、微网系统结构
图23微网系统结构
4、系统主要功能
图24系统主要功能
5、分布式电源监控
图25分布式电源监控
6、并离网运行试验
图26并离网运行试验
2.1.2中新天津生态城智能电网综合示范工程
图27中新天津生态城智能电网综合示范工程
中新天津生态城智能电网覆盖区域31平方公里，是目前国际上区域最大、功能最齐全的智能电网示范区。
2011年9月19日建成投运的中新天津生态城智能电网综合示范工程，集中展示了智能电网的巨大魅力，实现了“两最”和“两大创新”：
面积最大——居世界之首，实现了中新天津生态城31平方公里的全区域覆盖；功能最全——包括了发电、输电、变电、配电、用电、调度、通信信息网络“六个环节一个平台”，涵盖了电力系统的全过程；技术创新——建成了国内首个实现实体营业、自主营业、网上营业和手机营业“四位一体”的智能营业厅，自主开发了可视化平台、用户用能服务4个原创系统和8个技术支持系统；运营模式创新——在管理上突破专业界限，不断拓展增值服务范围。
中新天津生态城智能电网工程涉及发电、输电、变电、配电、用电、调度6大环节，包括分布式电源接入、储能系统、智能电网设备综合状态监测系统、智能变电站、配电自动化、电能质量监测和控制、用电信息采集系统、智能用电小区/楼宇、电动汽车充电设施、通信信息网络、电网智能运行可视化平台以及智能供电营业厅等12个子项工程，投运后将集中体现智能电网信息化、自动化、互动化的先进特性。
中新天津生态城智能电网综合示范工程自2010年4月7日启动建设以来，国家电网公司从规划、设计到施工等各环节加强指导，天津市最大限度简化项目审批手续，滨海新区出台资金、用地等一系列支持性政策，为项目建设提供了坚强保障。
项目实施中，天津公司与国内外20余个科研单位进行合作，与近30个国家和地区的百名专家学者，就智能电网建设理念、试点情况、政策环境等进行了广泛交流。
完成了配用电融合等4个原创系统和8个技术支持系统开发，制定了微网调度运行等39项管理规范和技术标准。
在此基础上，天津公司大力实施技术和管理创新，工程施工的同时，在电动汽车充换电等关键技术领域启动了大量课题研究，并申报863国家高技术发展课题“智能配用电园区技术集成研究”，为项目建设提供了智力支持。
1、参与厂家
参与厂家有国电南瑞、天大求实、兴业公司，建设内容如下所示：
Ø国电南瑞：
四个子项目分别是“智能用电管理系统”、“营业厅智能运维管理系统”、“电动汽车充电系统”和“智能配电网自动化系统”。
Ø天大求实：
承担了微电网实施方案、设备采购、施工调试等工作。
Ø兴业公司：
天津中新生态城服务中心光伏车棚（应用形式：
光伏车棚、光电面积：
3200m2、装机容量：
571.62KW）、天津生态城万拓住宅光伏工程一期（项目类别：
光伏幕墙、装机容量：
380.13KW）。
2、项目整体架构
图28项目整体架构
⏹类型：
并网型；
⏹电压等级：
380V；
⏹容量规模：
光伏30kW；风电6kW；锂电池储能15kW/60kWh；
⏹研究内容：
试验高渗透率间歇性可再生能源集中接入的运行控制。
2.1.3国家863项目南麂岛微电网示范工程
温州平阳县南麂岛离网型风光柴储综合系统工程是国家863计划“含分布式电源的微电网关键技术研发”课题的两个示范工程之一，该项目是国内首个MW级离网型新能源示范工程，项目位于浙江省东南的南麂列岛，该岛是联合国教科文组织世界生物圈保护区和国家级海洋自然保护区。
岛内渔业和旅游业的发展改变了海岛的用电环境，随之而来的是用电量大幅增长，目前本岛用电完全由平阳电力有限责任公司的柴油发电机组提供。
电力设施建设滞后，制约了海岛的进一步发展。
南麂岛有较好的风能、太阳能等可再生能源可加以利用。
本工程在本岛上建设风力发电、光伏发电、柴油机发电多种分布式电源，并安装适量的储能系统来抑制可再生能源的间歇性和波动性。
建设南麂岛离网型风光柴储微网综合示范性工程，对于建设生态海岛、环保海岛，促进海洋经济和旅游的发展，提高海岛居民的生活品质，具有十分重要的意义。
1、参与厂家
四方继保为微电网建设主要厂家，在该项目中四方公司提供500kVA储能设备6套，装机容量达到3MW。
2、项目整体架构
图29项目整体架构
⏹类型：
并网型
⏹电压等级：
380V
⏹容量规模：
光伏60kW；风电10kW；双馈模拟系统30kW；柴油机250kW；蓄电池储能60kW/60kWh；飞轮储能250kW
⏹研究内容：
建成微电网试验仿真平台，提出微电网多目标优化能量管理控制算法
3、项目主要内容
高渗透率分布式发电接入海岛独立供电系统；
快速电网安全稳定运行控制：
故障保护与故障扰动稳定控制、小扰动频率稳定控制、小扰动电压稳定控制。
电网能量管理与优化运行调度：
分布式发电平滑控制、运行方式切换、分布式电源出力与负荷预测，主电源快速切换控制，快速能量平衡控制和互补发电优化调度等。
2.1.4河北承德御道口微电网试点
承德分布式发电/储能及微电网接入控制试点工程项目是国家电网公司2011年智能电网第三批试点项目。
该项目当年立项、当年设计、当年研制建成并通过验收，成为分布式发电及微电网建设的示范工程。
同时，该项目在分布式清洁能源发电及并网接入控制及有序管理、微电网与农网的协调运行管理以及关键设备研制等方面取得了多项技术突破，成为科研成果实现工程化应用的又一个成功范例。
1、参与厂家
2011年12月16日，由国电南瑞研发、建设的“承德分布式发电/储能及微电网接入控制试点工程”顺利通过了华北公司组织的工程验收。
该项目是国内第一个对分布式清洁能源发电进行并网接入控制的项目，也是农网智能化建设领域内的首个微电网项目。
2、项目简介
图210项目简介
⏹类型：
并网型
⏹电压等级：
380V
⏹容量规模：
光伏50kW；风电60kW；锂电池储能100kW/128kWh
⏹研究内容：
实现微电网与农网的协调运行管理，在接入控制及储能设备研制方面取得多项技术突破
3、系统界面
图211系统主界面
图212光伏系统
图213风机系统
图214储能系统
图215户用风光储
图216运行控制
图217设备管理
图218电能质量
2.1.5某东澳岛智能微电网项目
图219某东澳岛智能微电网项目
2010年12月，某建成国内海岛智能微电网。
东澳岛智能微电网项目根据海岛独特的自然条件，整合了太阳能、风能和柴油新旧能源发电单元，建设成包括1000KWp的光伏（太阳能）发电、50kW的风力发电和蓄电池储能系统在内的分布式供电系统，使全岛可再生能源发电比例达到70%，海岛旅游淡季更无需柴油发电。
1、参与厂家
该项目参与厂家有兴业公司、四方继保、许继微网。
某东澳岛的兆瓦级智能微电网项目主要有中国兴业太阳能技术控股有限公司承建，包括太阳能光伏发电系统和风力发电系统、以及柴油发电系统组成的多种能源接入的发电单元，蓄电池组成的储能单元，以及双向逆变器和控制器组成的控制单元，以及GPRS无线通讯构成的监控单元。
发电单元由东澳电厂与文化中心两级发电系统构成，未来还有多级多种能源接入。
各级发电系统之间能够信息交换，并由控制系统控制。
从结构来看，某东澳岛项目包括发电单元、储能单元和智能控制，多级电网的安全快速切入或切出，从功能上看，实现了微能源与负荷一体化，清洁能源的接入和运行，还拥有独立的能源控制系统。
因此，此次兴业太阳能公司在某东澳岛研发建设的兆瓦级智能微电网项目是中国智能微电网技术应用的成功示范。
2、东澳岛海岛供电系统结构图
图220东澳岛海岛供电系统结构图
2.2国外研究和试点情况
各国微电网的研究背景各有不同，但主要技术方向与国内一致。
统计9个国家20个微电网试点项目，详情见附件二，均由政府或研究机构资助，目的是验证关键技术，基本情况如下：
Ø电压等级：
15个480V，4个10kV级，1个60kV（海岛）。
Ø装机容量：
16个1MW以下，2个5MW以下，1个100MW（海岛）。
Ø储能应用：
10个项目配置储能系统。
Ø自平衡能力：
一些包括燃机等非间歇性电源的项目具备较强的自平衡能力。
2.3供电企业
供电企业对分布式电源接入配电网进行管理未有明确的需求，因为目前国内分布式电源都是处于研究项目和示范工程，且大多是以微电网的形式存在。
供电企业对分布式电源接入控制功能要求应能够满足国网/南方规范要求，能够应付验收，再此基础上才会考虑功能的实用性，因为未有成熟的工程与运维经验，目前都处于摸索阶段。
对于技术满足方面大多是与电科院方面的专家进行沟通，对分布式电源的接入控制可先保证满足规范的基础上，能够应用，再通过与供电企业进行沟通、分析、总结，逐步形成完善的对分布式电源接入配电网的管理和应用体系。
2.4规范要求
成功使用DG（分布式电源）的关键之一是DG与电网格互连。
DG的并网会产生两个方面的问题：
一是并网系统本身的结构和性能；另一个就是DG并网后对电力系统运行、控制、保护等各方面产生的影响。
为了规范这些要求和影响，就必须制定得到各方认可的关于并网的统一规范和标准。
但我国仍然缺乏统一DG互连标准。
目前国际上比较通用的标准是IEEE1547标准，国内针对分布式电源颁布了《分布式能源接入系统技术规定》、《分布式电源接入配电网测试技术规范》、《分布式电源接入配电网运行控制规范》、《分布式电源接入配电网监控系统功能规范》等系列规范。
2.4.1IEEE1547
国际标准中获得最广泛认可的是IEEE1547标准，于2003年由电气与电子工程师协会（IEEE）正式出版。
这一标准规定了10MVA以下DG互连的基本要求，涉及所有有关DG互连的主要问题，包括电能质量，系统可靠性，系统保护，通讯，安全标准，计量。
IEEE1547标准已经扩展到成系列标准，包括：
ØIEEEP1547.1，DG与电力系统互连一致性测试程序。
这一标准于2005年出版完成，提供测试程序，以确认DG是否适合与电力系统联网。
ØIEEEP1547.2，DG与电力系统互连应用指南草案。
本指南提供互连应用技术背景和应用的细节，以支持对IEEE1547的理解。
2007年出版新编
Ø制的指南版本。
ØIEEE1547.3，DG与电力系统互连的监测，信息交流和控制指南。
该指南于2007年得到IEEE标准委员会批准并发表。
ØIEEEP1547.4，分布式孤岛电力系统的设计、操作和集成指南草案。
这份文件提供设计操作和集成分布式孤岛电力系统的方法和实际做法。
包括与电网分开和重新连接。
ØIEEEP1547.5，大于10MVADG与输电电网互连技术准则草案。
本文件包括超过10MVADG与输电电网互连的设计，施工，调试、验收、测试、维修和性能要求。
这项工作正在取得进展。
ØIEEEP1547.6，DG与电力系统配电二级网络互联建议草案。
为DG与电力系统配电二级网络互联提供指导。
这项工作在燃料电池、光伏技术、分散发电以及储能IEEE标准委员会协调下进行，正在取得进展。
其发展情况可以从SCC21网站了解。
2013年12月3-4日全球的公用事业委员会、电力公司、制造商和独立电力生产商将受邀参会共同就智能电网关键标准的修订方案建言献策，致力于技术发展和造福人类的世界最大专业技术协会IEEE宣布将召开专项研讨会，全面修订IEEE1547™《分布式资源与电力系统的互联标准》。
2.4.2配电自动化主站系统功能规范
Q/GDW513-2010《配电自动化主站系统功能规范》是国家电网公司于2010年10月19日发布并实施的，提出了配电自动化主站系统实现分布式电源/储能/微网接入与控制功能，详细功能如下：
满足分布式电源/储能装置/微网接入带来的多电源、双向潮流分布的配电网络监视、控制要求，具体要求包括但不限于：
（1）具备对分布式电源/储能设备/微网接入、运行、退出的监视、控制等互动管理功能；
（2）实现分布式电源/储能装置/微网接入系统情况下的配网安全保护、独立运行、多电源运行机制分析等功能。
2.4.3分布式能源接入电网技术规定
Q／GDW480-2010《分布式能源接入系统技术规定》是国家电网公司于2010年8月2日发布并实施的，本标准中规定了通过35kV及以下电压等级接入电网的新建或者扩建分布式电源接入电网应满足的技术要求，主要包含以下几点内容：
1、接入系统原则
（1）并网点的确定原则为电源并入电网后能有效输送电力并且能确保电网的安全稳定运行；
（2）当公共连接点处并入一个以上的电源时，应总体考虑它们的影响，分布式电源总容量原则上不宜超过上一级变压器供电区域最大负荷的25%；
（3）分布式电源并网点的短路电流与分布式电源额定电流之比不宜低于10；
（4）分布式电源接入电压等级宜按照：
200kW及以下分布式电源接入380V电压等级电网；200kW以上分布式电源接入10kV（6kV）及以上电压等级电网。
经过技术经济比较，分布式电源采用低一电压等级接入高一电压等级接入时，可采用低一电压等级接入。
2、技术要求
Ø电能质量（谐波、电压偏差、电压不平衡度、直流分量、电磁兼容）满足国家标准；
Ø功率控制和电压调节（有功功率控制、有功/无功调节、启停等功能）；
Ø电压电流与频率响应特性（电压响应特性、频率响应特性、过流响应特性、最大允许短路电流）；
Ø安全（继电保护能力、安全标示）；
Ø继电保护与安全自动装置（元件保护、系统保护、防孤岛保护、故障信息、恢复并网）；
Ø通信与信息（数据通信通道、电气运行工况数据、正常运行信号、三遥信号）；
Ø电能计量（电能计量装置）。
3、并网检测
检测应按照国家或者有关行业对分布式电源并网运行制定的相关标准或规定进行，必须包括但不限于以下内容：
（1）有功输出特性，有功和无功控制特性；
（2）电能质量，包括谐波、电压偏差、电压不平衡度、电压波动和闪变、电磁兼容等；
（3）电压电流与频率响应特性；
（4）安全与保护功能；
（5）电源启停对电网的影响；
（6）调度运行机构要求的其他并网检测项目。
2.4.4分布式电源接入配电网测试技术规范
Q／GDW666-2011《分布式电源接入配电网测试技术规范》是国家电网公司于2011年11月14日发布并实施的，本标准中规定了分布式电源接入配电网互联接口测试应遵循的技术规范，主要包含以下几个方面：
2.4.5分布式电源接入配电网运行控制规范
Q／GDW667-2011《分布式电源接入配电网运行控制规范》是国家电网公司于2011年11月14日发布并实施的，本标准中规定了分布式电源接入配电网运行控制规范，主要包含以下几个方面：
Ø功率控制与电压调节；
Ø并网/退出控制；
Ø继电保护与安全自动装置；
Ø电网异常响应；
Ø电能质量；
Ø电能计量；
Ø通信与自动化。
2.4.6分布式电源接入配电网监控系统功能规范
Q／GDW677-2011《分布式电源接入配电网监控系统功能规范》是国家电网公司于2011年12月9日发布并实施的，本标准中规定了分布式电源接入配电网监控系统功能规范，主要包含以下几个方面：
1、系统架构
图221系统架构
其中，分布式电源监控主站是监控、管理的中心，其独立建设只适应于未建成或已建成配电自动化系统但未包含“分布式电源/储能及微电网接入控制”的地区，并实现与其他相关应用系统（调度自动化系统、用电信息采集系统等）互联；分布式电源监控终端是安装在分布式电源的自动化装置，根据分布式电源容量、接入位置及接入配电网的电压等级，配置不同的功能；分布式电源监控子站是主站与终端的中间层设备，用于通信汇集和处理；通信系统是连接分布式电源监控主站、监控终端之间实现信息传输的通信网络。
2、系统功能
表21分布式电源监控功能
序号
功能概述
功能描述
基本功能
1
数据采集
应具备对分布式电源公共连接点、并网点的模拟量、状态量及其它数据的采集。
2
与外部系统互联
应具备与外部系统互联功能。
可与调度自动化、用电信息采集等系统互连，实现分布式电源发电功率、电能量、并网状态等数据和信息交互。
3
数据处理
应具备对采集数据（包括电流、电压、有功功率、无功功率、频率等）进行计算分析、数据备份、越限告警、合理性检查和处理的功能。
4
控制操作功能
遥控：
应具备对受控条件的分布式电源的公共连接点、并网点处开关实现分合控制功能，可实现分布式电源的投入/退出。
遥调：
应具备对受控条件的分布式电源升压变分接头进行调节功能。
5
报警功能
应具备报警查询、自定义报警级别、报警统计分析、告警确认与清除、告警信息存储、主要事件顺序显示等功能，可以以图形、语音、文字、打印等形式实现报警。
6
事件处理
应具备事件的顺序记录、定位、事故追忆功能。
7
人机交互
应具备提供画面显示、数据显示、交互操作、报表管理、打印等人机交互功能。
8
故障隔离
当配电网发生故障时，应具备隔离故障区域内的分布式电源的功能。
9
并网控制
当分布式电源运行满足《并网调度协议》（运行协议）并请求并网时，主站判定分布式电源满足并网技术条件时，下发允许并网指令。
10
对时功能
应具备接收GPS或北斗等设备对时命令的功能，并可通过报文等方式对分布式电源监控终
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