常见的微电网.ppt

1、微电网的提出,2015/9/7,目录,微电网概念的提出,微电网的定义,微电网的重要意义,微电网国内外的发展状况,微电网中的关键技术及相关研究,3,微电网的发展背景,目前，电力部门大多把投资集中在火电、水电以及核电等大型集中电源和超高压远距离输电网的建设上。电网规模的不断扩大:其成本高，运行难度大，难以适应用户越来越高的安全和可靠性要求以及多样化的供电需求，电煤紧张、远距离输电比较大的风险、能源结构不合理。,4,大规模的停电事故,1996年7月，美国爱达荷州输电线路发生故障，使美国西部15个州和加拿大、墨西哥的部分地区断电，波及200万人；1998年1月，由于冻雨使电线冻结折断，加拿大东部300

2、万人在7余天中失去电力供应；1999年12月，约360万个法国家庭由于暴风雨而遭遇停电数日；2003年8月14日美国东北部部分地区以及加拿大东部地区出现大范围停电，受影响的人在加拿大有三分之一的人口即有一千万，在美国有四千万；我国2008年初春一场历史罕见的冰雪灾害，在全国范围内造成36740条10kV及以上电网电力线路、2016座35kV及以上变电站停运,导致3330多万户、约1.1亿人口停电，给经济、社会和人民生活造成了极为严重的影响。,5,发展分布式电源比通过改造电网来加强安全更加简便、快捷。,它为解决集中式发电的缺点以及可再生能源发电的联网找到了突破口。,怎样解决集中发电系统的不足？,

3、6,微电网,分布式发电也称分散式发电或分布式供能，一般指将相对小型的发电装置(一般50 MW以下)分散布置在用户(负荷)现场或用户附近的发电(供能)方式。分布式电源位置灵活、分散的特点极好地适应了分散电力需求和资源分布，延缓了输、配电网升级换代所需的巨额投资，同时，它与大电网互为备用也使供电可靠性得以改善。,分布式发电,分布式发电可以减少电网的总容量，改善电网峰谷性能，提高供电可靠性，是大电网的有力补充和有效支撑，,7,分布式电源的不足,分布式电源尽管优点突出，但本身存在诸多问题，主要体现在三方面：1、分布式电源单机接人成本高、控制困难等。2、分布式电源相对大电网来说是一个不可控源，因此大系统

4、往往采取限制、隔离的方式来处置分布式电源，以期减小其对大电网的冲击。这就大大限制了分布式能源效能的充分发挥。3、分布式发电必须以负荷形式并入和运行，即发电量必须小于安装地用户负荷，导致分布式发电能力在结构上就受到了极大限制。,8,另外分布式发电改变了传统电网的许多特性，具体表现为：（1）分布式发电改变了整个配电网的潮流方向。传统的配电网的潮流是由变电站母线单向流入负荷，而分布式电源的接入使得呈放射状的配电网络变为了一种电源和用户负荷相互交换能源和信息的网络，这就使得电网的各种继电保护装置的保护整定值与机理都得发生一定的变化，相应的对电网的保护配置也就有了更高的要求。（2）虽然配电网中的分布式电

5、源容量规模较小，但大量小规模的分布式电源或大容量的分布式电源接入电网后，对电网的动态和静态的稳定性、潮流方向、电能质量及网损等诸多方面均会产生较大的影响，因此如何更好地优化配置和协调控制用来保障电网系统的稳定，确保电网系统的安全可靠就成为了一个我们必须面对和解决的问题。,9,为协调大电网与分布式电源之间的这种矛盾，充分挖掘分布式能源的潜力，更好地促进大规模分布式发电技术的整合与应用，国内外众多的学者提出了微电网的概念。,10,相比传统集中式能源系统微电网的优势,1、微电网接近负荷，不需要建设大电网进行远距离高压或超高压输电，可以减少线损，节省输配电建设投资和运行费用；由于兼具发电、供热、制冷等

6、多种服务功能，分布式能源可以有效地实现能源的梯级利用，达到更高的能源综合利用效率。,11,相比传统集中式能源系统微电网的优势,2、黑启动功能可以使停电时间最短并能帮助外部电网重新恢复正常运行。3、微电网以非集中程度更高的方式协调分布式电源，因而可以减轻电网控制的负担并能够完全发挥分布式电源的优势。,12,微电网与大电网结合具有明显的优势,1、微电网的并网标准只针对微电网和大电网的公共连接点，而不针对具体的微源，解决了配电网中分布式电源的大规模接入问题，微电网可以灵活地处理分布式电源的连接和断开，体现了“即插即用”特征。2、可以使得各种分布式发电设备的能力得到充分的利用，减小主干电网在负荷峰值期

7、的负担。,13,微电网与大电网结合具有明显的优势,3、可以增强供电可靠性并提高系统稳定性。对某些特殊负荷，微电网与大电网结合可以保障非常时期的供电，提高外部大电网的安全性。4、可以提高整个电网的运行效率，同时也能减小对环境的污染。5、通过微电网可以实现更佳无功功率控制，减小谐波污染，提高电能质量，为用户提供“定制电力技术”服务。,14,微电网与大电网结合具有明显的优势,6、经济方面：通过缩短发电厂与负载的距离提高系统的无功供应能力，从而改善电压分布特征，消除配电和输电瓶颈，降低在上层高压网络中的损耗，减少或至少延迟对新的输电项目和大规模电厂系统的投资。7、市场方面：广泛采用微电网可降低电价，优

8、化分布式发电可把经济实惠最大限度地带个用户。4,15,微电网具有双重角色，对于电力企业，微电网可视为一个简单的可调度负荷，可以再数秒内做出响应以满足传输系统的需要；对于用户，可作为一个可定制的电源，降低馈线损耗，通过微电网储能元件对当地电压和频率提供支撑，或作为不可中断电源，提高电压下陷得校正。,16,微电网的两个特征,紧紧围绕全系统的能量需求的设计理念,向用户提供多样化的配电系统,17,微电网可以看成未来电力系统的一种结构，可作为输电网、配电网之后的第三级电网；相比目前的大电网，这种结构具有显著地经济和环境效益。通过建立微电网可以使得分布式发电应用于电力系统并发挥最大的潜能。,18,微电网及

9、分布式电源对电力系统的影响,1、对发电、输电系统的影响在于，对新建集中式发电厂和远距离输电线的需求将减少。2、对配电系统的影响在于，配电系统将发生根本性的变化，即配电系统将从一个辐射式网络变为一个遍布电源和用户互联的网络，配电系统的控制和管理将变得更加复杂，配电变电站将成为“有源变电站”。,19,微电网及分布式电源对电力系统的影响,3、对整个电力行业的影响在于，微电网及DG的普及对电力市场的走向和最后格局产生深远的影响。5,20,微电网,美国电力可靠性技术解决方案协会(Consortium for Electric Reliability Technology Solution，CERTS)给

10、出的定义：微电网是一种由负荷和微型电源共同组成的系统，它可同时提供电能和热量；微电网内部的电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必需的控制；微电网相对于大电网表现为单一的受控单元，并同时满足用户对电能质量和供电安全等的要求。当微电网与主网因为故障突然解列时，微电网还能够维持对自身内部的电能供应，直到故障排除。美国威斯康辛麦迪逊分校的R.H.Lasseter给出的微网的概念：微网是由负载和分布式电源组成的独立可控系统，为当地提供电能和热能。,微电网定义,21,欧盟科技框架计划（Framework Programme，FP）给出的定义：利用一次能源；使用微型电源，并可冷、热、电三联供；配有储

11、能装置；使用电力电子装置进行能量调节；可在并网和独立两种方式下运行。研究包括低压网络、负荷（部分可中断）、可控或不可控的分布式电源、储能装置和基于监控分布式电源和负荷的通讯设施的分层管理和控制系统。日本的微电网研究在世界范围内处于领先地位。由于日本国内能源日益紧缺、负荷日益增加等原因，日本着重于新能源的开发利用。日本微电网定义为：微电网是指在一定区域内利用可控的分布式电源，根据用户需求提供电能的小型系统。,22,日本东京大学给出的定义：微电网是一种由分布式电源组成的独立系统，一般通过联络线与大系统相连，由于供电与需求的不平衡关系，微电网可选择与主网之间互供或者独立运行。日本三菱公司给出的定义：

12、微电网是一种包含电源和热能设备以及负荷的小型可控系统，对外表现为一整体单元并可以接入主网运行；并且将以传统电源供电的独立电力系统也归入为微电网研究范畴，大大扩展了CERTS（美国电力可靠性技术解决方案协会）对微电网的定义范围。,23,国网电力科学院提出我国微电网的定义：以分布式发电为基础，以靠近分散型资源或用户的小型电站为主，结合终端用户质量管理和能源梯级利用技术形成的小型模块化、分散式的供电网络。,24,每个国家都是根据本地区的实际需要和科研水平确定微电网的定义的。美国和欧洲各项产业发达，但能有紧缺，电力系统复杂且老化，所以微电网实际上可以理解为对大型系统的拆分，或者利用电力电子技术对微型电

13、源加以控制，实现就地供电、供热。日本面临更加重要的能源问题，所以他们定位于能源供给多样化、减少污染、满足用户的个性电力需求。,25,微电网,独特性：微电网由微型电源及负荷构成，是一个小型电力系统，与大系统的主要区别在于其灵活的可调度性；多样性：微电源的组成多种多样，既有传统电源，又有可再生能源。同时，微电网中也包含储能设备，做为系统稳定运行的必要条件，而负荷的类型也很多，如敏感型、非敏感型，可控型、非可控型等；可控性：根据运行工况的不同，微电网可以选择不同的运行方式，完善的控制策略使得微电网的可靠性得到提高，安全性得到保障；交互性：作为具备独立发电设备的微电网可以在必要时对主网提供有力支撑，同

14、时主网也可以向微电网提供电能；独立性：微电网在一定条件下可以独立运行，在一定基础上保障了本地的用电需求。,微电网特点,DG与微电网比较,26,Thank You!,27,1.3 微电网的重要意义,28,1、世界能源形式紧迫，是世界10大焦点问题（能源、水、食物、环境、贫穷、恐怖主义和战争、疾病、教育、民主和人口）之首。2、全球人口2006年是65亿，能源需求折合成装机是14.5TW，每日能耗220106BOE；到2050年全世界人口大概要达到100亿，按照每人每年GDP增长1.6%,GDP单位能耗按照每年减少1，则能源需求装机将是大约30-60TW，届时主要要靠可再生能源来解决。3、可是，世界

15、上潜在水能资源4.6TW，经济可开采资源只有0.9TW；风能实际可开发资源2-4TW；生物质能3TW（加起来总共8TW）。只有太阳能是唯一能够保证人类未来需求的能量来源，其潜在资源120000TW，实际可开采资源高达600TW。（核能的争议很大，是裂变还是聚变还没有定论，即Nuclear Fusion?Nuclear Fission?）,世界能源现状及展望,29,世界能源发展趋势（PVNET2003）,2020年 1%2030年 10%2050年25%2100年 50%,（数据来源EU JRC PV Roadmap 2004）,30,我国能源储量与世界比较,31,微电网的意义,石油、煤碳、天然

16、气等不可再生能源的枯竭,可再生能源发电成为新能源利用的重要途径,越多的分布式发电接入配电网，传统配电网的结构发生变化,分布式发电采用电子技术，产生大量谐波，威胁配电网的安全运行，给新能源的利用造成阻碍,1.3 微电网的重要意义,1,2,3,4,32,33,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的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

17、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。,(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。,TEXT,微电网对我国电力系统和国民经济的发展具有的重要意义主要体现在以下几个方面：,34,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，无需建设配电站，可避免增加输配电成本，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。,35,处于电力系统管理边缘的大

18、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。,(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。,TEXT,微电网对我国电力系统和国民经济的发展具有的重要意义主要体现在以下几个方

19、面：,36,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。,(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。,TEXT,微电网对我国电力系统和国民经济的发展具有的重要意义主要体现在以下几个方面：,37,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，微电网则可使用分布式发电系统，其所发电力实现“就地消费”，因此能够有效减少对集中式大型发电厂电力生

20、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。,(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。,TEXT,微电网对我国电力系统和国民经济的发展具有的重要意义主要体现在以下几个方面：,38,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。,(5)微电网可以扶贫，有利于社会主义新农村建设。,TEXT,微电网对我国电力系统和国民经济的发展具有的重要意义主要体现在以下几个方面：,39,1.4 微电网国内外的发展状况,40,负荷的持续增长、电力

21、系统结构的不断老化、环保问题、能源利用效率以及用户对电能质量的高标准要求,已成为世界各国电力工业所面临的严峻挑战,41,目前,一些国家己纷纷开展微电网研究,立足于本国电力系统的实际问题与国家的可持续发展能源目标,提出了各自的微电网概念和发展目标。作为一个新的技术领域,微电网在各国的发展呈现不同特色。,微电网对分布式电源的有效利用及灵活、智能的控制特点,使其在解决上述问题方面表现出极大潜能,是许多国家未来若干年电力发展战略的重点之一。,发 展现 状,微电网的发展现状,42,（1）微电网在美国的发展,美国CERTS最早提出了微电网的概念,并且是众多微电网概念中最权威的一个。美国CERTS提出的微电

22、网主要由基于电力电子技术且容量小于等于500KW的小型微电源与负荷构成,并引人了基于电力电子技术的控制方法。电力电子技术是美国CERTS微电网实现智能、灵活控制的重要支撑,美国CERTS微电网正是基于此形成了“即插即用”（plug and play）与“对等”(peer and peer)的控制思想和设计理念。美国CERTS对其微电网的主要思想及关键问题进行了描述和总结,系统地概括了美国CERTS微电网的定义、结构、控制、保护及效益分析等一系列问题。目前,美国CERTS微电网的初步理论研究成果已在实验室微电网平台上得到了成功检验。由美国北部电力系统承建的Mad River微电网是美国第1个微电

23、网示范工程,学者们希望通过该工程进一步加深对微电网的理解,检验微电网的建模和仿真方法、保护和控制策略以及经济效益等,并初步形成关于微电网的管理政策和法规等,为将来的微电网工程建立框架。,43,美国的微电网工程得到了美国能源部的高度重视。2003年，布什总统提出了“电网现代化（grid modernization）”的目标，指出要将信息技术、通信技术等广泛引入电力系统，实现电网的智能化。在最后出台的“Grid 2030”发展战略中，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，微电网是其重要组成部分之一。在2006年的美国微电网会议上,美国能源部对其今后的微电网发展计划进行了详细剖析。

24、从美国电网现代化角度来看,提高重要负荷的供电可靠性、满足用户定制的多种电能质量需求、降低成本、实现智能化将是美国微电网的发展重点。CERTS微电网中电力电子装置与众多新能源的使用与控制,为可再生能源潜能的充分发挥及稳定、控制等问题的解决提供了新的思路。,（1）微电网在美国的发展,44,日本立足于国内能源日益紧缺、负荷日益增长的现实背景,也展开了微电网研究,但其发展目标主要定位于能源供给多样化、减少污染、满足用户的个性化电力需求。,（2）微电网在日本的发展,45,日本三菱公司从规模上将微电网分为3类:,46,15,从表中可看出,以传统电源供电的独立电力系统也被归人微电网研究范畴,大大扩展了美国C

25、ERTS对微电网的定义范围。基于该框架,目前日本已在其国内建立了多个微电网工程。此外,日本学者还提出了灵活可靠和智能能量供给系统（FRIENDS-flexible reliability and intelligent electrical energy delivery system）,其主要思想是在配电网中加人一些灵活交流输电系统(FACTS)装置,利用FACTS控制器快速、灵活的控制性能,实现对配电网能源结构的优化,并满足用户的多种电能质量需求。目前,日本已将该系统作为其微电网的重要实现形式之一。,47,日本专门成立了新能源与工业技术发展组织(NEDO),日本对微电网定义的拓宽以及在此基

26、础上所进行的控制、能源利用等研究,NEDO在微电网研究方面已取得了很多成果。,为小型配电系统及基于传统电源的较大规模独立系统提供了广阔的发展空间,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。,48,（3）微电网在欧洲及其它国家的发展,从电力市场需求、电能安全供给及环保等角度出发,欧洲于2005年提出“聪明电网”计划,并在2006年出台该计划的技术实现方略。作为欧洲2020年及后续的电力发展目标,该计划指出未来欧洲电网需具备以下特点：,49,灵活性,可接人性,可靠性,经济性,在适应未来电网变化与挑战的同时,满足用户多样化的电力需求。,使所有用户都可接入电网,尤其是推广对可再生、

27、高效、清洁能源的利用。,提高电力供应的可靠性与安全性以满足数字化时代的电力需求。,通过技术创新、能源有效管理、有序市场竞争及相关政策等提高电网的经济效益。,50,基于上述特点,欧洲提出要充分利用分布式能源、智能技术、先进电力电子技术等实现集中供电与分布式发电的高效紧密结合,并积极鼓励社会各界广泛参与电力市场,共同推进电网发展。微电网以其智能性、能量利用多元化等特点也成为欧洲未来电网的重要组成。,51,目前,欧洲已初步形成了微电网的运行、控制、保护、安全及通信等理论，并在实验室微电网平台上对这些理论进行了验证。其后续任务将集中于研究更加先进的控制策略、制定相应的标准、建立示范工程等，为分布式电源

28、与可再生能源的大规模接入及传统电网向智能电网的初步过渡做积极准备。,52,各国研究,而是代表着电力行业服务意识、能源利用意识、环保意识的一种提高与改变。,从各国对未来电网的发展战略和对微电网技术的研究与应用中可看出,微电网的形成与发展绝不是对传统集中式、大规模电网的革命与挑战,除美国、日本、欧洲外，加拿大、澳大利亚等国也展开了微电网研究。,微电网是未来电网实现高效、环保、优质供电的一个重要手段,是对大电网的有益补。,对比色,相似色,相似色,53,我国的微电网研究处于起步探索阶段，国家电网公司是微电网技术研究的主要机构。2011年8月，国网电科院微电网技术体系研究项目通过验收。该项目首次提出了我

29、国微电网技术体系，涵盖微电网核心技术框架、电网应对微电网的策略、技术标准和政策等，制定了我国微电网发展线路和技术路线图，对我国微电网不同发展阶段提出了积极的意见和建议。,河北、天津、河南、浙江、珠海等地已经在进行微电网示范项目的研究及建设。,其中，珠海东澳岛微电网项目的建成，解决了岛上长期以来的缺电现象，最大程度地利用海岛上丰富的太阳光和风力资源，最小程度地利用柴油发电，提供绿色电力。随着整个微电网系统的运行，东澳岛可再生能源发电比例从30%上升到70%。,（4）微电网在我国的发展,54,我国在研究力量和取得成果上仍存在较大差距，主要表现在以下几个方面：,1,2,3,4,缺乏统一、规范的微电网

30、体系技术标准和规范。,电力电子技术在微电网中的应用水平不高。,微电网的保护控制技术尚不成熟。,投资及运维成本高。,续,55,缺乏统一、规范的微电网体系技术标准和规范。目前国内尚无统一、规范的微电网体系技术标准和规范，很大程度上影响了微电网技术的研究和示范工程的建设。电力电子技术在微电网中的应用水平不高。微电网技术的发展与先进的电力电子技术、计算机控制技术、通信技术紧密相关。根据微电网的特殊需求，需要研究使用的电力电子技术并研制一些新型的电力电子设备。,56,储能系统容量配置越大，效果越好，但成本越高，需要找到一个较好的平衡点，这和微电网的运行要求，峰谷电价政策等都有密切的关系。.,微电网孤网运

31、行要求配置一定容量的储能系统，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。在运维成本上，也比一般电网要高。,57,1.5微电网中的关键技术及相关研究,58,1、大电网应对微电网接入的关键问题,微电网接入大电网后，将对大电网的规划、运行、保护等方面带来深刻影响。开展微电网与大电网相互作用的研究，对揭示二者相互影响的作用规律及机理，进而提出微电网与大电网在规划、运行、保护等方面的改进措施具有重要意义，能够为新型电网系统进行的技术升级和改造提供有力的理论依据。,59,2、大电网与微电网相互作用的机理,60,目前中国在这二者作用机理方面的研究基本处于起

32、步阶段，拟研究的主要课题包括：,在微电网和大电网并联运行中，微电网对大电网所表现的电气特性较复杂。,微电网稳、暂态运行特性的理论分析及建模方法的研究；微电网对大电网的电压、功角和频率稳定运行的作用机理和对应措施的研究；微电网与大电网控制系统及故障过程相互作用机理的研究和微电网所引起的大电网电能质量的研究。高渗透率下微电网与大电网相互作用机理研究的目的就是要揭示出二者相互作用的本质，发展相关的理论和方法，为含微电网大电网系统的稳定性分析与控制奠定理论基础。,61,3 含有微电网的大电网规划设计,微电网的接入大电网会对传统的配电系统规划产生巨大的影响，原有的将配电系统作为无源系统进行规划的方法已不

33、再适应新环境下系统规划的要求。在对新型电力网络进行规划设计时，主要的问题和有待研究的内容为：1)对于配电系统来说，微电网可以看成一个“负荷”，但是又不同于传统的负荷，其负荷量的随机性变化很大，因而微电网的接入使得配电系统的负荷预测更加困难。2)在含微电网的配电网中可能存在大量随机性“电源”，因而在新型配电网规划中，“电源”规划成为一个重要内容，包括微电网的类型、接入位置和容量等。,62,3)传统的配电网网架结构主要包括放射式接线、树干式接线和环网式接线方式，其形式主要取决于对供电可靠性的要求。微电网接入后，用户的选择性增多，用户可以根据对可靠性的不同要求自行选择供电方式，这样增大了网架规划的难度；另外，由于微电网中存在大量的随机性电源，在含微电网的配电网中会产生大量的随机性潮流，为满足这种随机功率的传输，需要研究现有的配电网能够承载多大的随机功率，若不能满足要求，应如何改造。,63,4)大