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分布式发电储能及微电网接入控制v.3


分布式发电/储能及微电网接入控制
国网电力科学研究院 2011年10月

一. 分布式发电储能及微电网概述 一. 分布式发电储能及微电网概述 二.国内外水平综述 二.国内外水平综述 三.我国发展微网目的 三.我国发展微网目的 四. 微网标准体系 四. 微网标准体系 五.微网核心技术 五.微网核心技术 六.微网相关前瞻性外延技术 六.微网相关前瞻性外延技术 七.案例分析 七.案例分析

分布式发电(DG)概念
?

?

一般的说DG是各种发电设备与电能转换设备的合 称,包括诸如光伏阵列(PV)、风力发电机、燃 料电池、微型燃气轮机、传统的柴油和燃气内燃 机,燃气轮机等各种电源以及相应的功率变换器 和电力储能装置。 具体的说DG是指功率不 大(一般几十kW到几十 MW)、建设在负荷中心附近的、模块式采用先 进信息控制技术的、清洁环保、经济、 高效、可 靠的自主智能发电形式

分布式电源分类
?微型燃气轮机; ?风力发电 ?光伏发电 ?小水电 ?生物能发电 ?海洋能发电 ?地热发电
生 物 质 能 风 能 太 阳 能 新 能 源 其 他 形 式 天 然 气 海 洋 能

分布式 能源

分布式发电接入对电网的影响
优点:接入方便,运行简单

输电 网络
高压配网

G

G

G

缺点: ? 系统故障退出运行 ? 间歇性影响周边用户 ? 能源综合优化困难 ? 对电网运行调度提出了挑战 对电网的影响: ? 电压调整问题
DG DG

110KV
中压配网

35/10KV
负荷 低压配网 0.4KV 负荷
DG

? 继电保护问题 ? 对配电网供电质量的影响 ? 分布式发电并网对配电网运行管 理的影响 ? 分布式发电对配电网规划建设与 经营的影响

DG

DG

储能技术:
储能电池的费用趋势 ($/kW)

储能技术发展 成本下降

支 撑

分布式发电/微电网 发展

微网的兴起
现有电力网络难以承受大规模分布式电源的并入,如果简单地从电网 角度对DG提出严苛的并网条件和标准,又会导致分布式电源的潜能无法 充分释放和发挥,分布式发电本身的运行稳定、安全性、经济性和效益更 无法体现。

PV
MC AC DC

Flywheel

LC DC AC MC LC LC MC MC AC DC

Storage

~ CHP

DMS DMS

MV

LV
MC AC DC MC AC DC LC

Fuel Cell

MGCC MGCC

~
Micro Turbine

微电网定义(MG)
微网:微电网是一种由分布式 发电、储能和负荷共同组成的 低压系统;微电网内部的电源 主要由电力电子器件实现电能 的变换,并提供必要的控制。 微电网相对于外部电网表现为 单一的自治受控单元,可同时 满足用户对电能质量和供电安 全方面的要求。

微电网的基本特征
微型化 主要体现三个方面:电压等级低;系统规模小;电能就地利 用。 微电网通过综合调节分布式发电、储能和负荷实现微电网 内部电量的自平衡,与外部电网电力交换很少。 微电网内的分布式电源应以风力发电、光伏发电等清洁能 源为主,减少对一次能源的消耗。

自平衡

清洁性

高效性

融合电能的生产、交换、分配、消费等环节,提高能源利 用率,扩大可再生能源利用范围,实现节能减排。

微电网主要功能
并离网运行 通过储能装置和能量管理系统,能够在并网和离网模式下实 现自治运行。 当主电网发生故障时,微电网自动从主网脱离,独立运 行,维持电压频率的稳定;当外部电网恢复供电时,微电 网自动恢复与主网的连接。 微电网对通过对内部的各种分布式发电的协调控制,实现 与大电网之间的平滑稳定的功率交换,最大限度降低分布 式发电对大电网的影响。 微电网具备并网和独立运行两种运行模式,并可实现平滑 切换,大大提高用户及大电网的供电可靠性。

并离网切换

友好接入

供电可靠

一.分布式发电储能及微电网概述 一.分布式发电储能及微电网概述 二. 二. 国内外水平综述 国内外水平综述

三.我国发展微网目的 三.我国发展微网目的 四. 微网标准体系 四. 微网标准体系 五.微网核心技术 五.微网核心技术 六.微网相关前瞻性外延技术 六.微网相关前瞻性外延技术 七.案例分析 七.案例分析

欧盟微网研究概况
欧洲相关项目 西班牙LABEIN

德国曼海姆Wallstadt居民区示范工程

希腊Kythnos微型电网示范

美国微网研究概况
夏威夷岛微网规划 威斯康星大学 麦迪逊分校微电网

CERTS微网测试系统

日本微网研究概况
国家
日本 青森县微网工程 青森县微网工程 电能质量、运行可靠性、成本评估

代表性的基础项目
群马光伏发电计划

相关技术
大量光伏渗透下的电压协调控制

国内微网研究概况
863 973 自然科学 基金 国网公司 地方项目

工业企业

国际合作

国 网 电 科 院

中 科 院 电 工 所

中 国 电 科 院

清 华 大 学

天 津 大 学

杭 州 电 子 科 大

合 肥 工 业 大 学

规划技术 理 论 探 索 电源技术 运行技术 保护与控制

平台建设及示范探索

国内微网示范系统
国网电科院-承德风光储微网系统

南方电网公司-佛山冷热电联供系统 天津电力公司-中新生态城智能电 网综合示范工程

国内高校相关科研情况
? 合肥工业大学微网——10KW单相和30KVA三相PV,2个 30KW风力发电仿真平台,5KW燃料电池,300Ah蓄电池, 1800F*100超级电容和2组15KW传统发电机以模拟小型水利和 燃料发电机;电阻、电容、电感负荷,交流、直流电动机和电 力电子负荷。 ? 天津大学微网——包括风力发电、PV、燃料电池,CCHP系 统。通过对不同形式能源的科学调度,以期达到能源高效利 用、满足用户多种能源需求、提高供电可靠性。

国内外微网研究情况小结 ?国外——研究起步较早,在关键技术方面已取得 一些突破,并在小规模微电网中得到验证;目前 正推动微电网向更高电压等级、更大容量发展。 ?国内——研究和示范处于起步探索阶段,但是随 关键技术研发进度加快,预计将进入实践验证 期。

一.分布式发电储能及微电网概述 一.分布式发电储能及微电网概述 二.国内外水平综述 二.国内外水平综述 三. 三. 我国发展微网目的 我国发展微网目的

四. 微网标准体系 四. 微网标准体系 五.微网核心技术 五.微网核心技术 六.微网相关前瞻性外延技术 六.微网相关前瞻性外延技术 七.案例分析 七.案例分析

我国发展微网的目的
?最大化接纳分布式电源

?节能降耗、提高能效

?新农村电气化

?提高抗灾能力及应急供电

多类电能质 量需求

?满足用户

网的有机 组成部分

?智能电

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一.分布式发电储能及微电网概述 一.分布式发电储能及微电网概述 二.国内外水平综述 二.国内外水平综述 三.我国发展微网目的 三.我国发展微网目的 四. 四. 微网标准体系 微网标准体系

五.微网核心技术 五.微网核心技术 六.微网相关前瞻性外延技术 六.微网相关前瞻性外延技术 七.案例分析 七.案例分析

国外现有标准中与微电网相关的标准

与微电网相关的国内标准

国内外相关标准体系相关情况小结
? 目前,国内外对于分布式电源接入系统的规划和运行标准均有 较为具体的规定。分布式电源相关标准涵盖配网规划、运行可 靠性、电能质量等诸多方面。 ? 国内外均未正式颁布微网相关技术标准。 目前国际上仅有 “IEEE? 1547分布式电源(DG)与电力系统互连系列标准” 中的1547.4号标准涉及微网内容,但该标准尚为草案稿,没 有正式出版。

微电网标准体系

一.分布式发电储能及微电网概述 一.分布式发电储能及微电网概述 二.国内外水平综述 二.国内外水平综述 三.我国发展微网目的 三.我国发展微网目的 四. 微网标准体系 四. 微网标准体系 五. 五. 微网核心技术 微网核心技术

六.微网相关前瞻性外延技术 六.微网相关前瞻性外延技术 七.案例分析 七.案例分析

微网核心技术 ?微电网优化规划技术 ?微电网信息采集与通信技术 ?微电网运行控制与保护技术 ?微电网的电能质量监测与治理技术 ?微电网能量优化管理技术

1:微电网优化规划技术 目标:满足差异化用户供电可靠性要求的前提下进行 的科学化的微电网能源构成和拓扑结构设计。

核心:包括优化规划设计方法、综合评价指标体系及 决策支持系统。

2:微电网信息采集与通信技术 目标:通过设置在分布 式电源、负载以及变压 器等的监测设备读取微 电网的实时运行数据, 将其传输至控制处理微 电网监控平台进行统计 和分析,并发出相应的 控制与调度指令,监控 微电网运行情况。

3.微电网运行控制与保护技术 目标: 保证系统在不同运行模 式的电压和频率稳定、 确保微电网在两种模式 间的平滑切换、实现微 电网与大电网的协调优 化运行以及对大电网安 全稳定的支撑

4.微电网的电能质量监测与治理技术 目标:解决在微电网系统中,由于间歇式电源的频 繁启停和功率输出的变化,给用户带来电压 波动、闪变等电能质量问题;

5:微电网能量优化管理技术

目标:全面利用各种控制和调节手段,通过对微电网 内分布式电源的能量管理与经济调度,实现微 电网的优化运行,提高微电网整体运行效率

一.分布式发电储能及微电网概述 一.分布式发电储能及微电网概述 二.国内外水平综述 二.国内外水平综述 三.我国发展微网目的 三.我国发展微网目的 四. 微网标准体系 四. 微网标准体系 五. 微网核心技术 五. 微网核心技术 六. 六. 微网相关前瞻性外延技术 微网相关前瞻性外延技术

七.案例分析 七.案例分析

微网相关前瞻性外延技术的分类及内容
分类:
?正在研究、发展的电气工程及其它领域的前沿性技术在微网中新的应用 模式和技术 ?微网自身对于电网、或对电网之外的其它领域产生技术经济性能影响的 新应用模式和技术

内容:
?新型分布式电源及其综合应用技术 ?网络拓扑及供电形式多样化 ?超导技术 ?… …

微网相关前瞻性外延技术的作用及发展趋势
作用:
?可融入智能电网体系 ?对电力市场的要求及其促进作用 ?对电网安全防御的地位及作用 ?改善能源结构促进低碳发展

发展趋势:
?电源种类渐趋复杂 ?网络拓扑多样化 ?更加个性化的服务 ?容量与规模的变化 ?与智能电网日益融合 ?更加市场化

一.分布式发电储能及微电网概述 一.分布式发电储能及微电网概述 二.国内外水平综述 二.国内外水平综述 三.我国发展微网目的 三.我国发展微网目的 四. 微网标准体系 四. 微网标准体系 五.微网核心技术 五.微网核心技术 六.微网相关前瞻性外延技术 六.微网相关前瞻性外延技术 七. 七. 案例分析 案例分析

承德分布式发电/储能及微电网接入控制示范项目

示范项目选址
选址原则: (1)风、光资源较好; (2)场地平整开阔,便于建设光伏电站; (3)具有通过新能源进行农网改造的必要性; (4)位于新能源重点开发区域,具有示范效应和带动作用。
承德御道口:光 照2899小时 承德御道口: 10m年平均风 速4.85m/s?。

建设内容及规模
?示范项目采取村庄模式与单户模式相结合的方式,即以村 庄模式为主,同时选取4户家庭,试点应用单户模式。 ?村庄模式配置光伏发电50kWp,风力发电60kW,储能 80kW/128kWh。 ?单户模式-风主光辅:光伏600Wp,风电1kW,储能 48V/200Ah ?单户模式-光主风辅:光伏1kWp,风电700W,储能 48V/200Ah

村庄模式的微电网结构

村庄模式微电网-运行方式
微电网的运行方式有以下几种:
?并网运行

并网不上网(购电) 不限制购电量 限制购电量 并网且上网(送电) 不限制送电量 限制送电量
?离网运行

计划离网 非计划离网(故障)

村庄模式微电网控制方式
分布式发电/微电网接入控制 系统 实现对多个微电网的监控; 根据主网的运行状态,下达 各微电网的调度指令。 微电网控制系统 实现对微电网内所有设备的 全面监控;响应分布式发电 接入控制系统的调度指令; 在不同运行方式下执行不同 的控制策略。

分布式发电/微电网接入控制系统

二次设备下 到工厂进行 生产加工

分布式发电/微电网接入控制系统功能
分布式发电/微电网接入控制系统功能包括: ? 分布式发电/微电网的监控 ? 高级应用功能
分布式发电/微电网出力控制 分布式发电/微电网发电预测 分布式发电/微电网的智能优化调度 含分布式发电/微电网的馈线自动化 分布式发电/微电网的容量与位置优化

分布式发电/微网监控系统

分布式发电/微网监控系统
分布式发电/微电网接入控制系统功能包括: ? 基础应用功能
分布式电源监控 储能子系统运行监控 分布式发电预测预报

? 高级应用功能
风光储协调控制功能 联络线功率控制 并网离网切换功能 电能统计分析功能 电能质量监测分析 经济性分析功能

单户模式微电网
光主风辅模式
光主风辅: 1000W光伏组件 1台700W垂直轴风力发电机

风主光辅模式

风主光辅: 600W光伏组件 1台1000W水平轴风力发电机

谢 谢!

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