分布式电源与微网技术

本科生论文233CP年月日院 业 级 名 号 学专年姓学分布式电源与微网技术摘要： 本文对分布式电源和微网技术进行了简单的介绍，详尽的列举了分布式电源的 发电和储能方式以及其在智能电网中的作用，并且介绍了分布式电源与微网的融合，列 举了微网技术的特点与优点。、分布式电源分布式电源技术是充分开发和利用可再生能源的理想方式，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，是 未来电力系统的重要发展趋势之一。1.1 分布式电源的基本概念分布式发电目前尚未 有统一的定义 ，一般认为， 分布式发电( Distributed Generation ,DG)指为满足终端用户的特殊要求，接在用户侧附近的小型发电系统。分 布式电源(Distributed Resourses,DR)实质分布式发电和储能壮志的联合系统。它们的 规模一般不大，通常为几十千瓦至几十兆瓦，所用的能源包括天然气(含煤层气，沼气)、 太阳能、生物智能、氢能、风能、小水电等清洁能源或可在涩可再生能源。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。此外，为了提高能源利用率，同 时降低成本，往往采用冷、热、电等各种能源一起供应的系统成为分布式能源系统，而 将包括分布式能源在内的电力系统称为分布式能源电力系统。1.2 分布式电源的发电随着化学、材料和电力电子技术的改进，这些新的高级电力设施都处在不同的发 展阶段。在社会和业界的大力支持下， 它们将会在大量项目中已有吸引力的价格提供 产品。分布式电源的技术的总结概述于下表4-3分布武发电義西 小腿电谢加式虹穩师乳jdmokw的斂 Wi MM谢乩麹凳远潟轮机和劇11机组咙F确钿伽.祸轮桃单佗都足删诚违錢E枱 燃杓为扎然鶴探語罰也E在进行肄用L憫试也仃产吊出餌；烷执屯唳产他应用匿戚止常命的戟换敕傘粥斡Ffi池 N=磴少的魏化揃和仁孤口箍； 假參种胸燃料电泄川弃册发，包拥橋赧*硕子交拠Kk博磴融隸盐，冏価械化 鞠、螂和N接叩醉廳斡壮世-啼爆尿益1忡刖雄船叫w的於瞼糕抖电他-用遊甌収和Xiht；樹其世蠢瞒邀子磁曲料电紬商业舫 预H宙很快血过讣滋稚；吟右破的投人和曲效的燃料改淮昼将忏种軀科談换戍厲鹫枚光然层闻【恨梔|山匿旌樞芷相介岛血件细缢训 囲,將比呦时気比靈邀的处直：监电吋険石馬垫物排旗，|口检 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根据电极材料的不同，可以分为碳类和金属氧化物超级电容器。超级电容器兼有常规电容器功率密度大、充电能量密度高的优点，可快速充放电， 且使用寿命长，不易老化。超级电容器还具有一些自身的优势，它没有可动部分，既不 需要冷却装置也不需要加热装置，在正常工作时，内部没有发生任何化学变化。超级电 容器能够安全放电，安装简易，结构紧凑，可适应各种不同的环境。超级电容器的这些 优点使得它在应用于分布式发电时，在与其它储能方式互相竞争中胜出。1.3.4、飞轮储能飞轮储能是一种新型的机械储能方式，它完全不同于BESS, SMES，电容器储能。它将能量以动能的形式存储在高速旋转的飞轮质量中。飞轮储能系统基本的结构均包括 以下 5 个组成部分:飞轮转子、轴承、电动/发电机、电力转换器、真空室。在飞轮储能 装置中还必须加人监测系统，监测飞轮的位置、振动和转速、真空度、电机温度等运行 参数。飞轮储能系统的能量密度较大，占据空间相对较小，但是其功率密度相当低，不能 像超级电容器那样快速地释放其储存的能量。尽管如此，只要设计合理，加上飞轮储能 具有效率高、建设周期短、寿命长等优点，将飞轮储能系统应用于分布式发电系统中还 是很有竞争力的。1.4、分布式电源在智能电网中应用1.4.1、提供短时供电 分布式电源在微网中的运行模式：并网运行模式和孤岛运行模式。在正常情况下， 微电网与常规配电网并网运行；当检测到电网故障或发生电能质量事件时，微电网将及 时与电网断开独立运行。微电网在这两种模式的转换中，往往会有一定的功率缺额，在 系统中安装一定的储能装置储存能量，就能保证在这两种模式转换下的平稳过渡，保证 系统的稳定。在新能源发电中，由于外界条件的变化，会导致经常没有电能输出（光伏 发电的夜间、风力发电无风等），这时就需要储能系统向系统中的用户持续供电。1.4.2、电力调峰由于微电网中的微源主要由分布式电源组成，其负荷量不可能始终保持不变，并随 着天气的变化等情况发生波动。另外一般微电网的规模较小，系统的自我调节能力较差， 电网及负荷的波动就会对微电网的稳定运行造成十分严重的影响。为了调节系统中的峰 值负荷，就必须使用调峰电厂来解决，但是现阶段主要运行的调峰电厂，运行昂贵，实 现困难。储能系统可以有效地解决这个问题，它可以在负荷低落时储存电源的多余电能，而 在负荷高峰时回馈给微电网以调节功率需求。储能系统作为微电网必要的能量缓冲环节 其作用越来越重要。它不仅避免了为满足峰值负荷而安装的发电机组，同时充分利用了 负荷低谷时机组的发电，避免浪费。1.4.3、改善微电网的电能质量近年来人们对电能质量问题日益关注，国内外都做了大量的研究。微电网要作为 一个微源与大电网并网运行，必须达到电网对功率因数、电流谐波畸变率、电压闪变以 及电压不对称的要求。此外，微电网必须满足自身负荷对电能质量的要求，保证供电电 压、频率、停电次数都在一个很小的范围内。储能系统对于微电网电能质量的提高起着 十分重要的作用，通过对微电网并网逆变器的控制，就可以调节储能系统向电网和负荷 提供有功和无功，达到提高电能质量的目的。对于微电网中的光伏或者风电等微电源，外在条件的变化会导致输出功率的变化从 而引起电能质量的下降。如果将这类微电源与储能装置结合，就可以很好地解决电压骤 降、电压跌落等电能质量问题。在微电网的电能质量调节装置，针对系统故障引发的瞬 时停电、电压骤升、电压骤降等问题，此时利用储能装置提供快速功率缓冲，吸收或补 充电能，提供有功功率支撑，进行有功或无功补偿，以稳定、平滑电网电压的波动。当 微电网与大电网并联运行时，微电网相当于一个有源电力滤波器，能够补偿谐波电流和 负载尖峰；当微电网与大电网断开孤岛运行时，储能系统能够很好地保持电压稳定。1.4.4、提升微电源性能多数可再生能源诸如太阳能、风能、潮汐能等，由于其能量本身具有不均匀性和不 可控性，输出的电能可能随时发生变化。当外界的光照、温度、风力等发生变化时，微 源相应的输出能量就会发生变化，这就决定了系统需要一定的中间装置来储存能量。如 太阳能发电的夜间，风力发电在无风的情况下，或者其他类型的微电源正处于维修期间， 这时系统中的储能就能起过渡作用，其储能的多少主要取决于负荷需求。二、微网技术1、从分布式发电到微网迄今为止，分布式发电技术的潜力尚未得到充分发挥，究其原因，主要有以下几 点：八、（1）分布式电源自身的特性决定了一些电源的出力将随外部条件的变化而变化， 表现出间歇性和随机性等特点，使得这些电源仅依靠自身的调节能力难以满足负荷的功 率平衡，且不可调度，需要其他电源或储能装置的配合以提供支持和备用。（2）分布式电源的并网运行改变了系统中的潮流分布，对配电网而言，由于分布 式电源的接入导致系统中具有双向潮流，给电压调节、保护协调与能量优化带来了新问 题。当前，一些分布式电源在系统侧发生故障时自动退出运行，加剧了系统暂态功率不 平衡，不利于系统的安全性和稳定性32,33。（3）多数 DG 需要通过电力电子接口并入电网，大量电力电子设备和电容、电感 的引入，易影响周边用户的供电质量，外界产生干扰可能导致频率和电压的不同步，从 而拖垮整个系统34。4）为数众多、形式各异、不可调度的分布式电源将给依靠传统集中式电源调度方 式进行管理的系统运行人员带来更大的困难，缺乏有效的管理将导致分布式电源运行时 的“随意性”，给系统的安全性和稳定性造成隐患。总之，阻碍分布式发电获得广泛应用的不仅在于分布式发电本身的技术障碍，还在 于现有的电网技术仍不能完全适应分布式发电的接入要求。为使分布式发电得到充分利 用，西方的一些学者提出了微型电网（MicroGrid，简称微网）的概念。现有研究和实践已表明，将分布式发电供能系统以微网的形式接入大电网并网运行 与大电网互为支撑，是发挥分布式发电供能系统效能的最有效方式。微网是指由分布式 电源、储能装置、能量变换装置、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，既可以与大电网并网运行，也 可以孤立运行。2、微网特点从微网的定义可以看出，微网有以下几个显著特点：（1）微网集成了多种能源输入（太阳能、风能、常规化石燃料、生物质能等）、多 种产品输出（冷、热、电等）、多种能源转换单元（燃料电池、微型燃气轮机、内燃机， 储能系统等），是化学、热力学、电动力学等行为相互耦合的非同性复杂系统，具有实 现化石燃料和可再生能源的一体化循环利用的固有优势。（2）微网中包含多种分布式电源，且安装位置灵活，一般通过电力电子接口接入， 并通过一定的控制策略协调运行，共同统一于微网这个有机体中。因此，微网在运行、 控制、保护等方面需要针对自身独有的特点发展适合不同接入点的分析方法。（3）一般来说，微网与外电网之间仅存在一个公共连接点（ PCC ） ，因此，对外电 网来说，微网可以看作电网中的一个可控电源或负载，它可以在数秒钟内反应以满足外 部输配电网络的需求，既可以从外电网获得能量，在微网内电力供应充足或外电网供电 不足时，微网甚至可以向电网倒送电能；（4）微网存在两种运行模式，正常状况下，与外电网联网运行，微网与外电网协调 运行，共同给微网中的负荷供电；当监测到外电网故障或电能质量不能满足要求时，则 微网转入孤岛运行模式，由微网内的分布式电源给微网内关键负荷继续供电，保证负荷 的不间断电力供应，维持微网自身供需能量平衡，从而提高了供电的安全性和可靠性； 待外电网故障消失或电能质量满足要求时，微网重新切换到联网运行模式。微网控制器 需要根据实际运行条件的变化实现两种模式之间的平滑切换。（5）微网一般存在上层控制器，通过能量管理系统对分布式电源进行经济调度和 能量优化管理，可以利用微网内各种分布式电源的互补性，更加充分合理的利用能源。3、微网优点微网技术是新型电力电子技术和分布式发电、储能技术的综合，相较于传统发电系统，微网的优点主要体现在以下几个方面：（1）微网为多个DG的集成应用，解决了大规模DG的接入问题，继承拥有了单独 DG系统所具有的优点；同时可以克服单独DG并网的缺点，减少单个分布式电源可能 给电网造成的影响，实现不同DG的优势互补，有助于DG的优化利用。（2）微网灵活的运行模式，提高了用户侧的供电可靠性。用户侧负荷，按重要性程 度可分为普通负荷、次重要负荷和敏感负荷；当外电网发生较严重的电压闪变及跌落时， 可以根据负荷的重要性等级，通过静态开关将重要负荷隔离起来孤岛运行，保证局部供 电的可靠性。（3）可以减少大发电站的发电备用需求，并通过缩短发电厂与负荷间的距离，可以 降低输电损耗和因电网升级而增加的投资成本。（4）对用户来讲，广泛使用微网可以降低电价，获得最大限度的经济效益。例如， 利用峰谷电价差，峰电期，微网可以向电网输送电能，以延缓电力紧张，而在电网电力 过剩时可直接从电网低价采购电能。参考文献智能电网导论 许晓惠. 中国电力出版社. 2009.09智能电网技术 刘振亚. 中国电力出版社.2010.04 分布式电源和微网在智能配电网自愈功能中的作用分析.战杰. 肖静. 赵义术. 分布式发电到微网的研究综述 赵波. 李鹏. 童杭伟. 张雪松.范元亮. 浙江省电力试 验研究院. 杭州. 310014