微电网运行与控1

2014-2015学年 第一学期3/14/20231第一章第一章 微电网概述微电网概述第二章第二章 微电网组成元件微电网组成元件第三章第三章 微电网基本控制方法微电网基本控制方法第四章第四章 微电网多代理优化控制方法微电网多代理优化控制方法第五章第五章 微电网保护微电网保护3/14/202321.1 1.1 什么是微电网什么是微电网1.2 1.2 为什么要提出微电网为什么要提出微电网1.3 1.3 微电网现状微电网现状3/14/202333/14/20234大电网小电网微电网l 美国定义：美国定义：微电网是由分布式电源分布式电源和电力负荷电力负荷构成，可以工作在并网和并网和独立独立两种模式下，具有高度的可靠性和稳定性。l 日本定义：日本定义：微电网是指在一定区域内利用可控的分布式电源分布式电源，根据用户用户需求需求提出的溪小学系统。l 欧洲定义：欧洲定义：利用一次能源；使用微型电源微型电源，并可冷、热电三联供；配有储能装置储能装置；使用电力电子装机进行能量调节；可以工作在并网和独立两种模式下并网和独立两种模式下。3/14/20235共识：共识：各种分布式发电分布式发电、储能单元、负荷及监控和保护装置储能单元、负荷及监控和保护装置的组成的微型发供电系统微型发供电系统；具有灵活的运行方式和可调度性能，能在并网并网/离网两种模式离网两种模式之间切换。3/14/20236p 分布式发电种类：光伏发电风力发电微型燃气轮机燃料电池生物质发电海洋能发电地热发电小型柴油发电机微型水利发电机3/14/202373/14/202383/14/20239 特点：特点：p 多种能源接入：多种能源接入：风力发电，光伏发电，燃气轮机，燃料电池，生物质发电等；风力发电，光伏发电，燃气轮机，燃料电池，生物质发电等；p 多种产品输出多种产品输出电、冷、热电、冷、热p 多种转换单元多种转换单元光光/电、热电、热/电、风电、风/电；直流电；直流/交流，等交流，等p 多种运行状态多种运行状态可以电网联接运行（并网模式）也可以脱离电网运行（独立模式）可以电网联接运行（并网模式）也可以脱离电网运行（独立模式）p 功率可调度功率可调度微电网整体对于大电网是一个功率可控的系统，功率可以调动微电网整体对于大电网是一个功率可控的系统，功率可以调动3/14/2023101.1 1.1 什么是微电网什么是微电网1.2 1.2 为什么要提出微电网为什么要提出微电网1.3 1.3 微电网现状微电网现状3/14/202311p集中式电网不足集中式电网不足p能源短缺和环境污染能源短缺和环境污染p提供电网接纳分布式发电能力提供电网接纳分布式发电能力3/14/202312p集中式电网不足：集中式电网不足：3/14/202313初期投资大，电网改造费用大；初期投资大，电网改造费用大；发电、输电、配电环节分离，通常为发电、输电、配电环节分离，通常为长距离供电；长距离供电；给偏远地区供电，线路架设费用大，给偏远地区供电，线路架设费用大，施工困难；施工困难；发生电网事故，会导致大面积停电，发生电网事故，会导致大面积停电，可靠性差；可靠性差；3/14/202314太贵了，建不起p 集中式电网不足：集中式电网不足：3/14/202315给偏远地区供电，线路架设给偏远地区供电，线路架设费用大，施工困难；费用大，施工困难；太远了，我够不着p 集中式电网不足：集中式电网不足：3/14/202316初期投资大，电网改造费用大初期投资大，电网改造费用大太高了，我够不着3/14/202317大规模停电事件大规模停电事件p 2003年美国东北部和加拿大大停电p 2006年欧洲大停电p 2008年中国湖南省大停电p 2009年巴西和巴拉圭停电事件p 2012年印度大停电2012年印度大停电年印度大停电2012年年7月月30日和日和31日的大规模停电事故让印度东北部六亿七千万人受到影响。在日的大规模停电事故让印度东北部六亿七千万人受到影响。在8月月1日电力恢复之前，大约有一半的印度人因为电力系统瘫痪而在黑暗中度过了两天两夜，受影日电力恢复之前，大约有一半的印度人因为电力系统瘫痪而在黑暗中度过了两天两夜，受影响人数占到了全世界人口的十分之一。停电事故的根源一直充满争议。响人数占到了全世界人口的十分之一。停电事故的根源一直充满争议。3/14/2023182003年年8月月15日，纽约市民在停电期间步行走过布鲁克林大桥。长达两天的停日，纽约市民在停电期间步行走过布鲁克林大桥。长达两天的停电事故波及电事故波及5000万人，从加拿大东南部到美国东北部地区都受到影响，也让许多万人，从加拿大东南部到美国东北部地区都受到影响，也让许多公共交通设施停摆。美国公共交通设施停摆。美国-加拿大电力系统故障特遣部队调查结果显示设备故障和加拿大电力系统故障特遣部队调查结果显示设备故障和人为原因是造成这次事件的罪魁祸首，供电线缆碰到了周围的树木导致了停电人为原因是造成这次事件的罪魁祸首，供电线缆碰到了周围的树木导致了停电。3/14/2023192008年年2月中国部分地区经历了一场月中国部分地区经历了一场50年一遇的雪灾，这次雪灾对湖南地区的电年一遇的雪灾，这次雪灾对湖南地区的电网设备造成了巨大的破坏，让网设备造成了巨大的破坏，让450万人在没有电的情况下生活了两个星期之久。万人在没有电的情况下生活了两个星期之久。中国政府宣布已经有中国政府宣布已经有11名电力工作者在抢修设施的过程中殉职。名电力工作者在抢修设施的过程中殉职。3/14/2023203/14/2023212008年的那一场雪年的那一场雪3/14/2023222008年的那一场雪年的那一场雪p集中式电网不足集中式电网不足p能源短缺和环境污染能源短缺和环境污染p提供电网接纳分布式发电能力提供电网接纳分布式发电能力3/14/202323p能源短缺和环境污染能源短缺和环境污染3/14/202324石油：石油：资源的储量为10195亿桶，可供开采43年，高成本油田可供人类开采240年；天然气：天然气：埋藏量为144万亿立方米，可开采63年，高成本气田可供开采452年；煤炭：煤炭：埋藏量10316亿吨，可开采231年；-华丽的分割符-核燃料：核燃料：铀已探明储量436万吨，可供72年使用(海水中的铀可供使用1万年，利用钚为燃料的增值核反应堆可使用100万年)；利用热核反应，海水中的锂能源可开采年限为1600万年(DT反应)，而利用重水的DD反应，则开采年限为60亿年，将成为人类取之不尽、用之不竭的新型能源。水能：水能：可再生能,可开采3.8亿千瓦，已开发0.72亿千瓦.风能：风能：可再生能,是目前世界上增长最快的能源，年增长率达27%,2.5亿千瓦.太阳能：太阳能：可再生能,620大卡/平方厘米年，平均年日照2000小时。2013年 日本发生地震，导致福岛第一核电站出现泄露p集中式电网不足集中式电网不足p能源短缺和环境污染能源短缺和环境污染p提供电网接纳分布式发电能力提供电网接纳分布式发电能力3/14/202329 提供电网接纳分布式发电能力提供电网接纳分布式发电能力3/14/202330 提供电网接纳分布式发电能力提供电网接纳分布式发电能力3/14/202331影响大电网功率平衡影响大电网功率平衡影响大电网继电保护影响大电网继电保护3、降低大电网电能质量、降低大电网电能质量 微电网优点：微电网优点：1、利用一切可能的发电技术、大多为可在能源；、利用一切可能的发电技术、大多为可在能源；2、电能就地消耗，避免长距离输电费用；、电能就地消耗，避免长距离输电费用；3、根据负荷灵活增加新的发电容量，减小改造费用；、根据负荷灵活增加新的发电容量，减小改造费用；4、可以工作在离网下，提高供电可靠性；、可以工作在离网下，提高供电可靠性；5、对于大电网而言微电网是以功率可控单元，减小间歇、对于大电网而言微电网是以功率可控单元，减小间歇电源对大电网侧冲击；电源对大电网侧冲击；3/14/2023321.1 1.1 什么是微电网什么是微电网1.2 1.2 为什么要提出微电网为什么要提出微电网1.3 1.3 微电网现状微电网现状3/14/202333（1）微电网示范项目）微电网示范项目（2）微电网种类）微电网种类（3）微电网未来发展趋势）微电网未来发展趋势3/14/202334（1）微电网示范项目微电网示范项目以政府或国家电网公司支持，建设微电网示范项目以政府或国家电网公司支持，建设微电网示范项目美国：美国：美国电力公沃纳特微电网测试基地；美国电力公沃纳特微电网测试基地；美国北部电力系统曼德瑞沃微电网示范项目；美国北部电力系统曼德瑞沃微电网示范项目；美国范特蒙特微电网示范项目美国范特蒙特微电网示范项目 美国能源部制定美国能源部制定”GRID 2030”计划；计划；发展方向：发展方向：提高供电可靠性提高供电可靠性3/14/202335（1）微电网示范项目）微电网示范项目 日本：日本：建立爱知，京都，八户，仙台等微电网工程建立爱知，京都，八户，仙台等微电网工程 目标：目标：能源短缺，提高新能源接入能力能源短缺，提高新能源接入能力 欧盟：欧盟：希腊基斯诺斯微电网工程希腊基斯诺斯微电网工程 荷兰荷兰 bronsbergen 建立微电网工程建立微电网工程 德国德国manheim-wallstadt 多微电网项目多微电网项目 欧盟科技框架计划欧盟科技框架计划(framework programme)推动微电网发展推动微电网发展 目标：目标：电网坚强性电网坚强性3/14/2023363/14/202337（1）微电网示范项目）微电网示范项目 中国：中国：浙江浙江 东福山岛东福山岛浙江省电力试验研究院设计的浙江东福山岛风光柴海水淡化综合系统，浙江省电力试验研究院设计的浙江东福山岛风光柴海水淡化综合系统，安装安装7台单机容量台单机容量 30kW 的风力发电机组、的风力发电机组、100kWp 的光伏发电系的光伏发电系统及一套统及一套 50t/d 海水淡化系统，总装机容量海水淡化系统，总装机容量300kW，并装设有蓄电，并装设有蓄电池组进行调节，是目前国内最大的离网型综合微网系统。池组进行调节，是目前国内最大的离网型综合微网系统。3/14/2023383/14/202339（1）微电网示范项目）微电网示范项目中国：中国：浙江浙江 东福山岛东福山岛浙江省电力试验研究院设计的浙江东福山岛风光柴海水淡化综合系统，浙江省电力试验研究院设计的浙江东福山岛风光柴海水淡化综合系统，安装安装7台单机容量台单机容量 30kW 的风力发电机组、的风力发电机组、100kWp 的光伏发电系的光伏发电系统及一套统及一套 50t/d 海水淡化系统，总装机容量海水淡化系统，总装机容量300kW，并装设有蓄电，并装设有蓄电池组进行调节，是目前国内最大的离网型综合微网系统。池组进行调节，是目前国内最大的离网型综合微网系统。3/14/202340（1）微电网示范项目）微电网示范项目 中国：中国：2、浙江南麂岛、浙江南麂岛微电网由微电网由 12 台台 100 千瓦风力发电机组、千瓦风力发电机组、1000 千瓦光伏发电系统、千瓦光伏发电系统、3050 千瓦波浪能发电系统、千瓦波浪能发电系统、300千瓦蓄电池及千瓦蓄电池及1400千瓦备用柴油发电千瓦备用柴油发电机组成。该工程还要引入电动汽车储能系统。机组成。该工程还要引入电动汽车储能系统。3、南京供电公司科技综合楼的微网控制风光储系统、南京供电公司科技综合楼的微网控制风光储系统包含包含50千瓦光伏发电、千瓦光伏发电、2*5千瓦屋顶风电、千瓦屋顶风电、50千瓦千瓦 1小时的铅酸蓄电池小时的铅酸蓄电池储能。储能。4、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综合示范工程中新生态城微网系统是由智能营业厅屋顶中新生态城微网系统是由智能营业厅屋顶 30千瓦光伏发电、千瓦光伏发电、6千瓦风机千瓦风机发电、储能装置、能量转换装置、营业厅发电、储能装置、能量转换装置、营业厅 10 千瓦照明及千瓦照明及 5 千瓦充电桩千瓦充电桩负荷、监控和保护装置汇集而成的负荷、监控和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3/14/202341（2）微电网分类）微电网分类1、按接入电压等级、按接入电压等级 低压微电网（接入电压等级低压微电网（接入电压等级380V）高压微电网（接入电压等级高压微电网（接入电压等级10KV）2、按功能需求、按功能需求单一微电网；单一微电网；多种类设备微电网；多种类设备微电网；公用微电网：公用微电网：凡是满足一定技术条件的分布式发电和微电网都可以接入，它根据用户对可靠性的要凡是满足一定技术条件的分布式发电和微电网都可以接入，它根据用户对可靠性的要求进行负荷分级，紧急情况下首先保证高优先级负荷的供电求进行负荷分级，紧急情况下首先保证高优先级负荷的供电3、按交直流类型、按交直流类型直流微电网：直流微电网：交流微电网：交流微电网：交直流混合微电网交直流混合微电网3/14/202342(3)微电网发展趋势微电网发展趋势1、微电网结构复杂化、微电网结构复杂化简单微电网简单微电网复杂微电网复杂微电网用户微电网用户微电网公共微电网公共微电网交流微电网交流微电网直流微电网直流微电网混合微电网混合微电网2、微电网控制智能化、微电网控制智能化能量互补控制；电源即插即用控制；能量互补控制；电源即插即用控制；可调度控制；电能质量控制可调度控制；电能质量控制3、微网概念扩大化微网概念扩大化微网将成为智能配电系统重要部分微网将成为智能配电系统重要部分4、微网功能复杂化微网功能复杂化供电供电/热热/冷；直流冷；直流/交流；定制电力；风交流；定制电力；风/光光/气气/氢氢+储能（电储能（电/热热/冷）冷）3/14/202343