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山东电力集团公司科学技术项目可行性研究报告

项目名称：

申请单位：

起止时间：

项目负责人：

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一、目的和意义

1、项目研究内容紧密相关的国家电网公司实际生产力水平和今后的发展方向

近年来随着科技的发展、人们环境保护意识的加强和对能源危机的不断关注，集中供电的大电网自身存在的一些弊端逐渐暴露出来，如可靠性差局部事故易扩散、不能灵活跟踪负荷的变化、对于偏远地区不能进行理想供电、多采用不可再生能源环保效益差等。如今大电网和分布式发电系统相结合是节省投资，降低能耗，提高系统安全性和灵活性的主要方法。

随着智能电网概念的提出，分布式能源包括生物质能、太阳能、风能、小水电、地热能及海洋能等，他们资源丰富、可以再生、清洁干净，是最有前景的替代能源。近年来越来越多的分布式能源接入配电网，但由于其本身的不稳定性，对原有配电网的运行、管理造成了很大的影响。小型分布式可再生能源发电的随机性和波动性、潮流流动的双向性、保护配置的复杂性、不可调度性等等，都对现有配电网供电的可靠性、电能质量造成严重影响。

所谓微网，是指基于分布式供能技术，由分布式电源、储能单元、负荷、控制系统等构成，通过它们之间的相互组合，就构成了一个小型的供能系统。该系统既可以独立运行，由相应的电源向系统内部的负荷供能；也可以并网运行，向电网供出多余的电力或由电网补充自身发电量的不足。因此，微网不仅能够有效提高能源的综合利用效率，而且可作为主电网的有效互补电网,提高供电可靠性和电能质量,是国内外电气工程研究领域的最新前沿课题之一。目前，分布式终端供能系统关键技术及实验室、示范工程建设受到欧盟、美国、日本、中国等世界多个国家的重视和推广。

2、项目成果对该现状和技术发展的作用

微网是一种经济、可靠、环保的供电系统，主要利用的是风力发电、光伏发电、生物

质能发电等清洁能源，因此可以大大减少了CO2、SO2等物质的排放量，实现节能减排，减少对环境的破坏；由于微网的特殊设计，其在大电网出现故障时仍然可以保持正常运行，保障重要负荷的电源供应，同时在边远地区，通过微网还可以解决低电压问题和无电问题，因此微网可以提高供电的安全性和可靠性。

3、成果应用和推广的途径

分布式终端供能系统可以应用在建筑、园区、煤油气田等能源产区, 以及工艺过程等较广泛的领域。虽然在相当长一段时间内, 微网还不是我国主要的能量供应形式, 但随着我国经济的增长、人民生活水平的提高, 以及天然气和新能源的普遍开发利用, 以燃气轮机、内燃机和燃料电池技术为核心的微网, 将首先在发达的沿海和中部地区大中城市、大企业中推广应用, 也将用于电网所不能经济送达的西部、山区、海岛等偏远地区, 同时在太阳能、地热等资源丰富的地区得到发展应用。更值得注意的是, 微网为重要部门和单位，医院、机场等能源保障可靠性要求高的用户提供了更先进的能源供应方式。微网的应用使其成为大规模集中式供电系统的一个重要补充。世界电力工业将由传统的“大电厂、大电网、城市热网”等集中式能源系统, 向依靠大型发电和小型分布式发电广泛结合的“多模式互补系统”转变。

分布式终端供能系统是由多种能量转换技术有机地整合的, 能够同时实现冷、热、电等多种能源产品输出的复杂系统，系统性能除了微小型动力技术、中低温余热转换利用技术等单元技术外, 更关键的是其系统集成的水平。单元技术影响着分布式终端供能系统的普及与发展, 而系统集成技术是实现分布式终端供能系统大幅节能、发挥系统优势的核心技术。

微网的发展必须与可再生能源发电紧密结合，但由于可再生能源分布广、能量密度较低，特别是具有随机性和间歇性，如何使可再生能源发电给终端用户优质可靠的电能，并

友好地融入大电网系统，是微网发展的一项重要任务。

4、成果推广后的直接和间接效益

本次研究的目的是在满足电网调度的前提下，实现各类分布式能源的有效供给和优化调度，提高新能源的使用效率，在满足可靠供电的前提下，进一步提高供电效率，实现降损节能。将解决在并网运行方式下，能以各类分布式电源的基础上，以系统运行费用最小为目标的调度方式，提高系统的经济效益。在离网运行方式下，系统能在满足安全约束的前提下，实现继续可靠供电，大大提高供电可靠性和社会效应。为实现我国分布式终端供能系统能量优化管理系统国产化研究和大规模工程应用提供技术支撑。

二、国内外研究水平综述

1、项目研究内容紧密相关的技术发展历史的简要回顾

光伏发电电源、风力发电等接入配电网后，会带来各种扰动，影响系统电能质量，主要体现在电压闪烁和谐波、电压脉冲、浪涌、电压跌落、频率偏移、瞬时供电中断等动态电能质量问题。此类间歇性电源的接入不但会影响稳态电压分布，还会引起系统电压波动，特别是大规模光伏电站并网后，可能导致系统电压越限等。

分布式终端供能系统优化规划设计研究的目的是在满足差异化用户供电可靠性要求的前提下，开展科学化的分布式终端供能系统系统结构设计和设备选型。其核心工作包括分布式终端供能系统综合评价指标体系、分布式终端供能系统优化规划设计方法。目前，欧美发达国家虽然建立了很多分布式终端供能系统实验及示范工程，开展了诸如分布式终端供能系统运行和交易模式分析、投资和效益评价等研究，但在分布式终端供能系统综合评价指标体系方面的研究还很初级。我国在分布式终端供能系统评价与规划设计方面的研究还处于起步阶段，在方法和理论上的研究还缺乏深度，在量化评价体系和规划设计工具

方面还属空白。

大量光伏发电的接入对供电的可靠性和优质性构成了挑战，对用电企业的生产造成了影响，因此，急需在分布式终端供能系统集成优化设计技术上进行研究以满足用户的要求。由于分布式能源采用可再生能源，并且环保等优点，必将成为今后发展的重点，因此研究对分布式终端供能系统集成优化设计技术，具有现实的理论和实际应用价值。

2、国内外研究水平的现状和发展趋势

目前欧美、日本等许多国家和地区把改善能源消费结构、发展分布式终端能源作为经济和社会可持续发展的一个重要突破点。欧盟在第5，6，7框架计划中资助了多个科研项目，参与方包括高校、制造商(ABB、西门子等)、电力公司，研究内容涵盖分布式发电与分布式终端供能系统系统的集成设计、标准制定、设备测试等多个方面。供给系统的智能化、能量利用的多元化是欧洲分布式终端能源供给系统的重要特点。日本专门成立了新能源与工业技术发展组织（NEDO），设在经济产业省，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。NEDO在分布式终端能源供给系统研究方面已取得了很多成果，在2003年的“Regional Power Grid with Renewable Energy Resources Project”项目中，分别在青森县、爱知和京都3个地方建设基于分布式可再生能源发电的分布式终端供能系统示范系统。日本积水化学工业株式会社（SEKISUI），其推出了完全依赖分布式终端能源供电的智能屋，更在近期宣布，将与NEC公司合作，开发下一代智能屋。目前日本在分布式终端能源供给系统研究与示范工程建设方面处于世界领先地位。

国内对分布式终端能源供给系统的研究的起步较晚。目前，电力公司和很多高校、研究所都关注这一领域，并在国家“973”、“863”计划的支持下在该领域开展一些研究工作，其中合肥工业大学、天津大学、国网电力科学研究院、许继电气等一些高校和机构已经取得了一些阶段性的研究成果。

3、国外研究机构对本项目的研究情况

美国能源部和国家可再生能源实验室（NREL）资助威斯康星大学、橡树岭国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室等研究机构开展分布式发电与分布式终端供能系统关键技术的研究。威斯康星大学实验和测试了在微型电网不同运行状态下的多种分布式电源控制器。橡树岭国家实验室和劳伦斯伯克利国家实验室则主要开展分布式终端供能系统能量管理系统（EMS）的研究，研究内容集中在MGEMS的需求、热电匹配与建筑暖通空调系统（HVAC）管理、分布式终端供能系统与公共电网能量交换、内部分布式电源效率最优化、最小化环境污染等方面。

另外美国能源部与GE公司共同资助了第二个“GE全球研究”计划。GE已经开发出一套分布式终端供能系统能量管理系统，包括电气和热能的性能和成本优化控制，与公用电网的并网控制及对可再生能源间歇性发电的管理。

4、国内研究机构对本项目的研究情况

目前，合肥工业大学的研究人员提出一种基于同步发电机暂态模型的新型分布式逆变型电源控制器，具有功率控制和调频调压双重功能。同时依托教育部光伏系统工程研究中心建立分布式发电与分布式终端供能系统实验系统，在此基础开展分布式发电与分布式终端供能系统运行控制、能量管理、安全保护等关键技术的研究。

天津大学是国内较早开展分布式发电与分布式终端供能系统技术研究的高校，集中对分布式终端供能系统建模，分布式终端供能系统控制方法进行了研究。根据分布式电源的类型以及储能装置的不同组合方式，采用不同的控制策略分别进行了相应的控制器设计，并研究了多个分布式电源参与系统调频时分布式终端供能系统的小信号频率稳定问题，在此基础上，提出了分布式电源逆变器的多环反馈控制策略并得到了仿真验证。

国网电力科学研究院依托国家能源太阳能发电研发（实验）中心建有光储联合分布式

终端供能系统实验研究平台，开发分布式发电与分布式终端供能系统综合监控平台，开展分布式发电与分布式终端供能系统仿真计算、运行控制、能量管理等关键技术的研究。同时承担国家能源智能电网研发（实验）中心分布式终端供能系统技术研究检测实验室的建设，开展分布式终端供能系统基础研究、装备开发、标准制定、实验检测等方面的工作。

许继电气依托国家电网河南光储分布式终端供能系统示范工程开展了并网光伏发电系统、储能系统和分布式终端供能系统控制管理系统设计，实现分布式终端供能系统双向潮流环境下控制保护协调工作的综合监控。

三、项目的理论和实践依据

1、项目研究内容的原理简述

本项目首先研究包含风电、光伏发电、小水电、分布式储能系统以及其它类型供电、供热系统的不同类型分布式供能系统的体系结构、功能规范、模式标准，研究不同应用类型、不同规模分布式供能系统典型技术方案。

其次，研究分布式终端供能系统不同能源类型不同并网电压等级情况下对电网的影响，提出微网并网技术援助；通过对电网运行安全、可靠性影响等关键因素的分析，结合不同方案成本考虑给出分布式电源并网方案建议。根据微网内部典型结构，并分布式电源局部可靠性、经济性等综合比较，给出典型分微网推荐接线模式及适用范围。

最后，建立微网并网评估模型，从供电可靠性、电能质量、经济效益、节能减排、电网友好性、方案适应性等方面水平的评价指标体系，研究各项指标量化计算方法，构建科学的评价方法体系，为分微网划设计创造条件。通过各项评价体系进行针对供能系统的评估，确立微网的并网方案。

微网优化规划设计研究的目的是在满足电网安全运行需求、系统用户电力电量需求的

前提下，科学合理地实施微网并网方案，以保证大电网、微网建设及运行的安全性和经济性。该系统不仅能够有效提高能源的综合利用效率，而且可作为主电网的有效互补电网,提高供电可靠性和电能质量。

2、项目研究内容的理论或者实践依据

微网具有如下特点：

1) 与终端用户融合

作为服务于当地的能量供应系统, 微网直接面向用户的需求, 布置在用户的附近, 由此形成了一些特点，例如一般无需大型电网、热网, 简化了能量的输送环节；与用户的各类能源需求相结合, 易于实现能量供应多样化和系统的多功能。同样,微网与终端用户的融合也要求其具备高的安全性、可靠性和优异的环保性能, 达到极低的NOx排放和噪声污染等; 还应该具有灵活、智能的控制手段和可维护性, 以满足用户负荷的动态变化和自动控制等要求。

2) 技术、设备小型化

分布式供能主要针对局部用户的能量需求, 系统的规模将受用户需求的制约, 以小型化的技术和设备为主。微型和小型燃气轮机、内燃机是分布式终端供能系统目前主要采用的动力技术, 燃料电池、斯特林发动机等也在快速研究和发展, 未来将得到逐步应用。吸收式热泵, 制冷、除湿等技术与上述动力技术的耦合可以实现系统余热的高效利用。此外, 包括蓄电、蓄冷、蓄热在内的多种形式的中小型蓄能技术由于系统的小型化、强动态特性也可以得到广泛应用, 对改善系统性能起到重要作用。伴随能源技术的发展和成熟, 可供选择的技术日益增多。

3) 燃料多元化

分布式供能可以应用多种形式的能源，既可以利用常规化石能源, 主要是天然气和燃

油, 也包括液化天然气、液化石油气、城市煤气等; 也可以对工业领域的煤田瓦斯气、煤层气、焦炉气等进行有效的回收利用, 以及工艺过程高品位余热余压的利用; 还可以采用太阳能、地热能、生物质能等可再生能源。

4) 易于与可再生能源结合

太阳能、地热能、生物质等可再生能源与分布式终端供能系统同样具有分散、小型的特点, 因此易于通过分布式终端供能系统加以利用。由于可再生能源多数存在能量密度低、不连续等问题,一般可以考虑通过可再生能源与高品位化石能源互补,形成利用可再生能源的分布式系统。

3、项目研究的关键和难点

1）分布式电源出力的间隙性、微网系统元件运行模式的多样性等，增加了微网系统潮流计算、可靠性评估、薄弱环节辨识等建模的复杂性；

2）分布式终端供能系统是一个集成多种能源输入（太阳能、风能、常规化石燃料等）、多种产品输出（冷、热、电等）、多重能源转换单元（燃料电池、微型燃气轮机、内燃机等）的复杂系统，规划模型涉及的设备类型众多，且需计及复杂的约束条件和优化目标（能效、可再生能源利用率、用能成本等），计算复杂性大；

3）微网中存在多样化的可再生能源发电系统，其电力电量输出难以预测和建模。

四、项目研究内容和实施方案

4.1 研究内容

对微网模式体系结构研究，研究不同应用类型、不同规模的微网典型特点，在满足系统安全并网的前提下，科学合理地制定微网并网技术方案。研究建立微网规划设计理论、技术路线，并通过建模仿真计算进行验证，以保证微网建设的安全性和科学性。

其核心工作包括分微网系统技术研究、建模仿真分析、综合规划设计及系统综合评估：A）微网系统技术研究

研究包含风电、光伏发电、小水电、分布式储能系统以及其它类型供电、供热系统的分布式供能系统特点、功能规范以及模式标准。研究建立微网并网评估体系，对微网并网的影响因素进行全面评估。研究适用于城市小区、楼宇、农庄等不同应用类型、不同规模微网典型技术方案。

B）微网建模仿真分析

从分布式电源类型、负荷分布特性等角度出发，开展微网负荷分类（如重要、一般、可停等分类）、时间和空间负荷预测的研究；分布式电源与储能装置的稳态模型、输出功率特性及充放电特性的研究；微网电力电量平衡、随机生产模拟及随机潮流计算等研究。

根据以上研究建立微网仿真计算模型，通过建模仿真评估微网并网对大电网的安全性、可靠性等方面的影响，为合理制定微网并网方案典型基础。

C）微网综合规划设计

在满足系统稳定运行约束条件下，以综合经济性、节能减排效果最优，建立微网多场景、多目标、非线性、整数混合规划优化模型；以分布式电源、储能类型、容量、位置以及线路走廊等为决策变量，实现微网技术、经济、环保等多目标的优化。

研究分布式终端供能系统不同能源类型不同并网电压等级情况下对电网的影响，提出微网并网技术援助；通过对电网运行安全、可靠性影响等关键因素的分析，结合不同方案成本考虑给出分布式电源并网方案建议。结合微网内部典型结构，通过分布式电源局部可靠性、经济性等综合比较，给出典型微网推荐接线模式及适用范围。

4.2 实施方案

A）确定分微网规划准则，在此基础上建立规划设计模型和方法，计及分布式电源的

运行特性、供能系统控制策略、风光等一次能源的分散特性，密切结合微网的实际，采取理论与实际相结合、实际测试与仿真分析相结合的路线开展研究工作，并通过实际工程数据、算例分析等不断改善微网规划的准则、模型、方法和评价指标体系。

B）基于微网规划的理论及技术，对微网并网技术进行研究。从微网并网对大电网的安全性、可靠性等方面的影响考虑，保证分布式供能系统并网的合理性。建立微网的并网技术方案，根据不同能源类型，不同负荷特性给出并网建议方案，包括并网电压等级，并网方式等。

五、预期目标和成果形式

5.1 预期目标

（1）研究分布式储能系统以及其它类型供电、供热系统的分布式供能系统体系结构、功能规范以及模式标准，研究适用于不同应用类型、不同规模微网典型技术方案。

（2）提出考虑分布式供能系统的不确定性、形式容量的多样性以及不同电网接入方式，建立微网的仿真模型。

（3）对微网并网技术进行研究，建立微网并网评估系统方法。根据不同能源类型，不同负荷特性给出并网建议方案，包括并网电压等级，并网方式等。

（4）建立微网多场景、多目标、非线性、整数混合规划优化模型；以分布式电源、储能类型、容量、位置以及线路走廊等为决策变量，实现微网技术、经济、环保等多目标的优化。

5.2主要技术指标

（1）确定微网体系结构、功能规范以及模式标准。

（2）建立微网供电可靠性、电能质量、经济效益、节能减排、电网友好性、方案适应性等方面水平的评价指标体系；

（3）针对各项指标量化计算方法，构建科学的评价方法体系。

5.3 成果形式

（1）提交《微网优化规划及评估关键技术研究报告》专题报告1份；

（2）研制分布式终端供能系统优化仿真系统1套；

（3）申请专利2项；

（4）发表论文2篇；

六、合作单位或依托工程单位落实情况

合作意向单位：东南大学、南京软核科技有限公司。

东南大学建有“江苏省智能电网技术与装备重点实验室”，覆盖了学院近年来智能电网、新能源分布式发电、分布式终端供能系统运行及控制等科研团队。重点实验室建立以来已获数项国家及省部级项目资助。学科梯队建设完整，在重点实验室及985、211工程建设资助下，各种仪器设备(光伏组件、数字示波器、可编程DC Source、AC Source、DC Load、功率分析仪、红外测温仪等)及DSP、FPGA开发平台齐全，电路板及磁件加工可外协获得。已具备本课题的研究平台与实验条件，能保证本课题顺利完成。

南京软核科技有限公司拥有完整的市场销售、产品研发、质量管理、售后服务团队，将高校深厚的理论研究基础、对前沿领域敏锐的洞察力与探索研究能力和公司的先进的产品研发能力、完善的项目管理经验相结合，为客户提供从技术咨询、解决方案设计到项目实施、人员培训、售后服务等全方位高质量的服务。公司致力于实时智能技术、先进控制与实时优化技术、三维可视化技术、智能规划及设计的产业化推广，主要面向电力行业等提供基于以上核心技术的相关产品及解决方案。公司与高校结成战略合作伙伴关系，在智能调度、配电网优化运行、电网规划与设计、风电场设计及仿真等领域开展了全面的合作。

七、项目承担单位的条件

1项目负责人

吴健，山东经研院副院长，高级工程师，分管规划、设计及评审业务。长期从事电网规划设计和生产运维管理工作。具有极强的科研组织协调和科技攻关能力。

贾善杰，高级工程师，国网规划专业领军人才，长期从事电网规划和科研开发工作。主持了7项集团公司科技项目研究工作，多次获得山东省、山东电力科技进步奖。具有较强的科技研发能力。

2项目研究人员

山东经研院规划评审中心目前拥有技术人员45人；20人具有硕士学位，9人具有本科学历；高工6人，中级职称8人。4人持有注册咨询师执业资格，4人持有全国建设工程造价员和电力工程概预算资格证。技术人员中10人从事电网规划专业工作，6人从事电力市场及负荷预测工作，4人从事项目评审工作,2人从事综合规划,3人从事二次规划及评审。

规划评审中心充分发挥科研工作对电网发展、建设的支撑、引领以及对人才培养的推动作用。获得丰硕成果：

全国电力职工技术成果三等奖1项；山东省科技进步二等奖1项、三等奖1项；山东电力科技进步一、二等奖各2项、三等奖1项。

发明专利授权2项；发表科技论文15篇，其中，SCI/EI/ISTP收录8篇，核心期刊2篇，一般期刊5篇。

3实验室条件

即将建成的山东电网规划仿真平台、山东电网综合数据平台，能够为本项目的研究工作提供坚实的物质基础。能够方便地取得电网基础数据，及时掌握山东省新能源和分布式电源发展情况。能够提供仿真研究所需的电网背景资料和仿真平台工具。

4理论研究环境

经研院十分重视科研工作，积极为科技项目研发创造充足的物质条件，为科研人员提供宽松的环境和充裕的时间。

八、项目的进度安排

编写要求：

1.列出分季度计划研究内容和人员、设备安排；

2.分季度提供成果的内容和形式，要具有可检查性。

九、项目经费预算单位：万元

注：1、与项目有关的前期研究(包括阶段性成果)支出的各项经费不列入本项目预算；

2、项目下设的每个子项目（子合同）均需单独填报各自的项目预算表，并将子项目（子合同）预算汇总后计入项目经费预算相应栏内。

3、当子项目存在协作研究时，应逐项分别填报每一项协作研究任务的预算表。协作研究支出预算汇总后填入子项目经费预算的“协作研究支出”栏内。

十、有关证明文件

1、承担单位业务主管对项目意见

2、合作单位和依托工程单位对项目的意见及盖章

3、自筹经费来源及保证证明

4、经费预算表

编写要求：

1.各承担单位业务主管对项目的意见；

2.依托工程单位对项目的意见；

3.自筹经费来源及保证证明；

4.协作单位意见及盖章。

十一、申请单位领导审查意见