微电网中的分布式电源及其特性
分布式发电及微电网技术11.26
三、国内外研究和应用现状
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目前国外已建成的微网示范工程
微网 示范 工程
地理 位置
说明
CERTS 试验基地
美国俄亥 俄
480V系统，包括3个60kW MT，有三条馈线，其中两条含有微电源并 能孤网运行。这两条中的一条馈线上带有两个微电源，通过170m电缆 间隔；另一条馈线上带有一个微电源，这样可以进行微电源并行运行 的测试。该系统用于测试微电网各部分的动态特性。
MV/LV 电力 荷兰 公司
连接到400V低压网络的天然气站电网，具有80kW MT，多余电力可送往 10kV中压网，或供当地低压农村电网（3.45-41.5KVA），既可联网运 行也可孤网运行。
用于度假村，共四条380V馈线，每条长约400m。以光伏发电为主，共装 335kW光伏发电单元。既可孤网运行，也可联网运行。主要用于含有 储能系统的微网孤网运行性能的测试。
分布式电源与交流系统的连接
逆 逆 逆 逆
逆逆逆逆
Байду номын сангаас
逆 逆 逆 逆 LC逆 逆 逆
逆
模拟风机
逆
逆
逆
逆 逆 逆 逆 逆 逆 逆 逆 LC逆 逆 逆
逆
微型燃
逆
气轮机
逆
逆
逆 逆 逆 逆 逆 逆 逆 逆 LC逆 逆 逆
核 心 技 术与关键设备
核心技术：仿真分析（含微网的分析计算方法）、规划设计 理论（微网的基本构成，根据地域等客观条件的 不同，如何配置电源、负荷等）、计算理论、电 源技术、保护与控制、运行与能量管理、信息与 通信、定制电力、先期评估和后期评价（能源利用 效率、炭排放、可靠性、电能质量）等。
(完整版)-微电网及分布式电源并网标准体系介绍-20160330
标准体系亟需统一规划和顶层设计
微电网和分布式电源并网涉及发电、电网、用户等多个领域，系统 复杂性突出 − 需要将微电网作为一个相对独立单元，对相关技术领域开展系 统分析
12
P12
二 产业发展对标准化工作的需求
产业发展亟需标准化工作支撑
当前我国微电网和分布式电源并网在全国范围发展迅速，亟需标准化 工作给予技术支撑和规范 − 微电网和分布式电源并网改变了电力系统在中低压层面的结构和 运行方式
− 与微电网和分布式电源并网息息相关的电网运营企业和设备供应 商们熟悉的传统原则受到挑战
订微电网及分布式电源并网国家标准体系和年度计划建议；组织微电 网及分布式电源并网国家标准的制修订及宣贯工作；审查微电网及分 布式电源并网国家标准送审稿，提出审查意见。
制定分布式电源并网技术标准体系主要解决的问题：
指导设计 • 对分布式电源并网应满足的技术条件、并 网接口设计应遵循的原则进行规定
规范建设 • 对分布式电源入网调试、验收及测试进 行规定
燃料类型
能量转换方式
逆 变 器
同步 电机
异步 电机
农林废弃物 直燃发电
汽轮机
√
生 垃圾焚烧
物
发电
汽轮机
√
质 农林废弃物气化 微燃机 √
垃圾填埋气
内燃机
√
沼气发电
燃气轮机
√
地热能发电
汽轮机
√
气压涡轮机
√
海洋能发电
液压涡轮机
√
燃料电池 蓄电池
直线电机 √ 逆变器 √ 逆变器 √
微电网：四个重要的指标
微电网（Micro-Grid），是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。
微电网是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。
微网中储能主要具有削峰填谷，提高电网对新能源的接纳能力，作为备用电源以及提高电能质量等作用。
其中微网储能系统有几个重要指标数据分别是自平衡率，自发自用率，冗余率，总净现成本。
1、自平衡率并网型微电网与大电网相连，可以由大电网提供一定的电力支撑。
因此，并网型微电网依靠自身的分布式电源供电，所能满足的负荷需求比例在一定程度上反映了其供电能力和对电网的依赖程度。
将并网型微电网在一定周期内，依靠自身分布式电源所能满足的负荷需求比例定义为自平衡率，如下公式所示。
式中,Eself是并网型微电网自身所能满足的负荷用电量；Etotal是负荷总需求量；Egrid-in是由大电网满足的负荷用电量，即并网型微电网的购电电量。
2、自发自用率并网型微电网的分布式电源不仅可以向负荷供电，在发电能力过剩的情况下，还可以向大电网送电。
因此，将并网型微电网在一定周期内，用于满足负荷需求的分布式电源发电量比例定义为自发自用率，如下公式所示。
式中,Eself是并网型微电网自身所能满足的负荷用电量；EDG是并网型微电网的分布式电源总发电量。
3、冗余率并网型微电网通常采用“自发自用，余电上网”的运行原则，在满足内部负荷需求的基础上，才可以向大电网出售过剩的电量。
将并网型微电网在一定周期内出售给大电网的分布式电源发电量比例定义为冗余率，如下公式所示。
式中,Egrid-out是并网型微电网出售给大电网的电量；EDG是并网型微电网的分布式电源总发电量。
冗余率反映了并网型微电网交易行为或运营方式。
如果冗余率高，说明微电网的发电量主要用于售电。
从表达式上，冗余率和自发自用率具有一定的联系。
在不考虑网络损耗和储能装置损耗的情况下，Rredu+Rsuff=1；但是，二者有完全不同的物理含义，并且影响并网型微电网的运行方式。
25_微电网规划与运行策略
微电网规划与运行策略第一部分微电网概念及特点分析 (2)第二部分微电网规划的重要性 (4)第三部分微电网规划方法概述 (8)第四部分微电网运行策略研究背景 (12)第五部分微电网运行策略分类与比较 (14)第六部分典型微电网案例分析 (16)第七部分微电网规划与运行关键技术 (18)第八部分微电网未来发展趋势探讨 (20)第一部分微电网概念及特点分析微电网是一种局部能源系统，可以独立于主电网运行或与之并网。
近年来，随着分布式能源技术的发展和环境保护的需要，微电网的应用越来越广泛。
本文主要分析了微电网的概念、特点及其在规划与运行策略中的应用。
1.微电网概念微电网是由一组可再生能源发电设备（如太阳能电池板、风力发电机等）、储能装置（如电池储能系统、超级电容器等）以及负荷组成的局部能源网络。
微电网能够实现对局部区域内的电力需求供应，提高能源利用效率和可靠性，并有助于减少碳排放和环境污染。
2.微电网的特点微电网具有以下显著特点：(1)可独立运行：微电网能够在主电网故障时自动切换至离网模式，确保关键负荷的持续供电。
(2)高度灵活性：微电网可以根据负载需求和环境条件动态调整电源配置和输出功率，以实现最佳能源利用效果。
(3)适应性强：微电网可以应用于各种场景，包括偏远地区、海岛、数据中心、医院、学校等。
(4)能源多元化：微电网通常采用多种能源形式（如太阳能、风能、生物质能等），有助于优化能源结构和保障能源安全。
(5)环保友好：微电网采用清洁能源和高效能源技术，有利于降低污染物排放和温室气体排放。
3.微电网规划与运行策略(1)规划阶段：a.负荷预测：基于历史数据和未来发展趋势，对微电网所服务地区的负荷进行准确预测，为后续规划设计提供依据。
b.资源评估：对可用资源（如太阳能辐射强度、风速等）进行测量和评估，以便选择合适的分布式能源类型和容量。
c.设备选型与布局：根据负荷需求、资源条件和经济效益等因素，选择适合的分布式能源设备、储能装置和输配电设施，并确定其布局方式。
分布式发电与微电网
主要内容
• 认识电力系统 • 分布式发电 • 微电网及其控制 • 储能技术
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认识电力系统
• 认识“电”
– 电是一种特殊的商品（质量、数量） – 电能不能大规模存储 – 每一瞬间电能的生产和消耗保持平衡 – 负荷曲线（削峰填谷）
-2-
认识电力系统
• 认识电网
– 发电、输电（变电、配电）、用电
分布式发电的特点
• 分布式发电 (DG) 或分布式能源 (DER) 是一种分散、 非集中式的发电方式，具有以下特点 – 接近终端用户 – 容量很小（几十 kW 至几十 M W） – 以孤立方式或与配电网并网方式，运行在380V 或 10kV – 采用洁净或可再生能源(天然气、沼气、太阳能、 生物质能、风能—小风电、或水能—小水电)
– 低频振荡(0.2~2Hz) – 次同步振荡(略低于50Hz) – 抑制措施
• PSS • HVDC • FACTS
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FACTS控制器
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电网分析的相关内容
• 网络拓扑 • 潮流计算 • 状态估计 • 稳定性分析 • 短路计算 • … … ….
－－“电力系统博大精深！”
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电网的发展方向
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微电网基本结构
微电网按照结构可以分为三种类型：片区微网、工商业微网、偏远地区微网
片区微网
片区微电网有两种，一种是城市网络， 另一种则是农村的馈线。前者主要用 于城市的繁华地区，后者则用于农村 电网的计划解列。片区电网的发展动 力是停运管理和整合可再生能源发电 的需求。片区微电网的主要作用在于 降低温室气体的排放；提供对用户多 种能源方式的供给；阻塞管理；延缓 电力网络的升级等。另外，片区微电 网能提供当地无功电压支撑和较高的 电能质量等辅助服务。
电网的分布式电源接入与管理
电网的分布式电源接入与管理随着能源需求的增加和环境问题的日益突出，分布式电源逐渐成为电力系统发展的重要方向。
本文将介绍电网的分布式电源接入与管理的相关问题，以及解决这些问题的方法和技术。
一、分布式电源接入的挑战与需求随着分布式能源的快速发展和普及，电网面临着一系列新的挑战。
首先，传统的电力系统设计并不适应分布式电源接入的特点，如电源容量小、分布广、波动性强等。
其次，分布式电源的接入需求与供电系统的管理存在矛盾，如供电质量的保障、功率平衡的维持、电压稳定性等。
因此，需要制定相应的管理策略和技术手段来解决这些问题。
二、分布式电源接入与管理的技术手段1. 接入技术分布式电源的接入技术主要包括并网逆变器和微电网两种形式。
并网逆变器是将分布式电源的直流电转换为交流电，并通过电网与主电网连接。
微电网则是在局部区域范围内实现电源的自治与互联，电力系统具有独立运行的能力。
这些接入技术可以提高分布式电源的利用率和供电可靠性。
2. 电力管理系统电力管理系统是实现分布式电源接入与管理的重要手段。
该系统通过实时监测和控制分布式电源的运行状态，优化分布式电源的调度和功率分配，确保供电的可靠性和稳定性。
同时，电力管理系统还可以监测电网运行状态，实时调整电网的负载和供电策略，以应对电力系统的各种异常情况。
3. 储能技术储能技术是解决分布式电源接入与管理中能量波动和频率稳定性等问题的重要手段。
通过将多余的电力存储起来，再根据需要进行释放，可以平衡电力系统的供需关系，提高供电的可靠性和稳定性。
目前，常见的储能技术包括电池储能、超级电容器和压缩空气储能等。
三、分布式电源接入与管理的发展方向为了进一步提升电网的可靠性和灵活性，未来的分布式电源接入与管理将朝着以下几个方向发展：1. 智能化管理随着人工智能和大数据技术的发展，电力管理系统将更加智能化和自动化。
通过引入先进的算法和模型，可以实现对分布式电源的智能识别和预测，优化电网的调度和运行策略，提高供电的效率和质量。
分布式电源基础知识介绍
(2)国内对分布式电源的研究
• 我国对分布式电源的研究虽然尚处在起步阶段， 但对电源系统本身的研究已经引起了相当程度的 重视。我国已开始在北京、上海等地兴建基于冷、 热、电联产的分布式电源，在西部和沿海兴建基 于可再生资源（太阳能、风能）的分布式电源。 这些电站大多还是属于示范性，规模不大，对与 电网运行安全有关的技术问题的研究还非常薄弱， 许多问题还有待于在进一步的工作中解决。
• 目前，分布式发电研究的热点之一是可再生能源 发电技术，其中风力发电、生物能发电属于比较 成熟的技术，而太阳能发电、地热及潮汐发电等 都属于新兴的发电技术。
2.主要分布式发电分类：
风力发电技术
风力发电通过风力发电机将风能转化为电能， 输出功率由风能决定,不需要消耗燃料。作为一
种清洁型能源，是目前最成熟、最具规模化开
发前景的新型发电方式。
微型燃气轮机 指功率为数百千瓦以下的以天然气、甲烷、汽
油和柴油为燃料的超小型燃气轮机，实用化和 商业化已经完成，应用前景十分广泛。
太阳能光伏 电池
光伏电池基于半导体受到太阳光照时的光伏效 应，将太阳光能转变成直流电能， 使用时根据 需要将组件串并联组成方阵。
燃料电池
在催化剂的作用下直接将燃料与空气氧化剂发 生化学反应，在生成水的同时进行发电。
微电网介绍
微电网介绍一、定义微电网（Micro-Grid）：由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。
微电网是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行也可以孤立运行。
微电网是相对传统大电网的一个概念，多个分布式电源及其相关负载按照一定的拓扑结构组成的网络，并通过静态开关关联至常规电网。
开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，是传统电网向智能电网过渡。
分布式能源(DER)：一般定义为包括分布式发电(DG)、储能装置(ES)和与公共电网相连的系统。
其中DG是指满足终端用户的特殊需求，接在用户侧的小型发电系统，主要有内燃机，微型燃气轮机、燃料电池、太阳能、风能等发电；二、微电网的结构三、微电网的架构微电网的体系结构一般采用国际上比较成熟的三层结构(许继的示范工程也是如此)：配电网调度层、微电网集中控制层、分布式电源和负荷就地控制层。
四、微电网的两种运行模式微电网存在两种典型的运行模式：正常情况下微电网与常规配电网并网运行，称为联网模式;当检测到电网故障或电能质量不满足要求时，微电网将及时与电网断开而独立运行，称为孤岛模式。
两者之间的切换必须平滑而快速。
微电网相对于外部大电网表现为单一的受控单元，并可同时满足用户对电能质量和供电安全等方面的要求。
微电网内部的电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必要的控制。
（1）并网运行：微电网与公用大电网相连，微网断路器闭合，与主网配电系统进行电能交换。
光伏系统并网发电。
储能系统可进行并网模式下的充电与放电操作。
并网运行时可通过控制装置转换到离网运行模式。
（2）离网运行：也称孤岛运行，是指在电网故障或计划需要时，与主网配电系统断开，由DG、储能装置和负荷构成的运行方式。
储能变流器PCS工作于离网运行模式为微网负荷继续供电，光伏系统因母线恢复供电而继续发电，储能系统通常只向负载供电。
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微电网中的分布式电源及其特性
摘要：本文讨论了分布式发电及微电网技术产生的背景，归纳了微电网中分布式电源的种类及特点，并分析了微电网中几种主要分布式电源的特性。
关键词：微电网分布式电源特性
0 引言
微电网本身结构具有复杂性和多样性的特点，由于开展研究的时间还不长，目前在理论和技术上还不够成熟，需要进一步开展研究。
本文探讨了微电网中分布式电源的种类及特性，对于微电网工程的分布式电源设备选型提供了依据。
1 分布式发电及微电网
数十年来，电力系统主要依靠大型发电厂及超高压长距离输电线路，集中向中心供电，以满足快速增长的电力需求。
这种方式需要较长的工程建设时间，耗资巨大，消耗大量的一次能源，并且影响生态环境。
另一方面，集中供电模式存在大停电的可能性，一旦发生会导致巨大的经济损失，近年来国内外的若干大停电事故证明了这一点。
因此，利用风力、太阳能等清洁能源发电的分布式发电（Distributed Generation, DG）技术开始受到重视。
分布式发电具有灵活、分散、小型、靠近用户和合理使用清洁能源的特点，能够减少输电损耗、提高一次能源的利用率以及减少废气排放，具有很好的应用前景。
然而，大量分布式发电并网有可能造成电力系统对其不可控制的局面，并引发相应的电能质量、电网安全稳定性等诸多问题。
为了解决电力系统与分布式发电间联网运行的相关问题，充分发挥分布式发电为电力系统用户所带来的技术经济效益，进一步提高电力运行的灵活性、可控性和经济性，以及更好地满足电力用户对电能质量和供电可靠性的更高要求，微电网（Microgrid, MG）的概念应运而生，并很快成为国内外工程研究领域的最新前沿课题之一。
与常规的分布式发电直接并网相比，微电网灵活、系统地将分布式电源与本地负荷组为一个整体，通过柔性控制可大大降低分布式电源并网运行对电力系统的影响。
将分布式电源以微电网形式接入到电网中并网运行，与局部电网互为支撑，可提高分布式电源的利用率，有助于电网灾变时向重要负荷持续供电，避免间歇式电源对周围用户电能质量的直接影响，有助于可再生能源的优化利用。
2 微电网中分布式电源的种类及特点
以往的分布式电源有用户紧急备用的小型柴油发电机、燃煤的自备电厂小发电机组等，由于技术性能差、效率低、影响环保，已逐渐被淘汰或取代。
随着科技的发展、设备性能的提高、环保意识的进步及能源政策的引导，分布式电源朝
着多样化、节能环保的方向发展。
目前在微电网中主要应用的分布式电源包括：风力发电系统、光伏发电系统、柴油发电机、微型燃气轮机等。
另外，燃料电池、生物质发电装置、地热发电装置等分布式电源在微电网中也有应用。
微电网中的分布式电源通常称为微电源。
微电源与传统大电网中的常规电源有很大的不同，主要有以下特点：
（1）微电源形式多样，主要包括风力发电、太阳能发电、微型燃气轮机、柴油发电机、燃料电池等。
随着科技的发展、设备性能的提高、环保意识的进步、能源政策的引导，微电源朝着多样化、节能环保的方向发展；
（2）微电源容量较小，通常为功率数千瓦至数兆瓦的小型模块式、与环境兼容的独立电源，就近布置在负荷附近；
（3）微电源一般通过电力电子装置接入微电网，具有即插即用的特点，这为微电网中多种分布式电源的协调控制提供了基础；
（4）微电源的稳态和暂态特性，不同于常规大型同步发电机。
微电网中主电源主要是微型燃气轮机、柴油发电机等分布式电源，无功电压支撑能力弱、转动惯量小。
电源通常还包括风力发电、光伏发电等不具备电压调节能力和转动惯量的电源。
微电网的频率和电压稳定控制难度大；
（5）大部分微电源是存在波动性、不完全可控电源，如风力发电、光伏发电。
这些电源受自然条件的限制，波动幅度和速度常常大于微电网中负荷的变化，对电网稳定性带来的扰动也常大于负荷波动带来的扰动。
3 微电网中主要分布式电源的特性
3.1 风力发电的特性
风力发电是目前技术最成熟、最适宜大规模开发的新能源利用形式，是微电网中分布式电源的重要类型。
由于风力发电系统对风能资源要求高，且风轮运行时对环境会带来视觉和听觉上的影响，风力发电机组通常应用于海岛型微电网和偏远地区孤网运行的微电网中。
在城市中，风力发电通常以风光互补路灯的形式出现在园区型微电网中。
风具有随机变化的特性，而风电机组的输出功率与风速的立方成正比，因此风力发电机组的输出功率通常随着风速大幅快速变化。
若将大量风电接入电网，将会对电网的电能和电网稳定性产生影响。
并网型风力发电对于电网稳定性的主要威胁一方面是风速的波动性和随机性引起风电出力随时间变化且难以准确预测，从而导致风力发电接入电力系统时存在安全隐患；另一方面是弱电网中风电注入功率过高引起的电压稳定性降低。
风力发电对电网电压的影响主要有稳态电压波动、电压闪变、谐波、电压不平衡、瞬态电压跌落或凹陷等。
3.2 光伏发电的特性
太阳能光伏发电是最具可持续发展特征的可再生能源发电技术之一，是微电网中最主要的新能源发电形式之一，通常以屋顶光伏或地面光伏的形式应用于微电网中。
太阳能电池组件的输出电流与电压之间呈非线性关系。
在一定的光照辐射强度和温度的条件下，伏安特性曲线上的任何一点都是工作点。
通常，不同的工作点对应的输出功率也不同，但总可以找到一个工作点，其工作电压和电流的乘积最大，此时太阳能电池的输出功率也最大，该点即是最大功率点。
在一定的光照辐射强度和温度条件下，太阳能电池所处的工作点取决于所带负载的电阻值，通过改变负载的电阻值便可以改变太阳能电池的工作点。
通常太阳能电池所标明的功率是指在标准工作条件下最大功率点所对应的功率。
标准状态指的是太阳能电池组件表面温度25℃，光谱分布AM1.5，辐射照度为1000W/m2的情况。
实际工作时，光伏阵列往往并不是在标准状态下，而且温度和光照辐照强度也在不断变化，所以光伏阵列能够达到额定输出功率的时候很少。
太阳能电池组件输出功率与太阳辐射强度及温度等自然条件有关。
太阳能电池的输出功率受光照强度的影响明显，光照辐射强度越大，输出功率也就越大。
太阳能电池组件输出功率呈现负的温度特性，即当温度升高时，虽然太阳能电池的工作电流有所增加，但工作电压却下降的更多，因此总的输出功率是下降的，所以应尽量使太阳能电池工作在较低的温度下。
太阳能电池的输出功率与日照、温度、负载的变化有关，即其输出特性具有非线性关系。
在一定光照强度和环境温度下，光伏电池可工作在不同的输出电压下，但只有在某一输出电压值下，光伏电池的输出功率才能达到最大值，这时光伏电池的工作点就达到了输出功率—电压曲线的最高点，即最大功率点。
3.3 柴油发电机的特性
柴油发电机组是以柴油等为燃料，以柴油机为原动机带动同步发电机发电的电源设备。
柴油发电是微电网中可以稳定运行的支撑电源。
柴油发电机具有以下特性：
（1）可以快速自起动和稳定运行；
（2）柴油发电机在接起动指令后一般可在几秒内自起动成功，10秒钟左右加至满载；
（3）柴油发电机组在带功率因数为0.8～1.0的负载，负载功率在0～100%内渐变时可达到：
静态电压调整率：0.5%；
稳态频率调整率：1%；
电压波动率：0.15%；
频率波动率：0.5%。
3.4 微型燃气轮机的特性
微型燃气轮机属内燃机，是以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的超小型汽轮机，具有体积小、质量轻、效率高、污染小、运行维护简单等特点，是目前最成熟、最具商业竞争力的分布式电源，也是微电网中主要的电源形式。
微型燃气轮机发电系统具有以下主要特性：
（1）微型燃气轮机以燃料作为一次能源，不受天气和环境的局限，是微电网中重要的电源支撑；
（2）微型燃气轮机调节性能优越，具有节能环保及可实现双模式运行等特点；
（3）微型燃气轮机并网时，总体电能质量较好。
4 结语
本文探讨了微电网中几种主要分布式电源的特性。
随着技术的不断进步，可以应用到微电网中的分布式电源种类正在不断增加。
比如在海岛上进行微电网建设，则可以将波浪能发电装置或小型抽水蓄能等较新型的分布式电源接入微电网。
参考文献
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