分布式能源智能微网技术与发展报告-国家能源局_

捕捉慢动态过程，<50Hz 较大步长，ms级 控制策略验证 稳定性分析等 软件包括PSS/E，BPA， DIgSILENT
关键技术4：微网仿真与实验系统（研究现状）
美
• Wisconsin大学实验室微网 • CERTS微网示范平台 • NREL微网实验室 • DETL微网测试中心 • DUIT • GE微网示范平台
不和常规电网相连接，利用自身的分布式能源满足微网内负荷的需求 。当网内存在可再生分布式能源时，常常需要配置储能系统以保持电源与 负荷间的功率平衡，并充分利用可再生能源。这类微网更加适合在海岛、 边远地区等地为用户供电。
汇报提纲
1、微网概念与分类 2、微网关键技术 3、独立型微网系统 4、联网型微网系统 5、面临挑战与前景展望
问题与挑战
微网能量管理系统： 通用性强，灵活、方便微网能量管 理系统。 挑战： 将微网对用户、电力部门及社会 的效益全面量化并最大化
关键技术4：微网仿真与实验系统
数字仿真
¾ 数字仿真所需投入较少 ¾ 可实现对原型系统快速仿真 ¾ 不受硬件条件限制 ¾ 可实现不同规模微网的仿真 ¾ 仿真结果可重复 ¾ 参数易调整 ¾ 可模拟各种极端工作条件
辅助设备
• • 静态开关 • 无功补偿装置 • 电能质量装置
二次设备
• 继电保护装置 • 各类传感器 • 各类通信设备
分 层 控 制 结 构
下层
汇报提纲
1、微网概念与分类 2、微网关键技术 3、独立型微网系统 4、联网型微网系统 5、面临挑战与前景展望
3.1 独立微网典型特征
示范系统：十几kW~数十MW
国
• Hachinohe微网 • Akagi微网示范工程 • Sendai微网示范工程 • Shimizu微网示范工程 • Tokyo gas微网
日
• Archi微网、Kyoto微网
本
欧
• 实验室微网：
盟
• 天津大学微网实验室
中
• 合肥工业大学微网实验室
国
NTUA，DeMotec，CESI，ARMINES， UMIST，LABEIN • 微网示范工程： Kythnos，Continuon，EDP，MVV， Bornholm
3.4 储能逆变器组网模式 —技术水平和经济性
技术水平
¾ 可并联的电压源逆变器是组网核心设备，国外做到了多台 逆变器并联运行，我国也实现了若干台250kVA逆变器并联； ¾ 我国已研制出150kW光伏-储能充电控制器（方案2） ¾ 微网能量管理系统还不成熟； ¾ … …

经济性
¾ 光伏、风电初投资成本较高（数千元/kW） ¾ 蓄电池储能要考虑更换周期及成本：铅酸、铁锂、钠硫、液流 ¾ 抽水蓄能要考虑上下游水库建设成本、抽水蓄能效率等
源自文库
2.1 微网关键技术
关键技术1：微网规划设计 关键技术2：微网保护与控制 关键技术3：运行优化与能量管理 关键技术4：微网仿真与实验系统 关键技术5：微网关键装备
关键技术1：微网规划设计(问题提出)
1、微网工程的建设需要充分的技术和经济分析。相对于传统电网，微网建设运行更 为复杂，需要考虑风/光/气、冷/热/电等不同形式能源的合理配置与科学调度，这使 得微网规划设计的不确定性和复杂度都大大增加。 2、微网面临着DG成本高、技术经验不足、标准缺乏、行政政策缺乏以及市场障碍等 一系列挑战，只有合理确定微网结构及容量配置，才能保证微网以较低的成本取得 最大的效益，进而达到示范、推广的目的。 3、联网型微网与独立型微网在优化目标上有时存在一定差异： ¾ 并网型 — 增大微网收益； ¾ 独立型 — 保证供电可靠性的前提下降低供电成本。
美国NREL 佐治亚理工学 院
关键技术1：微网规划设计（方法与挑战）
分布式电源容量配置 微网结构优化 微网接入位置优化 配电系统综合优化
冷/热/电负荷需要综合考虑 可再生能源间歇性与随机性 分布式能源的多样性 配电系统变为电力交换系统
微网的规划设计方法及工具大多还处于探索阶段。
技术挑战
稳定性 长期、可靠的孤网供电 安全性 基本问题 稳定组网
三种组网模式
¾ 同步发电机组网：燃油发电机、燃气发电机、小型水电机组等 ¾ 储能逆变器组网：储能+电压源逆变器，或含储能的光伏电站 ¾ 交替组网方案
3.3 同步发电机组网模式 —系统特点和技术水平
系统特点
¾ ¾ ¾ 同步发电机作为组网单元（调频、调峰） RE发电系统作为并网单元（频率、电压跟随） 储能按实际需求配置，例如改善电能质量、特定时间供电
微网优化运行 与能量管理 分散控制
关键技术3：运行优化与能量管理（研究现状）
集中调度
以经济性为目标微网运行优化 模型； 以环境效应为目标微网运行优 化模型 考虑多目标情形优化模型 类似； 通过代理之间的通讯和协调完成 系统的优化目标 需建立不同元件的代理模型
分散控制
目标函数约束条件与集中调度时
应当充分利用光伏、风电等较成熟的可再生发电技术，减少 燃料用量，降低发电成本。
3.4 储能逆变器组网模式 —系统特点
¾ 储能逆变器作为组网单元（调频、调峰） ¾ 其他发电单元作为并网单元（频率、电压跟随） ¾ 储能量满足数小时到数天负荷需求
方案1：储能+电压源逆变器 组网模式
方案2：光伏+储能+电压源逆变器 组网模式
利用各种分散存在的能源进行发电的系统: 用逆变器接口： PV，燃气轮机，蓄电池，飞轮，超级电容 等； 无逆变器接口： 小风机，柴油发电机，小水电机组等。 风能 生物质能 太阳能 海洋能
优点： ¾ 可利用丰富的清洁和可再生能源。 缺点： ¾ 一些可再生能源具有间歇性和随机性。
分布式 能源
天然气
其他
• 杭州电子科技大学微网实验室 • 佛山燃机微网示范项目 • 浙江电科院微网实验室
关键技术4：微网仿真与实验系统（方法与挑战）
¾
建模方面：

¾
电源和负荷类型多样

时间尺度范围跨度较大 程序应具有灵活方便的 用户自定义建模能力。
分布式能源的多样性、 间歇性和不可预见性； 不同电能质量负荷；

¾
仿真算法方面
丹麦伯恩霍姆岛、希腊基斯诺斯岛、浙江东福山岛、青海玉树、广东东澳岛等
典型特征
¾ 网络：没有大电网连接，电压等级不高，结构薄弱 ¾ 电源：能源“因地制宜”，可再生发电渗透率较高 ¾ 负荷：生产、生活用电为主，波动大，峰谷差、季节差大 ¾ 供电质量：电能质量要求不高，可以短时间停电
3.2 独立微网的组网模式
技术水平
¾ 同步发电机组网技术成熟 ¾ 不可控单元接入水平受限（常规并 网光伏、风电） ¾ 可控制单元不受限（可调度光伏、 风电、储能） ¾ 能量管理、负荷管理等正在研发
同步发电机组网模式
3.3 同步发电机组网模式 —经济性
¾ 燃油、燃气发电机及小水电初投资成本低（数十~数百元/kW） ¾ 燃油、燃气发电运行成本高（我国南方海岛≥ 2元/kWh，青藏 ≥4元/kWh），并且燃料价格仍会持续上涨 ¾ 小水电发电成本不高，需解决枯水期供电不足或停运问题 ¾ 组网同步发电机必须长期运行，存在弃光、弃风的效益损失

¾ ¾ ¾
灵活的结构和运行模式 继电保护需求 微网综合自动化系统
多速率仿真算法 电磁-机电混合仿真 数字-物理混合仿真方法
微网数字仿真
微网实验系统
关键技术5： 微网关键装备
配电网管理调度系统
微网中心控制器（或微网能量管理系统）
上层 中间层
发电设备
• • 风力发电机组 • 并网光伏系统 • 储能系统 • 冷热电联供系统 • 燃料电池系统
多分布式电源的协调控制 功率波动下的稳定性控制 模式切换下的稳定性控制 微网内外的电能质量控制
微网保护与控制一体化解决方案
关键技术3：微网运行优化与能量管理
问题提出 集中调度
能量的不确定性和时 变性强，决定了微网 系统的能量管理与分 布式电源优化调度方 法与大电网的优化调 度将会有很大不同。
¾ 控制方面
底层分布式电源控制策略： Vf控制，PQ控制，Droop控制
研究关注：
在传统配网保护受影响最小情 况下，应对微网系统的接入。
上层控制模式： 主从控制，对等控制，分层
方案研究：
系统级保护和单元级保护
多代理控制
关键技术2：微网保护与控制（方法与挑战）
分布式电源使故障定位困难 孤岛检测技术成为研究热点 遵循微网保护的系统性原则
3.5 系统组成与配置原则 —典型组成
海岛地区：
¾ 风/光/柴/蓄：充分利用风能和太阳能资源 ¾ 风/光/柴/生物质/蓄：利用渔业副产品、垃圾等生物质发电 ¾ 风/光/气/生物质/蓄：利用天然气替代柴油机组，降低发电成本
边远地区：
¾ 水/光/柴/蓄：边远地区原有小水电与光伏的综合利用 ¾ 风/光/柴/蓄：风能、光伏以及其他可再生发电的综合利用 ¾ 光/柴/蓄：无电地区独立光伏电站升级改造，适应将来电网接入
分布式能源智能微网 技术与发展报告
能源局微网工作组
2012 年 6 月
汇报提纲
1、微网概念与分类 2、微网关键技术 3、独立型微网系统 4、联网型微网系统 5、面临挑战与前景展望
汇报提纲
1、微网概念与分类 2、微网关键技术 3、独立型微网系统 4、联网型微网系统 5、面临挑战与前景展望
1.1 分布式发电系统
实验系统
¾ 为仿真模型与参数提供验证 实验平台 ¾ 发现微网实际运行中真实存 在的问题，为更深入的研究 创造条件 ¾ 微网的运行、控制、保护、 能量管理及相关技术理论的 实现载体
关键技术4：微网仿真与实验系统（研究现状）
数字仿真领域

捕捉快动态过程,MHz-50Hz 较小步长，us级 暂态过电压、谐波分析 短路电流详细计算 软件包括EMTP，EMTP-RV 、PSCAD、MicroTran
1.3 微网分类
具有并网和独立两种运行模式。在并网工作模式下，一般与中、低压 配电网并网运行，互为支撑，实现能量的双向交换。在外部电网故障情况 下，可转为独立运行模式，继续为微网内重要负荷供电，提高重要负荷的 供电可靠性。通过采取先进的控制策略和控制手段，可保证微网高电能质 量供电，也可以实现两种运行模式的无缝切换。
为了更好的指导微网工程项目建设，必须综合考虑技术、经济、环保等 多个方面，合理规划微网，实现效益最大化的目标。
关键技术1：微网规划设计（常用软件）
规划软件
DER-CAM
适用范围
尤其适合含冷/热/电联供系统的微网容量优化。只考虑 并网运行，无法体现微网孤岛运行对可靠性提高的作用 能够对多种可再生能源、发电技术进行建模仿真，能够 对并网型和独立型微网系统进行建模仿真 H2RES模型适合提高海岛、偏远山区等独立型系统或与电
1.2 微网概念
分布式发电特性：
¾ 电压调节 ¾ 保护协调 ¾ 能量优化
¾ 不可调度（可再生能源） ¾ 功率波动（电源间歇性） ¾ 需要备用（不提供备用）
微网：是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关 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供能系统，是一个能 够实现自我控制、保护和管理的自治系统。
开发单位
美国伯克利实 验室 美国NREL
HOMER
H2RES
网连接比较脆弱的并网型系统的可再生能源渗透率及利 用率
克罗地亚萨格 勒布大学
HYBRID2
能够对风/光/柴/蓄混合发电系统进行技术、经济分析， 可用于并网、孤岛混合发电系统的工程级仿真 具有较强的微网建模、仿真、分析能力，但不具备微网 规划优化功能
关键技术2：微网保护与控制
DG
DG
DG
DG
控制必须保证各状态间的平滑过渡； 必须保证微网并网与独立运行状态的电能质量要求； 保护需考虑分布式电源的暂态响应特殊性； 微网保护与配网保护相协调
关键技术2：微网保护与控制（研究现状）
¾ 保护方面
考虑内容：
微网并网运行时外部电网故障 、微网内部故障；微网独立运 行时微网内部故障
供电可靠率 考虑包括负荷预测、发电预测、市场信息、设备故障等
不确定性因素对微网优化结果影响。
关键技术3：运行优化与能量管理（问题与挑战）
分布式电源和负荷功率预测技术： 间歇式能源短、中期输出预测； 冷、热、电多类型负荷预测； 功率型和能量型储能装置荷电状态 （SOC）估算 微网能量管理方法： 含多种分布式电源、融合辅助服务与 需求侧响应的能量优化管理方法； 多种类型储能装置（电储能和冷热储 能等）的运行调度策略