国内外微电网典型示范工程

国内外微电网典型示范工程1.美国美国自上世纪90年代以来发生了几次较大的停电事故，使其电力行业十分关注电能质量和供电可靠性。因此美国对微电网的研究重点主要集中在满足多种电能质量的要求、提高供电的可靠性、降低成本和实现智能化等方面。美国的分布式发电与微电网技术研究主要由电力可靠性技术解决方案协会(CERTS)、制造商(以GE为代表)、高等院校等进行。CERTS最早提出了颇具权威性的微电网概念：微电网是一种由负荷和微电源共同组成的系统。它可同时提供电能和热量。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。微电网相对于主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方面的需求。在美国政府机构、电力公司、大型企业的资助下，以CERTS为首的美国各科研机构建立了一系列的微电网实验平台和试点工程。1)威斯康辛麦迪逊分校微电网示范工程ACDC直流稳压电源ACDC直流稳压电源配电网480V75kVA静态开关208V480/208L1:7.6kWL2:7.6kWL3:7.6kWL4:7.6kWL5:7.6kW45kVA45kVA图XXX威斯康辛麦迪逊分校微电网示范工程结构如图XXX所示,威斯康星大学麦迪逊分校微电网示范工程搭建的微电网中有两台位置对等的直流稳压电源,稳压电源经逆变器输出,输出经电抗器和变压器连接到微电网公共母线上。公共母线上连接大小相等的5个纯阻性负荷，并通过静态开关与480V配电网连接。本示范工程主要用来研究本地下垂控制策略，微电网暂态电压，微电网频率调整和微电网联网和孤岛模式之间的无缝切换。2)CERTS微电网示范工程ACDC蓄电池配电网13.8kV95kW电阻负荷ACDC燃气轮机60kWACDC蓄电池ACDC燃气轮机60kWM电动机20kW95kW电阻负荷ACDC蓄电池ACDC95kW电阻负荷95kW电阻负荷远程监控系统馈线A馈线B馈线C燃气轮机60kW480V60Hz75kVA公共母线静态开关图XXXCERTS微电网示范工程结构图如图XXX所示,CERTS微电网示范工程中分布式电源为60kW微型燃气轮机,微型燃气轮机经整流后既经逆变器给负荷供电，也可以给直接给蓄电池充电。馈线B和馈线C经公共母线连接形成微电网，微电网经静态开关接入配电网。配电网直接给馈线C负荷供电，经静态开关与微电网连接。正常情况下，静态开关闭合，微型燃气轮机不发电，配电网给微电网内负荷供电，并给蓄电池充电。当配电网发生异常时，静态开关打开，形成微电网孤岛，微型燃气轮机给孤岛内负荷供电，同时，当微电网总负荷超过微型燃气轮机发电总和时，蓄电池经逆变器放电给负荷供电，维持孤岛稳定运行。综上，微电网内负荷的供电可靠性得到了大大的提升。本工程示范目的包括联网和孤岛模式之间的自动无缝切换；不依赖于高故障电流微网保护；无需高速通信实现孤岛条件下的电压和频率稳定。3)分布式能源技术实验室（DETL）微电网示范工程燃气轮机配电网PV500kVA12470/400V480V模拟电网90kVA上层调度管理系统L1:55kW+j55kVarACDC燃料电池ACDCACACL2:150kW+j255kVar图XXX分布式能源技术实验室微电网示范工程结构图如图XXX所示，分布式能源技术实验室微电网示范工程中，分布式电源包括燃气轮机、光伏电池和燃料电池，燃气轮机经AC/AC变换输出给负荷供电，光伏电池和燃料电池经逆变器输出给负荷供电。微电网在上层管理系统的控制下与配电网连接或断开，所有分布式电源和负荷也通过上层调度管理系统管理。通过上层调度管理系统，本示范项目可分析分布式电源利用效率，监测分布式电源输出功率的变化和负荷变化对微网稳态运行的影响。4)国家可再生能源实验室微电网示范工程配电网PV模拟电网200kWL1:165kW+j404kVarACDCACAC上层调度管理系统L2:165kW+j404kVar柴油机40,80,125kW燃气轮机30kW600V直流母线蓄电池10kWACAC风机100kW公共母线1段公共母线2段联络开关图XXX国家可再生能源实验室微电网示范工程结构图如图XXX所示，国家可再生能源实验室微电网示范工程中，分布式电源包括了柴油机、微型燃气轮机、小型风机、光伏电池和蓄电池。柴油机直接给负荷供电，微型燃气轮机和小型风机经AC/AC变换接入微电网给负荷供电，光伏电池与蓄电池共同连接在直流母线上，并经过逆变器接入微电网。上层调度管理系统控制根据系统运行状态，控制微电网联网和孤岛的切换，并控制微电网内所有的分布式电源的投切。另外，上层调度管理系统根据系统运行状况控制联络开关的开闭，因此，既可以把微电网划分成两个部分，也可以把两个部分连接，形成一个电网。本示范项目示范目的包括允许多独立系统同时运行，分布式发电系统可靠性测试和分布式发电及微网运行导则制定。5)分布式电源集成测试示范工程蓄电池ACDC燃气轮机30kWPV配电网21kV模拟光伏115kW240V/21kV100kVA电阻25kW电感75kVar电容75kVarACDCPV模拟光伏115kW240V/21kV25kVA电阻25kW电感75kVar电容75kVarACDCPV模拟光伏115kW240V/21kV100kVA电阻25kW电感75kVar电容75kVarACDCPV模拟光伏50kWACDCPV模拟光伏50kWACAC240V/480V240V/480V240V/21kV225kVA燃气轮机30kWACAC240V/21kV112.5kVAACDCACDC240V/21kV112.5kVA锌镍液流电池柴油机300kW电动机100kWM电阻25kW电感75kVar电容75kVar480V/21kV300kVA静态开关300kW300kW1MW图XXX分布式电源集成测试示范工程结构图如图XXX所示，分布式电源集成测试示范工程中，模拟光伏电池板和蓄电池经逆变器接入21kV微电网系统，燃气轮机经AC/AC变换后接入，柴油机直接接入。微电网经静态开关与配电网连接。微电网中共有5组模拟光伏电池板，其中三组额定发电功率为115kW,另外两组额定发电功率为50kW。蓄电池容量300kW，锌镍液流电池容量为1MW，柴油机300kW。当多个分布式电源同时接入配电网时，可以研究高渗透分布式电源对配电网的影响。本示范工程的示范目的还包括微电网的电压和频率调整、电能质量的检测与分析和微电网继电保护。6)狂河市微电网示范工程丙烷柴油机90kW10kWACDC燃料电池ACDCDCACPV丙烷柴油机90kW20-60kW生物柴油机100kWACDC燃料电池ACAC燃气轮机30kW上层调度管理系统10-150kW生物柴油机100kW10kVA10kVA10kVA750kVA250kVA配电网PV图XXX狂河市微电网示范工程结构图如图XXX所示，狂河市微电网示范工程中，分布式电源包括：两台100kW生物柴油机、两台90kW丙烷柴油机（丙烷-柴油混合燃料发电机，下文均简称丙烷柴油机）、一台30kW燃气轮机、两组燃料电池和一组光伏电池，并将陆续接入风机和飞轮。生物柴油机和丙烷柴油机直接接入微电网给负荷供电，燃气轮机经AC/AC变换后接入微电网，燃料电池和光伏电池经逆变器接入微电网。微电网经静态开关与配电网连接。上层调度管理系统统一控制微电网中所有分布式电源和负荷，同时控制微电网联网与孤岛运行两种状态的切换。该工程示范目的包括：建立微网经济模型；特定地点建设微网可行性；加快微网技术和制度上的认知度；含分布式电源配电网规划；微网的上层监控。2.加拿大加拿大幅员辽阔，人口密度小，长距离输电困难，希望能通过发展分布式发电和微电网技术解决以上问题。从历史上看，加拿大的能源政策一直强调大型集中式发电和远距离、高电压传输，如大力发展大型水电，大型煤电，大型天然气发电和核电。过分依赖大型，高污染，高消耗的发电和输电系统已经不再受加拿大人的青睐。作为一种发输电的新思路，越来越多的集中式发电正在被分布式电源补充或替代。分布式电源的市场份额正在逐步增长，并没有减缓的迹象。在加拿大政府机构、电力公司、大型企业的资助下，各科研机构建立了一系列的微电网实验平台和试点工程。1)Nemiah岛式电网光伏改造示范工程阻性负荷16.8kW600V办公区三台柴油发电机600V600V600VPV600V/14.4kVACDCPVACDCPVACDCPVACDC屋顶光伏，共27.2kW图XXXNemiah岛式电网光伏改造示范工程结构图如图XXX所示，Nemiah岛式电网光伏改造示范工程中，共有4组屋顶光伏电池，它们分别给负荷供电，在光伏电池供电不足的情况下，柴油机启动，共同为岛内负荷供电。改造目的：加拿大幅员辽阔，岛屿众多，其北部存在几百个柴油机为主的岛式电网，消耗昂贵的燃油。加入分布式电源，开发分布式电源容量优化软件，并对微网进行上层调度管理，使微网运行达到经济最优。2)Ramea岛式电网光伏改造示范工程负荷4200MWh/年三台柴油机92.5kW92.5kW92.5kW阻性负荷200kWACAC风机ACAC风机ACAC风机风电场390kW图XXXRamea岛式电网风机改造示范工程结构图如图XXX所示，Ramea岛式电网风机改造示范工程中，共有3台风机，总容量为390kW,它们经AC/AC变换给负荷供电，在风机供电不足的情况下，柴油机启动，共同为岛内负荷供电。改造目的：加拿大幅员辽阔，岛屿众多，其北部存在几百个柴油机为主的岛式电网，消耗昂贵的燃油。加入分布式电源，开发分布式电源容量优化软件，并对微网进行上层调度管理，使微网运行达到经济最优。3)HydroQuebec微电网示范工程燃气轮机31MW配电网120kV13.8/120kV120/25kV7MW4MW4MW图XXXHydroQuebec微电网示范工程结构图如图XXX所示，HydroQuebec微电网示范工程中，分布式电源是燃气轮机。孤岛运行状态下，燃气轮机给负荷供电，并网条件下，燃气轮机根据调度需要并网发电。研究目的：实现有计划孤岛运行，研究孤岛运行对供电可靠性的影响；对紧急停电状况下孤岛运行稳定性、电压和频率波动及其经济效益进行分析。4)HydroBostonBar微电网示范工程配电网69kV120/25kV3MW两台水轮机4.32MW4.32MW上层调度管理系统25/4.16kVBostonBar图XXXHydroBostonBar微电网示范工程结构图如图XXX所示，HydroBostonBar微电网示范工程中，分布式电源是两台水轮发电机，其输出直接给负荷供电。在上层调度管理系统的统一调度管理下，微电网可联网和孤岛运行。联网时，微电网内负荷由配电网供电，孤岛运行状态下，微电网内负荷由两台水轮发电机供电。本示范工程的示范目的包括开发针对微电网的上层调度管理系统，实现微电网有计划孤岛运行，研究孤岛运行对供电可靠性的影响，对紧急停电状况下孤岛运行稳定性、电压和频率波动及其经济效益进行分析。5)加拿大Utility微电网示范工程250kV临时线路ACACACAC风机风机水轮机3MW25/69kV25/69kV1.26MW2.52MW配电网69kV图XXX加拿大Utility微电网示范工程结构图如图XXX所示，加拿大Utility微电网示范工程中，分布式电源包括风机和水轮机。风机经AC/AC变换给负荷供电，水轮机直接接入给负荷供电，微电网经静态开关与配电网连接。本工程示范目的包括：实现微电网联网和孤岛模式之间的无缝切换；分析分布式电源大量渗入对微电网电压和频率调整的影响；通过对实时采集的发电量和负荷数据进行分析，研究季节变化对微网运行的影响。