直流微电网

直流微电网目录2.国内外直流微电网发展3.直流微电网的关键技术4.直流微电网的前景展望1.直流微电网的含义1直流微电网的含义定义：直流微电网是以直流配电的形式，通过直流母线很好地将各分布式电源融合起来并加以协调控制，同时又能将直流电直接输送给对电能质量要求高的直流负荷。①交流型微电网②直流型微电网③交直混合型微电网按配电方式划分为1直流微电网的含义图1.1交流型微电网交流母线PCC并网和孤岛模式切换1直流微电网的含义图1.2直流型微电网直流母线PCC1直流微电网的含义图1.3交直混合型微电网直流母线交流母线PCC1直流微电网的含义直流微电网交流微电网虽然交流微电网是微电网的主要形式，但其不足之处逐渐凸显，如电能转换环节多、网络损耗大、电网运行控制复杂，这些都与用户期望的高效、可靠和高电能质量的供电服务存在矛盾。与交流电网相比，其主要优势体现在：分布式电源与直流母线的链接形式更简便、易于实现分布式电源间的协调控制、线路成本和损耗低、没有无功功率平衡和稳定问题，电网运行可靠性更高。发展国内外直流微电网发展美国日本欧洲中国直流微电网发展现状示范工程研究机构2目前国内外在直流微电网领域的相关技术研究和实验系统、示范工程已经逐步开展。美国直流微电网发展2.1微电网的概念最早是在2002年由美国电力可靠性技术解决方案学会（CERTS）提出的。机构名称橡树岭国家实验室（ORNL）圣地亚哥国家实验室（SDNL）西北太平洋国家实验室（PNNL）劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）电力系统工程研究中心（PSERC）内容研究故障检测与保护技术储能技术经济性能控制技术自主研发了基于电网健康实时监测的GridEye技术，实现对美国三大主电网互联及不同能源品种发电状态的广域可视化监测GridEye技术，实现对美国三大主电网互联及不同能源品种发电状态的广域可视化监测自主研发了一种微电网设计方法。主电网发生停电时，微电网与主电网断开，但是微电网中可再生电源可持续发电且不会产生安全危害。研究工作包括两方面：①电网可再生能源储存能力分析；②储能电池的材料研究。采用金属氧化物和石墨烯优化电池材料，研究更具经济效益的钒氧化还原电池。建立分布式电源用户应用模型（DER-CAM），实现现场发电和热电联产系统运行成本最低的模型，适用于微电网。DER-CAM），实现现场发电和热电联产系统运行成本最低的模型，适用于微电网。主要研究微电网组件的控制与设计，优化微电网各组件对等与即插即用运行模式的自主控制。此外，可重构的微电网测试系统研究也是其研究重点之一。表2.1.1CERTS组成美国直流微电网发展2.1美国也是最早提出直流微电网的概念，而且对直流微电网的研究起步也比较早。2007美国弗吉尼亚理工大学CPES中心提出了“SustainableBuildingInitiative(SBI)”研究计划，主要为未来住宅和楼宇提供电力2008美国EMergeAlliance公司开始在美国推广直流微电网，来改善建筑和内部设备的供电方式。2010CPES中心将SBI发展为系统直流母线采用DC380V和DC48V两种电压等级的SBN(SustainableBuildingandNanogrids)。2011美国北卡罗来纳大学提出了“TheFutureRenewableElectricEnergyDeliveryandManagement(FREEDM)”系统结构，以直流供电为基础用于构建未来自动灵活的可再生能源传输和管理网络。2014美国EMergeAlliance公司与当地组织合作，开始向东南亚推广直流微电网。日本直流微电网发展2.2日本在国内能源日益紧缺、负荷日益增长的背景下、也展开了微电网研究、但其发展目标主要定位于能源供给多样化、减少污染、满足用户的个性化电力需求。日本政府专门成立了新能源与工业技术发展组织（NEDO）来较好利用新能源，它负责统一协调国内高校、企业与国家重点实验室对新能源及其应用的研究。2003年，NEDO与日本经济、贸易和工业部共同着手于可再生能源和本地配电网之间互联的3个微电网测试平台。微电网项目选址在八户、青森、爱知和京都四地，主要的成果是开发了最佳的运行和控制系统。日本直流微电网发展2.2日本对直流微电网的研究主要集中于家庭领域。200420062008日本东京工业大学、大阪大学等机构提出了一种双极结构的直流微电网配电系统构想，并实现了一套10kW直流配电系统样机。日本开始了对直流生态住宅的研究，夏普公司在日本电子展中两次展示“直流生态住宅”技术和产品。日本经济产业省宣布开展制定直流生态住宅（DCeco-house）补贴政策的政策咨询，正式启动了DCeco-house开发项目。欧洲直流微电网发展2.3●自2008年以来，欧盟开展一项名为UNIFLEX(UniversalandFlexiblePowerManagement)的研究项目，研究通过新型功率变换技术适应未来有大量分布式电源接入的欧洲电网的功率流动管理。●2012年，由德国、荷兰等国的高效和企业联合开展一项为期3年的名为“DCComponentsandGrid”(DCC+G)的研究项目，旨在通过高效的半导体和电力电子技术，设计和发展380V直流配用电系统的高能效建筑。中国直流微电网发展2.42013●由深圳供电局承担的国家863项目“基于柔性直流的智能配电关键技术研究与应用”正式启动，研究重点集中在以直流微电网为核心的低压直流配电网方面。●中丹联合研究国家政府间国际科技合作专项《智能直流微电网设计与实证》第一次中丹双方技术交流会在北京召开。该项目中方由中国电科院、华北电力大学和丹方团队奥尔堡大学组成，旨在推动智能直流微电网技术在未来住宅和工业园区等方面的发展和应用。●厦门大学建立全国首个光伏发电/直流微电网珠海东澳岛微电网项目。●广东电网已成功完成我国首例直流微网系统测试，这次测试填补了行业内相关领域的空白，为微网技术标准制定提供了可靠数据和实践依据。2015●由浙江省电力公司承担的国家863项目“高密度分布式能源接入交直流混合微电网关键技术”正式启动，项目主要围绕高密度分布式可再生能源接入，重点攻克交直流混合微电网系统的网架配置优化、稳定控制等理论与技术难点。●国家863课题项目--绍兴上虞交直流混合微电网示范工程完成可研评审。该项目研究在国网公司系统内属先例，其难点在于交直流混合系统的优化协调运行、大型电力电子变压器研发以及微电网高级能量管理技术。2014直流微电网示范工程2.5直流微网示范工程国家研究内容BostonBarIPP加拿大通过69/25kV变电站供电，通过60km的69kV线路连接到BCHydro高压系统。当地电力供应BostonBar有两台3.45MW水力发电机，峰荷为3.0MWCERTS试验基地美国480V系统，包括3个60kWMT，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个部分的动态特性。MadRiver公园美国6个商业和工业厂区，12个居民区，280kW、100kW发电机，30kWMT，PV。接入7.2kW配网。既可孤网运行，也可联网运行。Hachinohe计划（八户）日本污水处理厂配有3个170kW燃气轮机，50kWPV,发出电力通过5km的配线输送到学校及市政办公楼，控制性能能过满足6min内供需不平衡控制在3%以内Manheim德国包含6台光伏发电单元，共40kW，将对基于代理器的分散控制进行测试，并进行社会、经济效益评估直流微电网示范工程2.3CESIRCERCA试验公司意大利具有PV,MT、柴油机、MCFC等微电源，并配有蓄电池、飞轮等储能方式，可组成不同的拓扑结构，进行稳态、暂态运行过程测试和电能质量分析。LABEN微网中心西班牙单相PV，2.18MJ超级电容，1120Ah和1925Ah蓄电池储能；55kW和150kW电阻负荷，2个36kVA电感负荷。用于测试联网运行时集中和分散控制策略及电力市场中的能量交易。Kythnos孤网希腊提供12户岛上居民用电，400V配网，包含6台光伏发电单元，共11kW，1座5kW柴油机，1台3.3kW/50kWh蓄电池/逆变器系统。通过微网运行控制以提高系统满足峰荷能力和改善可靠性。EDP微型电力公司葡萄牙链接到400V低压网络的天然气站电网，具有80kWMT，多余电力可送往10kV中压网，或提供当地低压农村电网，可以联网与孤岛运行。MV/LV电力公司荷兰共4条380V馈线，以光伏发电为主，共装335kW光伏发电单元。可以联网与孤网运行，主要用于含有储能系统的微网孤网运行性能的测试。厦门大学光伏建筑一体化直流微网中国提出了别具一格的直流微电网系统构架，该系统主要包含AC/DC整流、太阳能控制器及储能单元，电动车充电单元，系统监控单元和能耗测量单元，系统配电、检测及保护单元，以及其他直流应用单元直流微电网示范工程2.3昆明云电科技园直流微电网中国共两根电压等级为600V的直流母线，通过直流变换设备与微网内DC、储能装置、直流负荷等连接起来，实现能量的传递与交换。母线上方为50kW逆变器，通过它将直流母线与外部380V交流电网相连，实现直流微电网与外部电网的互联。母线下方一次通过不同的DC/DC变换装置连接蓄电池、光伏发电装置和直流负荷海装风电直流母线智能孤岛微电网中国首个采用集中直流母线的智能孤岛型微电网项目，主要配备3台200kW变桨距风电机组和光伏发电，组成总容量为1MW的发电单元，并辅以“储能系统、能量调度和管理系统、智能监控系统、安全系统”等广东电网直流微网中国首例针对直流微网系统的测试，此次测试填补了行业内相关领域的空白，为微网技术标准制定提供了可靠的数据和实践依据浙江舟山东福山岛中国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7台单机容量30kW的风力发电机组、100kWp的光伏发电系统及一套50t/d海水淡化系统，总装机容量300kW，并装设有蓄电池组进行调节，是国内最大的离网型综合微电网系统。工程提出了交直流混合微网，综合考虑最大化利用可再生能源减少柴油发电，同时兼顾蓄电池使用特性最大化延长使用寿命的运行策略。3直流微电网的关键技术母线结构运行控制保护技术3.1母线结构母线结构单母线结构双层式母线结构双母线结构冗余式母线结构3.1.1单母线结构(a)(b)图3.1.1单母线结构单母线结构：是指直流微电网中仅有1个直流母线电压等级。特点：①形式简单②组网较容易③容易与现有的交流设备兼容。④由于直流用电设备的电压规格不同，需要设备电源适配器，即直流电压降压器（DC/DC）。经转换为较低电压等级后再为其供电。3.1.2双层式母线结构(a)(b)图3.1.2双层式母线结构双层式母线结构：是指直流微电网中含有2个直流母线电压等级。用变换器将高压直流母线电压转换为较低电压。特点：①可以提高低压设备供电的安全性②减小电源适配器的体积③相比单母线结构适用于用电设备电压等级相对单一的场合，对于具有多种电压等级用电设备的情况，双层式母线结构更为合适。3.1.3双母线结构(a)(b)图3.1.3双母线结构双母线结构：是指直流微电网采用双极性的供电制式，相应的直流母线有正、负2条线。特点：可根据负荷端对供电电压的不同需求灵活供电，既可取单极与大地之间的电压，又可取正负极之间的电压，能够实现较高的电力输送3.1.4冗余式母线结构(a)(b)图3.1.3冗余式母线结构双母线结构：是指为保证供电可靠性，采用多条母线结构，通常为2条，其中1条母线带电，另外1条母线为备用。特点：①适用于高电能质量要求的配电区域，如商业建筑、飞机、船舶等直流供电系统。②当1条母线发生故障或检修时，可保证用电设备的不间断供电。风能直流负荷电动汽车光伏DC/DCDC/DCDC/DCDC/DC直流母线（备用）交流负荷AC/DC直流母线（带电）开关3.2运行控制直流微电网物理层双向DC/AC变流器交