第二章微电网的总体结构

添加文本添加标题目录微电网基本结构电网接线方式简介微电网系统结构微电网体系结构微电网的元件一、电网接线方式简介是由发电、输电、变电、配电和用电等附属环节组成的电能生产、传输、分配和消费的系统。1.电力系统概念一、电网接线方式简介由输电、变电、配电设备及相应的辅助系统组成的联合发电与用电的统一整体称为电力网。电网是电源和用户之间的纽带，其主要功能是把电能安全、优质、经济地送到用户。2.电力网（简称电网）概念一、电网接线方式简介电网接线主要描述系统发电厂、变电站、开关站之间线路的连接方式。电网接线图分为地理接线图和电气接线图。地理接线图是按比例表示电力系统各发电厂和变电所的相对地理位置及各电力线路的路径的接线图。电气接线图是表示电力系统各元件间（发电机、变压器、负荷等）的电气联系的电路图，一般用单线图表示。3.电网接线图分类地理接线图电网接线图主网虎岗潭东嘉定金堂百乐赣州埠头渡口瑞金龙岗瑞金电厂燕丰电网结构情况东部电网形成220kV埠头、渡口、瑞金三个供区中、西部电网形成220kV虎岗、潭东、燕丰、龙岗四个供区南部电网形成220kV嘉定、金堂、百乐三个供区一、电网接线方式简介电网的接线方式对于保证安全、优质和经济地向用户供电具有非常重要的作用。4.电网接线方式分类按供电可靠性021无备用接线方式2有备用接线方式一、电网接线方式简介5.无备用接线负荷只能从一个电源获得电能――开式接线。单回路放射式、干线式和链式就属于这类。放射式干线式链式一、电网接线方式简介6.有备用接线负荷可以从两个或两个以上电源获得电能――闭式接线。它包括了双回路的放射式、干线式、链式以及环式和两端供电网络。放射式干线式链式环式两端供电网络微电源储能系统控制装置负荷微电网微电网（Micro-Grid）是一种新型网络结构二、微电网总体结构•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，是指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的过渡。微电网1、微电网总体结构32图中包含了多个DG(DistributedGeneration)和储能元件，这些系统和元件联合向负荷供电，整个微电网相对大电网来说是一个整体，通过一个断路器和上级电网的变电站相连接。微电网1、微电网的总体结构图中包括3条馈线A,B和C及1条负荷母线，网络整体呈辐射状结构。馈线通过主分隔装置(通常是一个静态开关)与配电系统相连，可实现孤网与并网运行模式间的平滑切换。该开关点即PCC(公共连接点）所在的位置，一般选择为配电变压器的原边侧或主网与微电网的分离点。IEEEP1547标准草案规定:在PCC处，微电网的各项技术指标必须满足预定的规范。负荷端的馈线电压通常是480V或更低。图中展示了光伏发电、微型燃气轮机和燃料电池等微电源形式，其中一些接在热力用户附近，为当地提供热源。微电网中配置能量管理器和潮流控制器，前者可实现对整个微电网的综合分析控制，而后者可实现对微电源的就地控制。当负荷变化时，潮流控制器根据本地频率和电压信息进行潮流调节，当地微电源相应增加或减少其功率输出以保持功率平衡。微电网图中还示范了针对3类具有不同供电质量要求的负荷的个性化微电源供电方案。对于连接在馈线A上的敏感负荷，采用光伏电池供电;对于连接在馈线B上的可调节负荷，采用燃料电池和微型燃气轮机混合供电;对于连接在馈线C上的可中断负荷，没有设置专门的微电源，而直接由配电网供电。这样，对于敏感负荷和可调节负荷都是采用双源供电模式，外部配电网故障时，馈线A,B上的静态开关会快速动作使重要负荷与故障隔离且不间断向其正常供电，而对于馈线C上的可中断负荷，系统则会根据网络功率平衡的需求，在必要时将其切除。1、微电网的总体结构在微电网的这种结构下，多个DG局部就地向重要负荷提供电能和电压支撑，这在很大程度上减少了直接从大电网买电和电力线传输的负担，并可增强重要负荷抵御来自主网故障影响的能力。在大电网发生故障或其电能质量不符合系统标准的情况下，微电网可以孤网模式独立运行，保证微电网自身和大电网的正常运行，从而提高供电可靠性和安全性。•孤网运行是微电网最重要的能力，实现这一性能的关键在于微电网与大电网之间的电力电子接口处的控制环节——静态开关。该静态开关允许在接口处灵活可控地接收或输送电能。•微电网对外呈现一个整体，通过一个公共连接点（PointofCommonCoupling,PCC）与电网相连.2、微电网系统结构1分布式发电（DG）DG可以是以新能源为主的多种能源形式，如光伏发电、风力发电、燃料电池等，也可以是以热电联产（CombinedHeatandPower,CHP）或冷热电联产（CombinedCooling、HeatandPower,CCHP）形式存在，就地向用户提供热能，提高DG利用效率和灵活性。2负荷包括各种一般负荷和重要负荷。3储能装置储能装置可采用各种储能方式，包括物理储能、化学储能、电磁储能等，用于新能源发电的能量存储、负荷的削峰填谷、微电网的“黑启动”黑启动•微电网黑启动，就是指在整个微电网因外部或内部故障停运进入全黑状态后，不依靠大电网或其他微电网的帮助，仅通过启动微电网内部具有黑启动能力的微电源，进而带动微电网内无黑启动能力的微电源，逐步扩大系统的恢复范围，最终实现整个微电网的重新启动。4控制装置由控制装置构成控制系统，实现分布式发电控制、储能控制、并离网切换控制、微电网实时监控、微电网能量管理等。3、微电网的体系结构微电网三层控制方案结构•图为许继集团有限公司采用的微电网三层控制方案结构，最上层称为配电网调度层，从配电网的安全、经济运行的角度协调调度微电网，同时接受上级配电网的调节控制命令。•中间层称为集中控制层，对DG发电功率和负荷需求进行预测，制订运行计划，根据采集电流、电压、功率等信息，对运行计划实时调整，控制各DG、负荷和储能装置的启停，保证微电网电压和频率稳定。在微电网并网运行时，优化微电网运行，实现微电网最优经济运行时间；在微电网离网运行时，调节分布式电源出力和各类负荷的用电情况，实现微电网的稳态安全运行。•下层称为就地控制层，负责执行微电网各DG调节、储能及充放电控制和各种负荷控制。1配电网调度层配电网调度层为微电网调度系统，从配电网的安全、经济运行的角度协调调度微电网，微电网接受上级配电网的调节控制命令，其具体实现的功能为以下几个方面。•①使微电网对于大电网表现为单一可控、可灵活调度的单元，既可以与大•电网并网运行，也可在大电网故障或需要时与大电网断开运行。•②在特殊情况下（如发生地震、暴风雪、洪水等意外灾害情况）下，可使微电网作为配电网的备用电源向大电网提供有效支撑，加速大电网的故障恢复。•③在大电网用电紧张时，可使微电网利用自身的储能进行削峰填谷，从而避免配电网大范围的拉闸限电，减少大电网的备用容量。•④正常运行时可使微电网参与大电网经济运行调度，提高整个电网的运行经济性。（1）配电网调度层2集中控制层集中控制层为微电网的控制中心（Micro-GridControlCenter,MGCC）是整个微电网控制系统的核心部分，集中管理DG、储能装置和各类负荷，完成整个微电网的监视和控制。根据整个微电网的运行情况，实时优化控制策略，实现并网、离网、停运的平滑过渡；•在微电网并网运行时负责实现微电网优化运行，在离网运行时调节分布式发电出力和各类负荷的用电情况，实现微电网的稳态安全运行，其功能具体表现为以下几个方面：•①使微电网并网运行时实施经济调度，优化协调各DG和储能装置，实现削峰填谷以平滑负荷曲线。•②在并网过渡中能协调就地控制器，快速完成转换。•③离网时能协调各分布式发电、储能装置、负荷，保证微电网重要负荷的供电、维持微电网的安全运行。•④在微电网停运时，能启用“黑启动”，使微电网快速恢复供电。（2）集中控制层3就地控制层就地控制层由微电网的就地保护设备和就地控制器组成，微电网就地控制能完成分布式发电对频率和电压的一次调节，就地保护则能完成微电网的故障快速保护，通过就地控制和保护的配合实现微电网故障的快速“自愈”。DG接受MGCC的调度控制，并根据调度指令调整其有功和无功出力。•其功能具体表现为以下几个方面：•①离网主电源就地控制器能实现U/F控制和P/Q控制的自动切换。•②负荷控制器能根据系统的频率和电压，切除不重要的负荷，保证系统的安全运行。•③就地控制层和集中控制层能采取弱通信方式进行联系。就地控制层能实现微电网的暂态控制，微电网集中控制则能实现微电网的稳态控制和分析。2.2微电网的元件微电网的元件电力电子装置储能元件微型电源开关通信设施微电网中的开关分为用于隔离微电网与大电网的静态开关和用于切除线路或微电源的断路器。微电网的开关静态开关，又叫固态转换开关，在故障或扰动时，有能力自动地把微电网隔离出来，故障清除后，再自动地重新与主网连上。静态开关1、静态开关•静态开关安装在用户低压母线上，其规划设计非常重要，应确保有能力可靠运行和具有预测性，有能力测量静态开关两侧的电压和频率以及通过开关的电流。•通过测量，静态开关可以检测到电能质量问题，以及内部和外部的故障。而当同步性标准可以接受时，使微电网和主电网重新连上。静态开关也被纳入各种智能控制水平，其连续监控耦合点的状态。2、微型电源•指安装在微电网中的各分布式电源，包括微型燃气机、柴油发电机、燃料电池，以及风力发电机、光伏电池等可再生能源。3、常用储备设备•包括蓄电池、超级电容器、飞轮储能等。储能设备的主要作用在于，在微型电源所发功率大于负荷总需求时，将多余的能量存储在储能单元中，反之，将存储在设备中的能量以恰当的方式释放出来及时供电以维护系统供需平衡；•当微电网孤网运行时，储能设备是微电网能否正常运行的关键元件，它起到一次调频的作用。•储能设备的响应特性以及由微型电源及储能设备组成的微电网的外响应特性值得深入研究。4、电力电子器件•主要包括整流器、逆变器、滤波器以及斩波器等。•整流器是一个整流装置，简单的说就是将交流（AC）转化为直流（DC）的装置。它有两个主要功能：第一，将交流电（AC）变成直流电(DC)，经滤波后供给负载，或者供给逆变器；第二，给蓄电池提供充电电压。因此，它同时又起到一个充电器的作用。逆变器•逆变器是一种DCtoAC的变换器，它其实与整流器是一种电压逆变的过程。整流器是将电网的交流电压转变为稳定的直流输出，而逆变器是将直流电压转变为高频的高压交流电;两个部分同样都采用了用得比较多的脉宽调制(PWM)技术。•它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱，录像机、按摩器、风扇、照明等。滤波器•电源滤波器是由电容、电感和电阻组成的滤波电路。滤波器可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。•滤波器分为有源滤波器和无源滤波器。•主要作用是：让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的衰减。滤波器一般有两个端口，一个输入信号、一个输出信号斩波器•直流斩波器又称为截波器，它是将电压值固定的直流电，转换为电压值可变的直流电源装置，是一种直流对直流的转换器•已被广泛使用，如直流电机的速度控制、交换式电源供应器(Switching-Power-Supply)等。2.3微型电源技术•一、太阳能发电•太阳能成熟的发电形式目前有两种，光热发电和光伏发电；•（一）太阳能光热发电•太阳能光热发电技术是通过聚光装置利用太阳光加热工质（工作介质）至沸点，使其由液态变为气态蒸汽，推动汽轮发电机进行发电。•按着聚光方式的不同，太阳能光热发电系统一般分为塔式、槽式和碟式三种；•目前只有槽式线聚光