8微电网控制系统关键技术介绍-四方刘云

微网控制系统关键技术介绍刘云liuyun@[e-mail]汇报提纲：汇报提纲：一．分布式发电与微网概述二．分布式发电与微网提出的挑战三．分布式能源微网控制技术四．典型工程举例•InternationalCouncilonLargeElectricitySystems(CIGRE):Allgenerationunitswithamaximumcapacityof100MWusuallyconnectedtothedistributionnetwork,thatareneithercentrallyplannednordispatched:•InternationalEnergyAgency(IEA):Unitsproducingpoweronacustomer’ssiteorwithinlocaldistributionutilities,andsupplyingpowerdirectlytothelocaldistributionnetwork•InstituteofElectricalandElectronicsEngineers(IEEE):Sourcesofelectricpowerthatarenotdirectlyconnectedtoabulkpowertransmissionsystem.分布式电源一般指那些直接接入配电网且容量在3kW～100MW之间的小型发电设备分布式发电的定义（DistributedGeneration）2030年全球电力需求翻2040年全球电力需求3分布式发电的提出与兴起分布式发电是解决问题的另外一种途径？电力需求依然在增长传输极限？环境约束？安全可集中式发电所受约束也在增长集中式发电不能承受之分布式发电的提出与兴起20年间丹麦的变化20年间丹麦的变化来源:丹麦能源中心带有高渗透率分布式发电的分散电力系统分布式发电的提出与兴起分布式发电可充分利用可再生能源分布式发电的提出与兴起„分布式能源DER=DG+DS:DistributedEnergyResource(3~100,000kW)„分布式发电DG:DistributedGeneration„分布式储能DS:DistributedStorage„可再生能源RES：RenewableEnergySources„冷热电联供CCHP:CombinedCoolingHeatingandPower„需求侧管理DSM=DR+EE+LM：DemandSideManagement„需求侧响应DR:DemandResponse„节能EE:EnergyEfficiency„负荷管理LM:LoadManagementDGCCHP可再生能源与分布式发电相关的几个术语削峰应用：每年17%基荷应用：每年11%备用应用：每年7%分布式发电的在北美分布式发电的在欧洲生物质能：2006年共装机200万千瓦，新增装机80万千瓦。太阳能风力发电„2007年可再生能源发电设备投资：德国140亿美元，中国129亿美元，美国100亿美元„全球可再生生源设备投资：2005年400亿，2006年550亿，2007年710亿9联合国环境计划署分布式发电的在我国发展现状MicroturbineswithheatrecoveryFuelcellLargelead-acidbatterybankWindturbinePVarraysReciprocatingengines(internalcombustionengines)Source：AspectsofDifferentDistributedGenerationTechnologies几种主要的分布式发电技术Source：“AspectsofDifferentDistributedGenerationTechnologies”主要的分布式发电技术的对比主要的分布式发电技术的发展现状„DG技术本身有很大发展。„架设新的长距离输电线路所受约束条件越来越多。„越来越多的用户对供电可靠性的要求越来越高。„电力系统的放松管制与电力市场机制的逐渐形成。„气候变化DG近来备受关注的5大推力source:IEA(InternationalEnergyAgency)分布式发电流行的背后SG的特征DG的贡献Enableconsumerparticipation√Accommodatesallgeneration&storageoptions√Enablenewmarkets√MeetsPQneedsfor21stcentury√OptimizeAssets&operatesefficiency√Selfhealing√Resistsattacks√DG对实现SmartGrid的目标意义重大分布式发电与智能电网汇报提纲汇报提纲一．分布式发电的提出与兴起二．分布式发电与微网提出的挑战三．分布式能源微网控制技术四．典型微网工程举例输电系统发电系统高压配电系统中压低压配电系统DGDGDGDGDGDGDGDGDGDGDGDGDGDGDGDGDG„当规划和发展配电网时，应当首先考虑能源效率、需求侧响应以及分布式发电的因素，不能简单直接升级/重建现有配电网欧盟法案：„Whenplanningthedevelopmentofthedistributionnetwork,energyefficiency/demand-sidemanagementmeasuresand/orDGthatmightsupplanttheneedtoupgradeorreplaceelectricitycapacityshallbeconsideredbythedistributionsystemoperator.分布式发电提出的挑战„DG提出的挑战，不仅表现技术方面，而且也表现在标准、法规和商业模式方面。„DG的引入改变了配电网原有的单一分配电能功能。„随着DG数量和容量的增长，DG对配网的规划和运行的影响将越来越大。DG使配网成为有源网络(ActiveDistribution)分布式发电提出的挑战DGDG对配网的影响对配网的影响分布式发电提出的挑战输电系统发电系统高压配电系统中压低压配电系统DGDGDGDGDGDGDGDGDGDGDGDGDGDGDGDGDGDG对配网的影响：„并网(interconnection)„电能质量„运行和控制„保护欧盟法案：„Whenplanningthedevelopmentofthedistributionnetwork,energyefficiency/demand-sidemanagementmeasuresand/orDGthatmightsupplanttheneedtoupgradeorreplaceelectricitycapacityshallbeconsideredbythedistributionsystemoperator.分布式发电提出的挑战„电压波动与电压骤降(VoltageFluctuationandDip)：DG在启动/停止，切换过程中，可能导致电压的快速变化。„电压偏差：DG改变原有的电压分布„谐波：电力电子接口引入谐波DG并网对配网的影响—电能质量大型电厂升压变配电变压器枢纽变电站配电变压器常规电网配电变压器工厂企业内燃机居民光伏电池燃料电池商业建筑商业建筑CCHP飞轮储能燃气轮机燃气轮机时间轴时间轴/h/h01234567891011121314151617180123456789101112131415161718192021222324192021222324KWKW100010002000200030003000400040000050005000负荷需求曲线负荷需求曲线DG输出功率DG输出功率常规电网补充功率差额常规电网补充功率差额„正常运行：光伏、风电等功率输出有一定的间歇性，系统功率平衡控制难度加大„故障情况下：短路故障时，电压跌落导致大量DG从电网断开，系统稳定性受到威胁—低电压穿越分布式供能微网系统DG并网对配网的影响—运行和控制„导致本线路保护的灵敏度降低及拒动„导致本线路保护误动„导致相邻线路的瞬时速断保护误动，失去选择性„DG可能导致重合闸不成功„DG可能导致备自投无法正常工作普通配网是个环网设计，开环运行的辐射型网络，配电网的继电保护是根据配网这个特点来设计和运行的；DG引入后，配网成为一个有源网络(ActiveDistribution)，使得原来的继电保护不能满足要求，而必须借鉴输电系统的一些保护设计原则，例如：方向、阻抗、差动等DG并网对配网的影响—保护DG135kVCB1DG2DG310kVCB2Zone3Zone2Zone1„由于某种原因，配电网的某些部分和DG系统一起从整个配网中断开，形成一个电气上的孤岛。„一般来说，与主系统分开以后，孤岛内的功率是不平衡的。如果孤岛中的电源总容量远小于总负荷，那么孤岛不可能稳定运行，经过较短时间后孤岛崩溃。但是，随着DG越来越多，容量越来越大，而且考虑到负载也是随时变化的(负荷最小时形成孤岛)，形成稳定运行孤岛的可能性在提高。由于故障跳闸等原因造成的范围不确定的、偶然形成的孤岛运行，称为非计划孤岛(Unintentionalislanding)；在设计时就考虑可孤网运行的DG孤岛称计划孤岛(Intentionalislanding),计划孤岛也就是所谓的微网(micro-grid)DG并网对配网的影响—孤岛„电能质量下降。孤岛小系统内的功率不平衡，会引起频率、电都发生变化，降低了供电安全和电能质量。„威胁公众及运行人员的安全。由于非计划孤岛的范围不确定不能确定系统元件、线路是否带电，造成了对维修人员、运行员和公众的安全威胁。„改变流经保护的电流大小，影响了继电保护的正确动作。„可能会失去接地点，威胁绝缘安全。„影响自动重合闸。形成孤岛后，DG可能仍对跳闸线路的另一端供电，造成检无压重合闸失败，或因孤岛与主系统失步，检同合闸失败，从而引起不必要的停电及对DG、系统设备的损害。非计划孤岛(Islanding)的危害对于无法形成计划孤岛的分布式发电设备，一般都要求系统配置防止非计划孤岛运行的保护，简称防孤岛保护或失去主电网保护（Anti-islandingRelay，LossofMainsRelay），在因系统故障等原因导致与主配电系统失去联系后，尽快地将分布式电源断开。优点：接入方便，运行简单缺点：„系统故障DG退出运行„间歇性影响周边用户„能源综合优化困难„对电网运行调度提出了挑战上述缺点已制约了DG的发展以分布式电源（DG）为单元输电网络高压配网110KVGGGG中压配网35/10KV低压配网0.4KV负荷负荷DGDGDGDGDG分布式发电供能系统并网方式—简单DG并网„同步发电机„异步电机„逆变器(电力电子接口)分布式发电设备并网的3种接口将分布式电源组成微网（MG）运行输电网络高压配网110KVGGGG中压配网35/10KV低压配网0.4KV负荷负荷DGDGDGDGDGCERTS的MicroGrid概念图DG简单并网分布式发电供能系统并网方式—微网„一般通过单点接入大电网，即从电网端看进去微网是一个可控发电单元或者负荷。„能运行在两种模式：联网模式和孤岛模式。„使用大量的电力电子装置作为接口，相对于传统大发电机惯性很小或无惯性，而且响应速度快、输出阻抗小，导致逆变器接口的分布式电源过负载能力低。„需要依赖储能装置来达到能量瞬间动态平衡，在现有的微网结构中，储能装置是维持系统暂态稳定必不可少的设备。„一般采用多种分布式能源,相互间有一定的地理距离,因地制宜是分布式电源安装的基本原则之一分布式能源微网运行的特点„„通过对微网内部不同形式能源（冷通过对微网内部不同形式能源（冷//热热//电；风电；风//光光//气等）的科气等）的科学调度，以及微网与微网、微网与大电网之间的优化协调，可学调度，以及微网与微网、微网与大电网之间的优化协调，可以达到以达到能源高效利用能源高效利用、、满足用户多种能源需求满足用户多