直流微电网

电气工程直流微电网目录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。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直流微电网示范工程2.3直流微电网示范工程2.33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/直流负荷分布式电源储能单元直流母线电压控制交直流互联功率控制交直流负荷电压控制最大功率跟踪控制（MPPT）恒功率/电流充放电控制设备级控制功率/能量分配直流母线电压二次调节多运行模式切换直流微电网能量管理与最优运行系统级控制图3.2.1直流微电网运行控制运行控制3.2运行控制系统级控制主要目的是对系统进行集中管理和能量优化，提升整体运行效率和可靠性，实现最优运行。设备级控制主要控制目标是维持直流母线电压稳定，实现系统功率平衡，保证直流微电网稳定运行。基于无互联通信的直流微电网运行控制技术基于互联通信的直流微电网分层运行控制技术实现3.2运行控制通过检测直流微电网母线电压的变化量，来决定各自运行和控制模式，并保证任一时刻中均至少有一个变流器采用功率-电压下垂特性控制直流母线电压以确保系统内的功率平衡。图3.2.2不同模式下直流微电网控制策略基于无互联通信的直流微电网运行控制技术3.2运行控制直流母线电压控制交直流互联功率控制交直流负荷电压控制最大功率跟踪控制（MPPT）恒功率/电流充放电控制功率/能量分配直流母线电压二次调节多运行模式切换直流微电网能量管理与最优运行第一层控制第二层控制第三层控制系统级控制设备级控制图3.2.3直流微电网分层控制结构基于互联通信的直流微电网分层运行控制技术3.2运行控制第一层控制根据直流母线电压控制策略不同：1）主从控制：直流微电网内通常只有1个单元来控制直流母线电压。（直流微电网并网运行时通常为DC-AC双向变流器，独立运行时则为可控型风不是电源或能量型储能系统）2）对等控制：系统中存在多个参与直流母线电压控制的设备，这些单元均为主控制单元。第二层控制依据通信和控制方式不同，直流微电网二次协调控制策略分为以下三类：1）集中通信与控制2）集中通信与分布式控制3）分布式协调控制第三层控制目的主要是根据分布式电源出力预测、系统内负荷需求、储能系统运行状态、市场信息等数据，按照不同的优化运行目标和约束条件作出决策，实时定制直流微电网运行调度策略，实现对分布式电源、储能系统、负荷出力及交直流系统交换功率的灵活调度来保证系统安全经济运行。3.2运行控制（1）集中通信与控制3.2运行控制（2）集中通信与分布式控制3.2运行控制（3）分布式协调控制3.3保护技术保护要求：①快速性②选择性③灵敏性④可靠性保护技术直流保护相关设备直流微电网接地方式故障类型保护方案3.3.1直流保护相关设备直流用电设备直流保护设备民用：变频空调、电视机、微波炉、电视机等商业：电子天秤、点钞机、直流电焊机等工业：电解电镀、直流电弧炉、直流弧焊机等农业：直流水泵、收割机、直流喷雾机等直流断路器、直流接触器、直流隔离开关、直流熔断器、直流接近开关、直流继电器、直流电涌保护器、直流过压保护器、直流欠压保护器、直流短路保护器等表1.直流断路器的型号及参数3.3.1直流保护相关设备表2.直流接触器的型号及参数3.3.1直流保护相关设备表3.直流电涌保护装置的型号及参数3.3.1直流保护相关设备3.3.2直流微电网接地方式根据IEC60364-1对直流系统接地的定义，可分为TT、IT和TN3种类型。正极中线负极接入设备：分布式电源或负荷等（a）TT系统外壳TT表示直流母线处（可以为正极、负极或中性点，图中为中性点接地）直接接地，电气装置的外露可导电部分直接接地，且两接地点在电气上彼此独立。直流微电网系统接地方式对接地故障检测、故障电流大小、人身与设备安全等有很大影响，同时也会影响保护方案配置。3.3.2直流微电网接地方式正极中线负极接入设备：分布式电源或负荷等（b）IT系统外壳高阻IT表示直流母线处（可以为正极、负极或中性点）不接地或经高阻抗接地，电气装置的外露可导电部分接地。3.3.2直流微电网接地方式正极中线负极接入设备：分布式电源或负荷等（c）TN系统外壳保护线PETN表示直流母线处（可以为正极、负极或中性点）直接接地，所有电气设备外露可导电部分均接到保护线上，并与上述接地点相连。3.3.3直流微电网故障类型根据故障类型划分：接地故障、极间故障。两种类型故障位置即可位于母线处，也可位于馈线处。正极中线负极（a）接地故障正极中线负极（b）极间故障接地故障依据故障阻抗大小可分为高阻抗接地和低阻抗接地故障极间故障阻抗通常较小4直流微电网的前景展望（1）交直流混合微电网将是微电网发展的主流。（2）交直流混合配电网将成为未来智能配电网的重要发展方向。（3）直流微电网技术的发展将为能源互联网的实现提供支持。Thankyou!