可再生能源的大规模应用-在分布式发电中的大规模应用技术(张兴)(1).ppt

第三届可再生能源发电并网技术研讨会可再生能源的大规模应用分布式发电中的微电网技术,合肥工业大学电气与自动化工程学院张 兴2009年2月30日.合肥,1.分布式发电介绍 2.微电网 3.微电网的运行 4.微电网中的关键问题及相关研究热点 5.国内外微电网研究现状 6.我们在微电网研究方面所做的工作,1.分布式发电1.1分布式发电概述,当前电力系统存在的问题：不能灵活跟踪负荷的变化 对于偏远地区的负荷不能进行理想的供电,原因有如下两种 一种是距离现有电力系统太远 一种情况是由于自然条件太恶劣 大型互联电力系统中局部事故极易扩散，导致大面积的停电 对环境的污染,电网的现代化,传统电网,Power park,Hydrogen Storage,Industrial DG,未来电网,Combined Heat and Power,Fuel Cell,Wind Farms,Rooftop Photovoltaics,Remote Loads,Load as a resource,SMES,Smart Substation,Fuel Cell,pv,Rooftop Photovoltaics,1.1.1基本概念 分布式发电(DG)或分布式能源(DER)是一种分散、非集中式的发电方式，具有以下特点:接近终端用户 容量很小（几十kW 至几十M W）以孤立方式或与配电网并网方式，运行在380V 或10kV或稍高的配电电压等级上(一般低于66kV)采用可再生能源(太阳能、风能小风电、沼气、天然气、生物质能、或水能小水能)常采用热电联产(CHP)或冷热电联产(CCHP)的方式,其它常用的分布式电源的概念,distributed resources即DR distributed energy resources即DER dispersed power即DPembedded generation即EG都可以用来指安装在用户附近并为其供电的小规模电源技术。,1.1.2分布式发电的分类,在不同的研究领域，DG有不同的分类方式：DG的技术类型DG所使用的能源DG与电力系统的接口技术DG的规模,DG的技术类型主要包括:太阳能光伏电池(Photo-voltaic panel）燃料电池(Fuel cell)风能（Wind Power)生物质能(Biomass Energy)储能系统（Energy Storage）燃气轮机(Gas Turbine,Combustion Turbine Generators)-微燃机(Micro-turbine)内燃机(Gas Engine,Internal Combustion Reciprocating Engines and Generators)等等,分布式发电的技术类型,Fuel Cells,Wind Energy,MicroTurbines,Solar Energy,Energy Storage,Combustion Engines,DG所使用的能源,化石燃料可再生能源电能的储存（electric storage）,DG的运行方式,独立的不与电网相联的DG DG独立运行，但在DG与地区电力系统之间有自动转换装置；并网方式1）并联运行，但DG对当地电网无输出；并网方式2）并联运行且向当地电网输出电能。并网方式3）当DG与电网并联时，必需要选择接入的电压等级，如下图,DG与电力系统的接口技术,若DG与电力系统并联运行，则有两种联接技术直接与系统相联（机电式）DG是旋转式电机直接发出基频交流电则属于这一类，像小型气燃轮机、地热发电、水电、光热发电等 通过逆变器与系统相联 发出直流电的DG（如风力发电、光伏发电、燃料电池及各种电能存储技术）或发出高频交流电的DG（微透平），然后经变流设备转换为交流电,DG的规模,在DG实际的应用中，考虑到DG的大小对其在电力系统中应用的影响，一般习惯于按照其大小分为以下三类：小型（1MW）,表1.分布式发电的类型及相关技术参数,1.1.3 国外发展现状 美国、日本、欧洲发展较快 美国2001年颁布IEEE p1547“关于分布式电源与电力系统互联的标准草案”通过了有关法令让部分分布式发电上网运行 据美国分布式电力联盟(DPCA)的研究估计，未来20年，DG将获未来新增发电容量的20%-35GW,美国EPRI估计,2010年DG的市场可达2.5-5GW/年 美国规划在今后10-15年，DR占美国发电量10%-20%目前，除少数发达国家外，DG装机量在发电装机总量上所占比例不大（一般在5%以下，如阿根廷2.1%、巴西3.9%、法国6.6%、印度4.6%、日本13.4%、英国6.2%、美国7.8%）-WADE统计数据。,实例：美国，巴西和智利离网风电系统,有风力资源的离网地区小负荷的电力供应独立运行系统中的电池组在弱风期提供电力泵水：蓄水储能与化石燃料发电机和或光伏阵列结合组成“混合”发电系统,为电讯塔提供电力，美国亚利桑那,为边远村庄提供电力，巴西,混合风能系统，智利,实例：印度和加拿大独立电网的风电系统,由于将柴油运至边远地区的成本，使电力生产十分昂贵风力发电机降低柴油的消耗可靠性和维护非常重要,加拿大Nunavut的50千瓦风力发电机,印度西孟加拉安装50千瓦的风力发电机,实例：欧洲和美国中央风电系统,间歇发电不是问题：丹麦17的电力来自于没有其他备用电力的风电,美国加利福尼亚州 Palm Springs 的风场,沿海风场，丹麦,1.2 分布式发电与配电网互联问题及对电力系统的影响,并网的若干技术问题1.2.1电能质量问题（1）电压调整 负荷潮流变化大，使馈线上的电压幅值发生变化，调整和维持困难搞不好电压反而可能超标 对于电力电子型电源，电压调节和控制方式与常规方式不同（有功和无功可分别单独调节）DG的频繁启动使配电网电压常常发生波动.对电压骤降，DG可能有用，也可能无用，对装在DG母线侧的可能有用，对装在邻近母线侧的可能无用 在不作变化的情况下，配电馈线上到底能装多少DG，主要取于电压调节性能 在分布式电源为风电的情况下，电源需要从电网吸收无功，且随时波动.，使电压调节变得困难.,1.2.分布式发电与配电网互联问题及对电力系统的影响,并网的若干技术问题1.2.1电能质量问题（2）电压闪变 并网时一般不发生闪变，孤岛运行时如无储能元件能量太小，易发生电压闪变（3）电压不平衡 如是电力电子型电源，逆变器的控制策略对网络不平衡电压会有影响（4）谐波畸变和直流注入 电力电子型电源易产生谐波，造成谐波污染。采用投切式PWM可使谐波降低。此外，如无隔离变压器而与电网直接相连,有可能向电网注入直流电流，使变压器和电磁元件出现磁饱和现象，并使附近机械荷发生转矩脉动（torque ripple),1.2.分布式发电与配电网互联问题及对电力系统的影响,并网的若干技术问题1.2.2对继电保护的影响问题（1）配电网有大量的继电保护装置早已存在而不可能为了DG而改动，DG必须与之配合并适应它（2）使重合闸不成功 在系统故障时，DG的切除必须早于重合时间，否则会引起电弧的重燃，使重合闸不成功（快速重合闸0.2秒-0.5秒)（3）使保护区缩小 当有DG的功率注入电网时，会使继电器原来的保护区缩小,1.2.分布式发电与配电网互联问题及对电力系统的影响,并网的若干技术问题 1.2.2对继电保护的影响问题（4）使继电保护误动作如继电器不具备方向敏感性能（原系统为放射型的，末端无电源，不会产生转移电流）则并联分支故障时，会引起本分支继电器的误动,1.2.分布式发电与配电网互联问题及对电力系统的影响,并网的若干技术问题1.2.3短路电流问题 虽然许多情况下一般装有逆功率继电器，正常运行时不会向电网注入功率，但系统发生故障时，短路瞬间会有大电流注入电网，使配电网的开关短路电流超标，因此，大功率DG接入电网时，必须事先进行电网分析和计算 1.2.4铁磁谐振（Ferro-resonance)问题 当DG通过变压器、电缆线路、开关等与配电网相连时，一旦配电网发生故障（如单相对地短路）而系统侧开关断开时，DG侧开关也会断开，如此时DG变压器未接负荷，变压器的电抗与电缆的大电容可能发生铁磁谐振而造成过电压，还能引起大的电磁力，使变压器发出噪音或使变压器损坏,1.2.分布式发电与配电网互联问题及对电力系统的影响,并网的若干技术问题 1.2.5变压器的连接问题和接地问题 配电网侧和DG侧的故障传递问题 DG的三次谐波传递到系统侧的问题 DG侧保护继电器检测到系统侧的故障而动作 过电压和铁磁谐振问题 1.2.6配电网电容器投切与DG的励磁配合（会出现Hunting现象）1.2.7孤岛运行问题 系统故障时的DG解列运行 再连接时的判同期,1.2.分布式发电与配电网互联问题及对电力系统的影响,并网的若干技术问题 1.2.8可靠性问题 大系统停电时有些DG的燃料会中断，或供给 DG辅机的电源会失去，DG会同时停运，仍无法提高供电的可靠性，如要使DG始终保持运行必须有特殊的设计 DG与配电网的继电保护配合不好，可能使继电保护误动作，反而使可靠性降低 不适当的安装地点、容量和连接方式会使配网可靠性变坏,1.2.分布式发电与配电网互联问题及对电力系统的影响,并网的若干技术问题 1.2.9配电网效益 使配网设备闲置，导致成本增加，供电局效益下降使负荷预测更加困难 面对这些问题如何解决基于可再生能源分布式发电的大规模并网？,2.微电网,2.1微电网概念的提出 协调分布式发电与电网的矛盾,微电网是规模较小的分散的独立系统，它采用了大量的现代电力技术将光伏发电、风电、燃气轮机、燃料电池、储能设备等并在一起，直接接在用户侧。对于大电网来说，微电网可被视为电网中的一个可控单元，它可以在数秒钟内动作以满足外部输配电网络的需求；对用户来说，微电网可以满足他们特定的需求，如增加本地可靠性、降低馈线损耗、保持本地电压稳定、通过利用余热提高能量利用的效率及提供不间断电源等,2.2 微电网优点,(1)微网提供了一个有效集成应用DG的方式,继承拥有了所有单独DG 系统所具有的优点。(2)微网作为一个独立的整体模块,不会对大电网产生不利影响,不需要对大电网的运行策略进行修改。(3)微网可以以灵活的方式将DG接入或断开,即DG具有“即插即用”(plug-and-play)的能力。(4)DG并网的许多问题都是由DG响应速度慢、惯性小的特点引起的,多个DG联网的微网增加了系统容量,并有相应的储能系统(蓄电池储能系统、飞轮储能系统等),使系统惯性增大,减弱电压波动和电压闪变现象,改善电能质量。(5)微网在上级网络发生故障时可以孤立运行继续保障供电,提高供电可靠性。,3 微电网的运行,3.1 微电网的稳态运行并网运行状态 在正常情况下，微电网并网运行，由大电网提供刚性的电压和频率支撑，内部MS工作在电压源(Voltage Source，VS)或电流源(Current Source，CS)状态，在能量管理系统或本地的控制下，调整各自功率输出 孤岛运行状态 当大电网出现电压骤升、骤降、不平衡和谐波等电能质量问题或有计划检修时，微电网转入孤岛运行模式，此时的电压和频率由内部MS负责调节，电网故障消失后，微电网重新并入电网,3.2 微电网运行状态的转换过程微电网除了并网孤岛两种稳态运行模式外，还存在着两种模式间的转换过渡过程。该过程需要对其控制方法和网络结构等方面的调整来保证网内电压的连续平稳过渡，即实现无缝切换，以确保网内重要敏感负荷的供电不受影响。过渡过程是两种模式间转换的桥梁和纽带，过渡过程中电能质量的优劣将直接影响到网内重要负荷的安全运行，是微电网系统能否实现灵活运行，提供定制电力服务的重要标志。在进行微电网模式转换时，微源的控制方法受多种因素的影响,（1）微电网拓扑结构对控制方法的影响,当微电网转入孤岛运行时，存在功率需求和供给的不平衡，微电网的拓扑结构可能会发生相应的变化,如左图：存在以下几种情况1)123全闭2)2开、13闭3)2闭、13开4)123全开,不同的孤岛拓扑结构直接决定微源所采用的控制方法,(2)微源配置对控制方法的影响 在不同的微电网拓扑结构下，微源可以采用不同的输出滤波器结构(L、LC或LCL)，不同的滤波器结构也会对微源的控制方法的选取产生影响。(3)微源控制方法的选择 逆变器并网运行时，可以工作在VS或CS方式，由大电网提供其电压和频率支撑。当微电网转入孤岛运行后，由于电网电压的缺失，所以这些量必须由网内的逆变器来调节。存在三种不同的情况：单台VS 多台VS 全部VS 变化方式：VS-VS、VS-CS、CS-VS、CS-CS,4 微电网中的关键问题及相关研究热点,4.1微电网中的关键问题（电力技术方面）4.1.1微电网的控制,微电网控制应当保证以下几点：任一微电源的接入不对系统造成影响自主选择运行点平滑地与电网并列、分离对有功、无功进行独立控制具有校正电压跌落和系统不平衡的能力。,1）DG基本控制 微电网灵活的运行方式与高质量的供电服务,离不开完善与稳定的控制系统。控制问题也正是微电网研究中的一个难点问题。其中一个基本的技术难点在于微电网中的微电源数目太多,很难要求一个中心控制点对整个系统做出快速反应并进行相应控制,往往一旦系统中某一控制元件故障或软件出错,就可能导致整个系统瘫痪。微电网控制应该做到能够基于本地信息对电网中的事件做出自主反应,目前有三类经典控制方法：基于电力电子技术的“即插即用”与“对等”的控制思想。该方法根据微电网控制要求,灵活选择与传统发电机相类似的下垂特性曲线进行控制,将系统的不平衡功率动态分配给各机组承担,具有简单、可靠、易于实现的特点。但该方法没有考虑系统电压与频率的恢复问题,也就是类似传统发电机中的二次调整问题,因此,在微电网遭受严重扰动时,系统的频率质量可能无法保证。此外,该方法仅针对基于电力电子技术的微电源间的控制。,基于功率管理系统的控制 该方法采用不同控制模块对有功、无功分别进行控制,很好地满足了微电网多种控制的要求,尤其在调节功率平衡时,加人了频率恢复算法,能够很好地满足频率质量要求。另外,针对微电网中对无功的不同需求,功率管理系统采用了多种控制方法,从而大大增加了控制的灵活性并提高了控制性能。但与第种方法类似,这种方法只讨论了基于电力电子技术的机组间的协调控制,未综合考虑它们与含调速器的常规发电机间的协调控制。,基于多代理技术的微电网控制方法 该方法将传统电力系统中的多代理技术应用于微电网控制系统。代理的自治性、反应能力、自发行为等特点,正好满足微电网分散控制的需要,提供了一个能够嵌入各种控制性能但又无需管理者经常出现的系统。但目前多代理技术在微电网中的应用多集中于协调市场交易、对能量进行管理方面,还未深人到对微电网中的频率、电压等进行控制的层面。要使多代理技术在微电网控制系统中发挥更大作用,仍有大量研究工作需要进行。,2）能量管理控制目标：使微网内DG 之间负荷分配最优化和微网同主电网间能量交换的最优化过程：能量管理器采用低速通讯系统,并网运行时为每个DG 控制器提供电能和电压限制点。孤立运行时提供电能和电压工作点。3）其他控制 微网内接入功率因数控制电容器可能引起的滤波器电容变化和谐振现象,4.1.2 微电网的保护 微电网的保护问题与传统保护有着极大不同,典型表现有 潮流的双向流通 微电网在并网运行与独立运行种工况下,短路电流大小不同且差异很大。因此,如何在独立和并网2种运行工况下均能对微电网内部故障做出响应以及在并网情况下快速感知大电网故障,同时保证保护的选择性、快速性、灵敏性与可靠性,是微电网保护的关键,也是微电网保护的难点。发电机和负荷容量对保护的影响、不同类型发电机如基于变流器和不基于变流器对保护的影响及微电网不同运行方式和不同设计结构对保护的影响等问题都是微电网保护策略研究中所关注的重点。,4.1.3 电能质量分析 微网电能质量问题由两个方面引起 主电网对微网的影响 主网对微网的主要不利影响是不平衡电压和电压骤降这两个电压质量问题 2）微网本身影响 微网内存在许多电力电子设备和非线性负荷,另外,DG 机组频繁起停,都会产生谐波失真电流,影响电能质量,4.1.4 微电网的接入标准 目前,已重新修改了分布式电源的入网标准。新标准中的对分布式独立电力系统的设计、运行及接人系统导则赶今进行了详细规定 除上述提及的几点外,微电源也是微电网技术的研究重点,4.2 微电网研究的热点问题,1）孤立运行 孤立运行是微电网的重要标志；所以孤立运行一直是研究的热点 软件仿真研究孤立运行 独立光伏微网系统 孤立运行模式下的控制策略 微网电压和频率控制 不同类型DG 间相互干扰问题 无功电容器优化配置问题 等,4.2 微电网研究的热点问题,2）微电网的保护3）能量管理4）系统参数优化设计,5 国内外微电网研究现状,微电网作为对单一大电网的有益补充，其广泛应用的潜力巨大。目前，世界上一些主要发达国家和地区，如美国、欧盟、日本和加拿大等，都开展了对微电网的研究。,5.1 美国微电网的研究现状,5.1.1概述 美国最早提出了微电网概念，近年来，其微电网研究一直在有条不紊地进行着。美国的微电网研究项目主要受到了美国能源部的电力提供和能源可靠性办公室、加州能源委员会的资助，其研究的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,5.1.2可靠性技术解决方案协会微电网,1999年 美国电力可靠性技术解决方案协会(The Consortium for Electric Reliability Technology Solutions，CERTS)首次对微电网在可靠性、经济性及其对环境的影响等方面进行了研究。2002年，较为完整的微电网概念被提出来，CERTS给出的微电网定义是：微电网是一种由负荷和微型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；微电网相对于外部大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等方面的要求。,CERTS提出的微电网结构,可行性研究已经在威斯康星大学麦迪逊分校的实验室得到了初步检验 威斯康星大学麦迪逊分校微电网于2001年建立，目前的系统容量为200 kW，电压等级为280 V480 V。CERTS的微电网设计理念是不采用快速电气控制、单点并网不上网、提供多样化的电能质量与供电可靠性、随时可接入的DERS等。这些突出的特点使它成为世界上所提出的微电网中最权威、认可度最高的一个。,威斯康星大学麦迪逊分校微电网,CERTS,3 区结构图放大,控制策略选择：单位功率控制,有功功率按设定值输出由负载引起的功率变化通过电网来补偿孤岛运行时下垂控制,控制策略选择：馈线潮流控制,按馈线潮流设定值输出功率负载功率变化由电源自身补偿从电网侧看负载恒定孤岛时下垂控制,复合控制,兼有两种控制的优点同一DG单元随时可以选择切换控制策略,5.1.3其他微电网研究,美国能源部还与通用电气共同资助了第二个“通用电气(General Electric Company，GE)全球研究(Global Research)”计划，投资约400万USD。GE的目标是开发出一套微电网能量管理系统(microgrid energy management，MEM),使它能向微电网中的器件提供统一的控制、保护和能量管理平台。这项微电网计划对于目前该领域的其他微电网研究是一个很好的补充。,GE MEM framework(source:GE Global Research).,CERTS微电网与GE微电网比较,CERTS微电网研究主要集中在对DERS的设计和鲁棒控制 GE微电网则更多地关注在外部监控回路的研发上，以及对能量利用和运行成本的优化上,5.2欧洲微电网的研究现状,5.2.1概述欧洲DERs的研究和发展主要考虑的是有利于满足能源用户对电能质量的多种要求以及欧洲电网的稳定和环保要求等。微电网被认为是未来电网的有效支撑，它能很好地协调电网和DERs之间的矛盾，充分发挥DERs的优势。欧洲各国对微电网的研究越来越重视，近几年来各国之间开展了许多合作和研讨。,2005 年，欧洲提出“Smart Power Networks”概念，欧盟微电网项目(European Commission Project Microgrids)给出的定义是利用一次能源；使用微型电源，分为不可控、部分可控和全控三种，并可冷、热、电三联供；配有储能装置；使用电力电子装置进行能量调节。,基于代理的PQ控制,欧洲的微电网研究引起了欧洲各国的广泛关注，主要分为两个阶段：第一个阶段名为欧盟第五框架计划(5th Framework Program，FP5)第二个阶段名为欧盟第六框架计划“Advanced architectures an d control concepts for more microgrid”，,5.2.2欧盟第五框架计划,该计划由雅典国家技术大学(National Technical University of Athens，NTUA)组织，14个成员来自欧盟的7个国家，还有很多高校的参与，如the University of Manchester(英国)、INESC Porto(葡萄牙)、Ecole de Mines(法国)等。该计划取得了一些很具启发意义的研究成果，如DERs的模型、可用于对逆变器控制的的低压非对称微电网的静态和动态仿真工具、孤岛和互联的运行理念、基于代理的控制策略、本地黑启动策略、接地和保护的方案、可靠性的定量分析、实验室微电网平台的理论验证等。,5.2.3欧盟第六框架计划,该计划仍然是由NTUA组织，参与的厂商有Siemens、ABB、SMA、ZIV、I-Power、Anco、Germanos等，还有来自英国、法国、德国、西班牙等国的许多专家学者。新计划的研究目标包括：(1)研发新型的分布式能源控制器，以保证微电网的高效运行。(2)寻找基于下一代通信技术的控制策略。(3)创造新的网络设计理念，包括新型保护方案的应用和考虑工作在可变的频率下等。,欧盟第六框架计划计划的研究目标,(4)各种微电网在技术和商业方面的整合。(5)微电网在技术和商业方面的协议标准。(6)研发合适的硬件设备，使微电网具有即插即用的能力。(7)研究微电网对大电网运行的影响，包括地区性的和大范围的影响。(8)研究微电网能给欧洲电网在供电可靠性、网络损耗和环境等方面带来的改善。(9)探索微电网的发展对基础电网发展的影响，包括其增强和替代老化的欧洲电网的可行性分析。,欧洲的微电网示范工程主要有希腊基斯诺斯岛孤立微电网、德国曼海姆Wallstadt居民区示范工程、西班牙LABEIN 项目、葡萄牙EDP项目、葡萄牙Continuon项目、意大利CESI项目、丹麦ELTRA项目等。欧洲所有的微电网研究计划都围绕着可靠性、可接入性、灵活性3个方面来考虑。电网的智能化、能量利用的多元化等将是欧洲未来电网的重要特点。,德国曼海姆Wallstadt居民区示范工程,德国曼海姆Wallstadt居民区示范工程,西班牙LABEIN,希腊基斯诺斯岛孤立微电网,希腊基斯诺斯岛孤立微电网,葡萄牙EDP,葡萄牙CONTINUON,The microgrid laboratory facilities at ISET(source:ISET).德国ISET微电网实验室,5.3 日本微电网的研究现状,5.3.1概述目前日本在微电网示范工程的建设方面处于世界领先地位。日本政府十分希望可再生能源(如风能和光伏发电)能够在本国的能源结构中发挥越来越大的作用，但是这些可再生能源的功率波动性降低了电能质量和供电的可靠性。微电网能够通过控制原动机平衡负载的波动和可再生能源的输出来达到电网的能量平衡，例如配备有储能设备的微电网能够补偿可再生能源断续的能量供应。从大电网的角度看，该微电网相当于一个恒定的负荷。这些理念促进了微电网在日本的发展，使日本的微电网对于储能和控制十分重视。,微网内DG的恒功率输出控制,DG的恒功率输出系统结构,雅内大规模光伏并网发电系统电压稳定性验证,大规模光伏并网系统,5.3.2 新能源与工业技术发展组织微电网,新能源与工业技术发展组织(new energy and industrial technology development organization，NEDO)NEDO 在2003年的“Regional Power Grid with Renewable Energy Resources Project”项目中，开始了3个微电网的试点项目。这3个测试平台的研究都着重于可再生能源和本地配电网之间的互联，分别在青森县、爱知和京都，可再生能源在3个地区微电网中都占有相当大的比重。,中部机场的爱知微电网,NEDO 建立的第一个微电网示范工程，2005年日本爱知世博会时投入使用。2006年，该系统迁到名古屋市附近的中部机场，并于2007年初开始运行。该微电网的最大特点是它的电源大都为燃料电池：2个高温熔化碳酸盐燃料电池(270kW 和300kW)，4个磷酸盐型燃料电池(各200 kW)，一个固体氧化物燃料电池(50kW)。系统中总的光伏发电容量为330kW，此外还有一个500kW 的钠硫磺电池组用于功率的平衡。,爱知微电网,青森县微电网,2005年10月投入运行，作为示范工程一直运行到2008年3月，这期间进行了电能质量和供电可靠性、运行成本等方面的评估。该微电网组的最大特点是只使用可再生的能源(100kW)进行供电。可控的DERS包括3个以沼气为燃料的发电机组(共510kW)、1个100 kW 的铅酸电池组和1个10 th 的锅炉。该微电网能够节省约573的能耗，同时减少约478的碳化物排放量。,Overview of the Aomori project(source:Y.Fujioka,et.al.,2006,in further reading)青森县,京都微电网,2005年l2月投入运行，它主要由以下几方面构成：50kW 光伏发电系统、50kW 风力发电系统、5x80kW 沼气电池组、250kW 高温熔化碳酸盐燃料电池及100 kW 电池组。该系统的控制中心能够在5 min之内实现系统能量的平衡，也可以根据需要设置更短的时限。,各国微电网研究比较,美国 利用微电网提高电能质量和供电可靠性 日本 日本在微电网方面的研究更强调控制与电储能，从而利用微电网突破新能源的穿透功率极限限制欧洲 欧洲微电网的研究更多关注于多个微电网的互联问题。,5.4 国内微电网研究,5.4.1 概述2008年初的冰雪天气导致我国发生大面积停电，暴露了我国现有的网架结构在保障用户供电方面所存在的薄弱环节。微电网既可以联网运行，又可以孤岛运行，能保证在恶劣天气下对用户供电。微电网在满足多种电能质量要求和提高供电可靠性等方面有诸多优点，使它完全可以作为现有骨干电网的一个有益而又必要的补偿。,我国“十一五”规划纲要提出了建成5GW 风电的发展目标，在不久的将来将有风电和光伏等DERS不断接入电网。微电网在协调大电网与DERS间的矛盾，充分挖掘分布式能源为电网和用户所带来的价值和效益等方面具有优势，使其能够在中国未来电网的发展中发挥很重要的作用。但是，中国微电网的发展尚处在起步阶段，电网的概念还没有形成，微电网在中国的发展方向和特点有待于专家学者们的进一步研究。,5.4.2 微电网研究需要注意的问题,微电网中含有多个微电源，各微电源之间的协调控制是一个需要重点考虑的问题微电网中引入了很多先进的电力电子设备，它们大都是灵活可控的，如何实现对这些设备的智能控制和最优控制也是一个很重要的问题 加强微电网和主网之间的协调控制，以提高微电网对上级电网的支撑能力，对于电网的稳定具有重要意义。,微电网在并网和孤岛运行下的稳定性分析。微电网中的微电源，如风电、光伏发电等，大都采用全控型换流器，这些电力电子设备的引入很可能会带来一些谐波方面的问题。现有的小发电机组并入微电网的可行性分析。,5.4.2 微电网研究需要注意的问题,6 我们在微电网研究方面所做的工作,6.1理论方面通过对多种控制策略的比较，提出将分布式储能与可再生能源发电结合构成DG基本单元，采用改进的下垂控制与倒下垂控制结合的策略实现DG的基本控制，它具有多方面的优势：储能装置与可再生能源结合使分布式发电的输出可控（补偿）运行状态的近似无缝切换（无需控制策略切换）提高可靠性（分散储能）,微电网系统结构图,倒下垂控制器结构框图,下垂控制器结构框图,电压和频率支持主要由基于倒下垂控制策略的VSI提供，基于改进下垂控制策略的VSI作为主电源为微电网提供参考电压，下垂控制的VSI可以实现脱网时的无缝切换，倒下垂控制策略的VSI可以实现并网时的无缝切换,通过MATLAB/SIMULINK建立微电网模型仿真验证了该控制策略的可行性,脱网仿真波形,并网仿真波形,6.2 试验方面：搭建了基于下垂控制的无互联线DG基本控制实验台。,微网控制试验平台,谢谢大家！,