并網光伏發(fā)電微網系統(tǒng)

1、一、分布式發(fā)電與微型電網 1、分布式發(fā)電技術（Distributed Generation, DG) 、分布式發(fā)電技術（Distributed 以清潔能源為主的分布式電源（ Distributed Energy Resources, DERs） DERs） 微型燃氣輪機發(fā)電：以天然氣、甲烷、汽油（柴油）為燃料的超 微型燃氣輪機發(fā)電：以天然氣、甲烷、汽油（柴油）為燃料的超 小型燃氣輪機，發(fā)電效率可達30%以上，實行熱電聯(lián)產，效率可 小型燃氣輪機，發(fā)電效率可達30%以上，實行熱電聯(lián)產，效率可 進一步提高。特點：體積小、發(fā)電效率高、排污少、運行維護簡 單。 燃料電池發(fā)電：熔融碳酸鹽型MCFC、磷酸鹽

2、型PAFC、固體氧 燃料電池發(fā)電：熔融碳酸鹽型MCFC、磷酸鹽型PAFC、固體氧 化物型SOFC、質子交換膜PEMFC 化物型SOFC、質子交換膜PEMFC 將燃料（天然氣、煤制氣、石油）中的氫氣借助電解質與空氣中 的氧氣發(fā)生化學反應，在生成水的同時進行發(fā)電。 除電能之外，副產品：熱、水、少量CO2 除電能之外，副產品：熱、水、少量CO2 3 分布式電源（ Distributed Energy Resources, DERs） DERs） 太陽能發(fā)電技術（光伏、光熱） 風力發(fā)電技術 生物質能發(fā)電技術 海洋能發(fā)電技術 地熱能發(fā)電技術 儲能裝置： 蓄電池儲能、超導儲能、飛輪儲能 4 2 分布式發(fā)電

3、（ DG） DG） 自然能源 可再生能源 新能源 減少 CO2 排放量 節(jié)省能源 / 降低能源成本 5 分布式發(fā)電（ DG） DG） 分布式發(fā)電（ DG）是通過在配電網建立單獨的發(fā)電裝 DG）是通過在配電網建立單獨的發(fā)電裝 置來對重要負荷進行供電，并通過PCC（point of 置來對重要負荷進行供電，并通過PCC（ common coupling）和外界電網進行能量交換。 coupling）和外界電網進行能量交換。 分布式發(fā)電特點： n 靠近負荷用戶，通過電能和熱能的綜合利用提高能源利用效率 n 提高電能質量和供電可靠性 n 減少各種碳化物的排放，比較環(huán)保 n 減少電能遠距離傳輸帶來的線損和

4、各種穩(wěn)定方面的問題 n 延緩有負荷不斷增長帶來的電網不斷擴建 總之, 大電網與分布式發(fā)電（DG）相結合：降低能耗、提高電力 總之, 大電網與分布式發(fā)電（DG）相結合：降低能耗、提高電力 6 系統(tǒng)的可靠性和靈活性。 3 分布式發(fā)電（ DG） DG） 分布式發(fā)電的不足： n 分布式電源單機接入配電網成本高，控制困難 n 分布式電源對于大電網而言是不可控源，通常大電網是采取限 制、隔離的方式來對待DERs，減少DERs對大電網的沖擊 制、隔離的方式來對待DERs，減少DERs對大電網的沖擊 n 當電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，DERs必須馬上退出運行。影響了DERs 當電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，DERs必須馬上退出

5、運行。影響了DERs 作用的發(fā)揮 7 微型電網（ Micro Grid） Grid） 2、微型電網（Micro Grid） 、微型電網（Micro Grid） 微型電網：將各類發(fā)電裝置、儲能裝置、負荷及控制裝置集成 微型電網：將各類發(fā)電裝置、儲能裝置、負荷及控制裝置集成 起來，形成一個單一可控的單元，同時向用戶供給電能和熱能。 大電網 生物能 風能 光伏 燃料電池 微型燃 氣輪機 熱力負荷 儲能 負荷 負荷 熱力負荷 8 4 微型電網（ Micro Grid） Grid） 微型電網特點：除了分布式發(fā)電的優(yōu)勢之外 n 配電網側：微型電網相當于電網中的一個可控單元，它可以 配電網側：微型電網相當于

6、電網中的一個可控單元，它可以 在數秒內動作，以響應外部輸配電網的需求 n 用戶側：微型電網相當于可定制的電源，可滿足用戶多樣化 用戶側：微型電網相當于可定制的電源，可滿足用戶多樣化 的要求。例如增加供電可靠性，降低饋線損耗，支持當地電 壓，及時提供電壓下坍的校正，利用廢熱提高效率。 n 電壓等級：適合于中、低壓配電網 電壓等級：適合于中、低壓配電網 n 電源容量：微電源的容量在幾十千瓦幾百千瓦，或幾個兆瓦 電源容量：微電源的容量在幾十千瓦 n 運行模式：并網運行、自治運行（孤島運行） 運行模式：并網運行、自治運行（孤島運行） 9 典型微型電網結構示意 一種新型的電力系統(tǒng)： 將一定區(qū)域內擁有的發(fā)

7、電資源聯(lián)結起來，并通過配電網與主干大 電網并網運行 可以并網運行，也可以孤島運行 10 5 3、國外微型電網研究及進展 美國的微網研究 CERTS（美國電力可靠性技術解決方案協(xié)會） 11 美國的微網研究 CERTS（美國電力可靠性技術解決方案協(xié)會） 對微型電網的定義：微型電網是一種有負荷和微型電源共同組成 的系統(tǒng)，可同時提供電能和熱能；微網內部的電源有電力電子裝 置負責能量的轉換，并提供必要的控制；微電網向對于外部配電 網（大電網）相當于一個受控單元，并可同時滿足用戶對電能質 量和供電安全性的要求。 CERTS微電網的設計特點： n 分散的即插即用系統(tǒng)（plug-and-play system

8、），整個系統(tǒng)靈活 性很好 n 不采用快速的電氣控制 n 單點并網不上網，公共耦合（PCC），不外送功率 n 清晰的設計以提供不同層次的電能質量和供電可靠性 n 隨時可接入DERs等 12 6 美國 GE的微網研究 GE的微網研究 GE的微網 GE的微網 架構 GE對微網研究的側重點主要在于大的外環(huán) 路的監(jiān)控控制，以及能量利用和控制成本 的優(yōu)化 13 歐盟的微網研究項目（歐盟第五框架計劃）（I） 歐盟的微網研究項目（歐盟第五框架計劃）（I 7個歐盟國家，14個成員，NTUA組織實施，預算450萬歐元 個歐盟國家，14個成員，NTUA組織實施，預算450萬歐元 1998-2002 14 7 歐盟的

9、微網研究 歐盟的微網研究 德國ISET大學的微網實驗室 15 歐盟的微網研究 歐盟的微網研究 主要研究成果： n DERs 的模型 n 基于代理的控制策略、本地黑啟動策略、接地和保護方案 n 控制算法，包括分層式和分布 n 分布式電網內外的能量管理 n 裝置以及接口的響應和其它要求 n 量化了可靠性效益和降低的損耗 n 研制了一些穩(wěn)態(tài)和動態(tài)分析工具 16 8 歐盟第六框架計劃 （II）- 多微網 II） 11個歐盟國家，22個成員，NTUA組織實施， 2002-2006 11個歐盟國家，22個成員，NTUA組織實施， 預算850萬歐元 預算850萬歐元 17 歐盟的微網研究 歐盟的微網研究 多

10、微網項目的主要目標： n 研究成熟的分布式電源控制技術 n 研究多個微網的集成 n 研究標準和基準的需要 n 現(xiàn)場測試的以測試應用在實際微網中的控制技術 n 微網對電力系統(tǒng)運行和計劃的影響的量化 18 9 歐洲的微網示范項目 希臘Kythnos島微網系統(tǒng) 19 歐洲的微網示范項目 荷蘭Continuon度假村微網系統(tǒng) 20 10 歐洲的微網示范項目 德國Mannheim-Wasttadt地區(qū)的MVV居民區(qū)示范微網系統(tǒng) 21 日本的微網研究 NEDO的并網研究項目 22 11 NEDO組織的微網研究 NEDO組織的微網研究 主要側重與控制以及電能存儲 NEDO組織的微網研究項目： NEDO組織的

11、微網研究項目： n 中部機場的愛知世博會微電網示范工程 2個高溫熔融碳酸鹽型（MCFC）燃料電池（270kW+300kW）、 個高溫熔融碳酸鹽型（MCFC）燃料電池（270kW+300kW）、 4個磷酸鹽型( PAFC)燃料電池（各200kW）、1個固體氧化物 個磷酸鹽型( PAFC)燃料電池（各200kW）、1 型（SOFC）燃料電池（50kW），光伏發(fā)電容量300kWp、1個 型（SOFC）燃料電池（50kW），光伏發(fā)電容量300kWp、 鈉硫磺電池組（500kW）。 鈉硫磺電池組（500kW）。 n 京都微電網示范工程 n 青森縣微電網示范工程 23 日本青森縣八戶市微網示意圖 24 1

12、2 日本清水建設技研所的CHP微網系統(tǒng) 25 二、太陽能光伏發(fā)電微型電網 并網光伏發(fā)電微型電網系統(tǒng) n 以太陽光發(fā)電為主要電源，并需有穩(wěn)定電源（如微 型燃氣輪機、燃料電池、大容量儲能裝置等）配合 n 具有潔凈、運行成本低、可直接分布在用戶負荷中 心附近、適合城市化、區(qū)域化應用 n 提高災變情況下供電系統(tǒng)可靠性 n 應用場合：公共設施、學校、社區(qū)、醫(yī)院、商場、 工廠、農村、海島、國防軍事等 26 13 并網光伏發(fā)電微型電網 平滑化、電力品質維持 kW time 打消、 発電機等制御 kW time 受電點 大規(guī)模太陽光発電 導入建物 kW time 電力會社 蓄電池発電機 蓄電裝置 kW kW

13、time time 天然 発電機 27 先進穩(wěn)定的并網光伏發(fā)電微網系統(tǒng) 中日政府可再生能源科技合作項目 2007年 中日政府可再生能 源科技合作項目之一。 國家發(fā)改委、浙江省發(fā)改委 與日本新能源產業(yè)技術綜合 開發(fā)機構(簡稱NEDO）合作。 微網系統(tǒng)的電源容量240kW 太陽能發(fā)電：120kW 柴油發(fā)電機：120kW 光伏發(fā)電（自然變動能源） 比率提升到50%。 28 中方執(zhí)行單位：杭州電子科技大學 日方執(zhí)行單位：清水建設技術研究所 14 光伏發(fā)電微網系統(tǒng)的構成 大學內的高壓系統(tǒng) 供需控制系統(tǒng) 監(jiān)測 控制 并網點 閉：并網運行 開：自立運転 微網 超級電容 EDLC 100kW±2se

14、c 100kW± 鉛酸蓄電池 50kW×1h 50kW× 柴油 發(fā)電機 120kW 質量調節(jié) 裝置 100kVA 模擬負荷 200kW 太陽能發(fā)電 120kW 干擾發(fā)生 裝置 瞬間電壓 跌落補償器 100kVA 負荷A 負荷A 負荷B 負荷B 29 微網系統(tǒng)的電源容量：240kW 太陽能發(fā)電：120kW 柴油發(fā)電機：120kW 光伏發(fā)電（自然變動能源）比率提升到50%。 n 國內第一座并網光伏發(fā)電微型電網系統(tǒng) n 世界上第一座自然變動電源比例達50%的并網光伏發(fā) 電微網系統(tǒng) 30 15 實證實驗系統(tǒng)的構建 微網構建的位置 第6、第教學樓 31 實證試驗系統(tǒng)配置圖

15、配電盤室 發(fā)電機室 蓄電池室 地下 電纜 控制室 F 太陽能電池 第4 變電所 32 16 太陽能電池（120W)配置圖 太陽能電池板的數量 : 728 張 電池板安裝面積 : 946m2 固定輸出功率 : 120W 33 屋頂太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 34 17 柴油發(fā)電機組、蓄電池系統(tǒng) 柴油發(fā)電機組 蓄電池系統(tǒng) 35 EDLC控制系統(tǒng)、電壓跌落補償系統(tǒng) 超級電容、質量調節(jié)裝置等 電壓跌落補償系統(tǒng) 36 18 逆變器、并網連接、綜合控制室 第4變電所 控制室 37 實證研究的目標 今后能夠大量引進太陽能發(fā)電等新能源 擔心會給電網帶來影響 構筑以太陽能等自然變動能源為主體的穩(wěn)定微網系統(tǒng) 對利用微網安

16、全供電時所需要的技術性課題 進行實證研究 l并網狀態(tài)：以盡量降低對電網的影響為前提，實現(xiàn)穩(wěn)定供電 l獨立運行： 提供電壓、頻率穩(wěn)定的高品質電力 38 19 實證研究的內容 n 對微網穩(wěn)定供電對策進行驗證 n 對供需的控制方法進行驗證 n 對瞬間、短周期（數秒內）功率（電壓、頻率）變 動的追隨性能進行驗證 n 對在最大程度上利用太陽能發(fā)電等自然變動電源 的供電系統(tǒng)進行驗證 n 對并網及自立運行時的電力供需狀態(tài)模擬和分析 39 電能質量 n 自立（孤島）運行時，電能質量符合國標 微網系統(tǒng)在獨立（孤島）運行的電 能質量標準 標準電壓380V：380V±7% ±0.10.3Hz（平

17、均值） V100.32V（平均值） 35%（綜合） 標準電壓 頻率偏差 電壓閃變 高次諧波 40 20 項目的特點 n 構建微網系統(tǒng)，把光伏發(fā)電比率提升到50% Ø 太陽能發(fā)電：120kW 柴油發(fā)電機：120kW n對并網及獨立運行狀態(tài)下的供電穩(wěn)定性進行驗證 Ø 通過供需控制系統(tǒng)實現(xiàn)穩(wěn)定供電 Ø 利用蓄電池、超級電容追隨負荷變動 Ø 通過質量調節(jié)、瞬間電壓跌落補償裝置提高供電品質 n 獨立運行時，積極利用干擾發(fā)生裝置驗證供電品質 Ø 通過人工性干擾（電壓變動、頻率變動、閃變、高次諧波 等）， Ø 對維護供電品質的對策進行驗證 41 并網點恒定潮流控制 Constant power flow at the GP could be maintained. The power change of the GP was restrained to t