并网光伏发电微网系统-solarbe文库

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112009年 10月 30日并网光伏发电微网系统Grid-Connection Photovoltaic Micro-Grid System杭州电子科技大学光伏发电微网系统技术中心报告人刘士荣liushironghdu.edu.cn2n 分布式发电与微型电网n 并网光伏发电微网系统n 主要研究工作提纲23一、分布式发电与微型电网1、分布式发电技术（ Distributed Generation, DG以清洁能源为主的分布式电源（ Distributed Energy Resources, DERs ）微型燃气轮机发电以天然气、甲烷、汽油（柴油）为燃料的超小型燃气轮机，发电效率可达 30以上，实行热电联产，效率可进一步提高。特点体积小、发电效率高、排污少、运行维护简单。燃料电池发电熔融碳酸盐型 MCFC 、磷酸盐型 PAFC 、固体氧化物型 SOFC、质子交换膜 PEMFC将燃料（天然气、煤制气、石油）中的氢气借助电解质与空气中的氧气发生化学反应，在生成水的同时进行发电。除电能之外，副产品热、水、少量 CO24太阳能发电技术（光伏、光热）风力发电技术生物质能发电技术海洋能发电技术地热能发电技术分布式电源（ Distributed Energy Resources, DERs ）储能装置蓄电池储能、超导储能、飞轮储能35可再生能源减少 CO2 排放量节省能源 / 降低能源成本新能源自然能源分布式发电（ DG）6分布式发电（ DG）分布式发电（ DG）是通过在配电网建立单独的发电装置来对重要负荷进行供电，并通过 PCC （ point of common coupling ）和外界电网进行能量交换。分布式发电特点n 靠近负荷用户，通过电能和热能的综合利用提高能源利用效率n 提高电能质量和供电可靠性n 减少各种碳化物的排放，比较环保n 减少电能远距离传输带来的线损和各种稳定方面的问题n 延缓有负荷不断增长带来的电网不断扩建总之 , 大电网与分布式发电（ DG）相结合降低能耗、提高电力系统的可靠性和灵活性。47分布式发电的不足 n 分布式电源单机接入配电网成本高，控制困难n 分布式电源对于大电网而言是不可控源，通常大电网是采取限制、隔离的方式来对待 DERs，减少 DERs对大电网的冲击n 当电力系统出现故障时， DERs必须马上退出运行。影响了 DERs作用的发挥分布式发电（ DG）82、微型电网（ Micro Grid ）微型电网（ Micro Grid ）微型电网将各类发电装置、储能装置、负荷及控制装置集成起来，形成一个单一可控的单元，同时向用户供给电能和热能。生物能风能储能微型燃气轮机燃料电池光伏负荷负荷热力负荷热力负荷大电网59微型电网特点除了分布式发电的优势之外n 配电网侧微型电网相当于电网中的一个可控单元，它可以在数秒内动作，以响应外部输配电网的需求n 用户侧微型电网相当于可定制的电源，可满足用户多样化的要求。例如增加供电可靠性，降低馈线损耗，支持当地电压，及时提供电压下坍的校正，利用废热提高效率。n 电压等级适合于中、低压配电网n 电源容量微电源的容量在几十千瓦几百千瓦，或几个兆瓦n 运行模式并网运行、自治运行（孤岛运行）微型电网（ Micro Grid ）10一种新型的电力系统将一定区域内拥有的发电资源联结起来，并通过配电网与主干大电网并网运行可以并网运行，也可以孤岛运行典型微型电网结构示意6113、国外微型电网研究及进展美国的微网研究 – CERTS（美国电力可靠性技术解决方案协会）12对微型电网的定义微型电网是一种有负荷和微型电源共同组成的系统，可同时提供电能和热能；微网内部的电源有电力电子装置负责能量的转换，并提供必要的控制；微电网向对于外部配电网（大电网）相当于一个受控单元，并可同时满足用户对电能质量和供电安全性的要求。CERTS 微电网的设计特点n 分散的即插即用系统（ plug-and-play system），整个系统灵活性很好n 不采用快速的电气控制n 单点并网不上网，公共耦合（ PCC），不外送功率n 清晰的设计以提供不同层次的电能质量和供电可靠性n 随时可接入 DERs等美国的微网研究 – CERTS（美国电力可靠性技术解决方案协会）713美国 GE的微网研究GE的微网架构GE对微网研究的侧重点主要在于大的外环路的监控控制，以及能量利用和控制成本的优化14欧盟的微网研究项目（欧盟第五框架计划）（ I ）1998-20027个欧盟国家， 14个成员， NTUA组织实施，预算 450万欧元815德国 ISET 大学的微网实验室欧盟的微网研究16主要研究成果 n DERs 的模型n 基于代理的控制策略、本地黑启动策略、接地和保护方案n 控制算法，包括分层式和分布n 分布式电网内外的能量管理n 装置以及接口的响应和其它要求n 量化了可靠性效益和降低的损耗n 研制了一些稳态和动态分析工具欧盟的微网研究917欧盟第六框架计划（ II ） - 多微网2002-200611个欧盟国家， 22个成员， NTUA组织实施，预算 850万欧元18多微网项目的主要目标 n 研究成熟的分布式电源控制技术n 研究多个微网的集成n 研究标准和基准的需要n 现场测试的以测试应用在实际微网中的控制技术n 微网对电力系统运行和计划的影响的量化欧盟的微网研究1019希腊 Kythnos岛微网系统欧洲的微网示范项目20欧洲的微网示范项目荷兰 Continuon度假村微网系统1121欧洲的微网示范项目德国 Mannheim-Wasttadt地区的 MVV 居民区示范微网系统22日本的微网研究NEDO 的并网研究项目1223主要侧重与控制以及电能存储NEDO 组织的微网研究NEDO 组织的微网研究项目 n 中部机场的爱知世博会微电网示范工程2个高温熔融碳酸盐型（ MCFC ）燃料电池（ 270kW300kW ）、4个磷酸盐型 PAFC 燃料电池（各 200kW ）、 1个固体氧化物型（ SOFC）燃料电池（ 50kW ），光伏发电容量 300kWp 、 1个钠硫磺电池组（ 500kW ）。n 京都微电网示范工程n 青森县微电网示范工程24日本青森县八户市微网示意图1325日本清水建设技研所的 CHP 微网系统26二、太阳能光伏发电微型电网并网光伏发电微型电网系统n 以太阳光发电为主要电源，并需有稳定电源（如微型燃气轮机、燃料电池、大容量储能装置等）配合n 具有洁净、运行成本低、可直接分布在用户负荷中心附近、适合城市化、区域化应用n 提高灾变情况下供电系统可靠性n 应用场合公共设施、学校、社区、医院、商场、工厂、农村、海岛、国防军事等1427電力会社timekW timekWtimekWtimekW大規模太陽光発電の導入建物蓄電装置打ち消しあうように、発電機等を制御蓄電池＋発電機受電点timekW平滑化し、電力品質維持并网光伏发电微型电网28先进稳定的并网光伏发电微网系统中日政府可再生能源科技合作项目2007年中日政府可再生能源科技合作项目之一。国家发改委、浙江省发改委与日本新能源产业技术综合开发机构简称 NEDO）合作。微网系统的电源容量 240kW太阳能发电 120kW柴油发电机 120kW光伏发电（自然变动能源）比率提升到 50。中方执行单位杭州电子科技大学日方执行单位清水建设技术研究所1529光伏发电微网系统的构成超级电容EDLC100kW± 2sec铅酸蓄电池50kW 1h柴油发电机120kW质量调节装置100kVA太阳能发电120kW干扰发生装置负荷 B1631微网构建的位置实证实验系统的构建第 6、第８教学楼32第 4变电所控制室４ F发电机室蓄电池室配电盘室太阳能电池地下电缆实证试验系统配置图1733太阳能电池（ 120ｋ W配置图太阳能电池板的数量 728 张电池板安装面积 946m2固定输出功率 120ｋ W34屋顶太阳能光伏发电系统1835柴油发电机组、蓄电池系统柴油发电机组蓄电池系统36电压跌落补偿系统超级电容、质量调节装置等EDLC控制系统、电压跌落补偿系统1937第 4变电所控制室逆变器、并网连接、综合控制室38实证研究的目标担心会给电网带来影响今后能够大量引进太阳能发电等新能源构筑以太阳能等自然变动能源为主体的稳定微网系统对利用微网安全供电时所需要的技术性课题进行实证研究l 并网状态以尽量降低对电网的影响为前提，实现稳定供电l 独立运行提供电压、频率稳定的高品质电力2039实证研究的内容n 对微网稳定供电对策进行验证n 对供需的控制方法进行验证n 对瞬间、短周期（数秒内）功率（电压、频率）变动的追随性能进行验证n 对在最大程度上利用太阳能发电等自然变动电源的供电系统进行验证n 对并网及自立运行时的电力供需状态模拟和分析40n 自立（孤岛）运行时，电能质量符合国标3～ 5（综合）高次谐波△ V10≦ 0.32V（平均值）电压闪变± 0.1 ～ 0.3Hz（平均值）频率偏差标准电压 380V 380V± 7标准电压微网系统在独立（孤岛）运行的电能质量标准电能质量2141项目的特点n 构建微网系统，把光伏发电比率提升到 50 太阳能发电 120kW 柴油发电机 120kWn 对并网及独立运行状态下的供电稳定性进行验证通过供需控制系统实现稳定供电利用蓄电池、超级电容追随负荷变动通过质量调节、瞬间电压跌落补偿装置提高供电品质n 独立运行时，积极利用干扰发生装置验证供电品质通过人工性干扰（电压变动、频率变动、闪变、高次谐波等），对维护供电品质的对策进行验证42Constant power flow at the GP could be maintained.The power change of the GP was restrained to targeted purchase power less than ± 5kW并网点恒定潮流控制2243自立运行试验自立（独网）运行时，通过柴油发电机、蓄电池和光伏发电的配合，达到负荷平衡，电压和频率保持在稳定水平44三、主要研究工作n 光伏发电微网的规划、设计、分析和系统构建技术n 光伏发电微网系统建模与仿真n 光伏发电微网系统的独网（孤岛）稳定运行（能量优化、管理和控制策略等）n 光伏发电微网与电网（配电网）的协调运行、控制和保护技术研究n 光伏发电微网系统的经济运行n 光伏发电微网系统实证研究2345