交直流混合微电网关键技术研究
本文是中新国际合作项目“含分布式电源的微电网运行与优化控制的合作研究”(2010DFB63200)的主要研究内容之一,它针对当今中国日益加剧的环境污染、日趋匮乏的一次能源及低效的可再生资源利用率而提出的。交直流混合微电网(Hybrid Micro-grid)为解决大电网的很多问题带来了巨大便利和契机,同时也
为各种分布式电源的高效利用提供新的思路。
近几年国内外学者对交直流混合微电网相关课题进行了大量研究,很多方面已取得一定成果。然而,交直流混合微电网是极其复杂的配电网形式,整个系统的协调控制、系统的经济性、系统的可靠性及优化配置等方面均存在很多问题,技术尚不成熟。
因此,对交直流混合微电网上述存在问题等关键技术的研究具有重要的理论价值和现实意义。针对交直流混合微电网存在的上述问题,本文采用理论分析、结构建模、仿真及实验相结合的方法,从控制策略,经济性、效率及优化配置等方面对交直流混合微电网进行了深入研究。
主要研究内容如下:搭建交流、直流及交直流混合微电网的模型结构,并详细分析三种微电网的工作原理。分析比较混合微电网常用的P/Q控制、V/f控制和Droop控制三种控制方式,指出了其使用场合,描绘了各自的下垂曲线并详细分
析研究了它们的控制原理,以仿真对其原理进行验证。
针对传统下垂控制按微电源额定功率比例分配功率的问题,在建立发电单元成本函数的基础上,提出了改进的最大成本线性下垂控制函数,即最大发电成本
与最小频率及最大发电成本与电压的关系。搭建实验电路,对于各个微源,验证发电功率与成本的反比关系;对于微电网,验证频率波动小、运行稳定及发电成本小。
多层控制策略解决直流微电网中各种电源级别不同,投入运行的时间顺序也不同的问题。而由于传输线阻值是决定功率分配的重要因素,提出改进的多模控制方式,即V/P下垂控制。
基于直流微电源及直流负载电压等级的不同,提出多阶直流微电网概念,构建了电路模型并详细分析各种模式工作原理,以相邻俩母线为例,深入研究了相邻母线间功率传输问题。搭建二阶直流配电网,实验表明多阶直流配电网可节约变换器数量及提高效率。
针对交直流混合微电网协调控制存在的问题,深入分析并网及孤岛模式的运行原理。并网工作时,以直流侧母线电压为参考,提出改进的直流下垂控制策略,推导出双向交直流变换器功率传输的大小及方向。
孤岛工作时,以交流侧频率为参考,提出改进的交流下垂控制策略,推导出双向变换器功率传输大小及方向。综合上述两种情况,本文提出归一化处理方法,详细推导功率传输公式,研究出控制流程图。
仿真和对实验均验证了上述所提控制方法的优越性。针对混合微电网中电源优化配置方面存在的问题,基于改进粒子群算法并结合精英非支配排序遗传算法(NSGA-II)中的几种优势,提出混合智能优化配置算法。
以三种基本测试函数验证所提算法最优解寻优及收敛性。应用于微电网,选取合适的目标函数和约束条件,采用TOPSIS策略得到最优配置方案。
以分布式发电单元和储能电池选址定容为例对所提算法进行验证。
交直流混合微电网关键技术研究 本文是中新国际合作项目“含分布式电源的微电网运行与优化控制的合作研究”(2010DFB63200)的主要研究内容之一,它针对当今中国日益加剧的环境污染、日趋匮乏的一次能源及低效的可再生资源利用率而提出的。交直流混合微电网(Hybrid Micro-grid)为解决大电网的很多问题带来了巨大便利和契机,同时也 为各种分布式电源的高效利用提供新的思路。 近几年国内外学者对交直流混合微电网相关课题进行了大量研究,很多方面已取得一定成果。然而,交直流混合微电网是极其复杂的配电网形式,整个系统的协调控制、系统的经济性、系统的可靠性及优化配置等方面均存在很多问题,技术尚不成熟。 因此,对交直流混合微电网上述存在问题等关键技术的研究具有重要的理论价值和现实意义。针对交直流混合微电网存在的上述问题,本文采用理论分析、结构建模、仿真及实验相结合的方法,从控制策略,经济性、效率及优化配置等方面对交直流混合微电网进行了深入研究。 主要研究内容如下:搭建交流、直流及交直流混合微电网的模型结构,并详细分析三种微电网的工作原理。分析比较混合微电网常用的P/Q控制、V/f控制和Droop控制三种控制方式,指出了其使用场合,描绘了各自的下垂曲线并详细分 析研究了它们的控制原理,以仿真对其原理进行验证。 针对传统下垂控制按微电源额定功率比例分配功率的问题,在建立发电单元成本函数的基础上,提出了改进的最大成本线性下垂控制函数,即最大发电成本 与最小频率及最大发电成本与电压的关系。搭建实验电路,对于各个微源,验证发电功率与成本的反比关系;对于微电网,验证频率波动小、运行稳定及发电成本小。
第38卷第2期2019年2月 电工电能新技术 Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy Vol.38,No.2 Feb.2019 收稿日期:2018-06-21 基金项目:国家重点研发计划项目(2017YFB0903300)二国家电网公司科技项目 交直流柔性互联配电网络构建及协调 控制关键技术 作者简介:程 林(1973-),男,湖南籍,副教授,博士,研究方向为电力系统可靠性理论二主动配电网规划; 田立亭(1983-),女,山西籍,高级工程师,博士研究生,研究方向为主动配电网规划二能源互联网规划三含分布式电源的多电压等级交直流混合 配用电测试系统 程 林1,田立亭1,葛贤军1,刘满君1 ,黄仁乐2 (1.电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室,清华大学电机系,北京100084; 2.国家电网北京市电力公司,北京100031) 摘要:交直流混合的配电网络为分布式电源及新型负荷的广泛接入提供条件,是未来配电网形态的重要发展方向三本文考虑分布式光伏二风电二电化学储能二交直流负荷的接入,考虑电力电子变压器二直流变压器二故障电流限制器等电力电子设备的应用,建立交直流混合的配用电测试系统,并依据设备的控制模式,给出系统典型的运行方式三所建立的测试系统具有一定适用性,可为交直流混合的配用电系统的稳态计算和相关研究提供基础三 关键词:交直流混合配用电系统;电力电子变压器;直流变压器;分布式电源 DOI :10.12067/ATEEE1806056 文章编号:1003-3076(2019)02-0060-12 中图分类号:TM72 1 引言 随着分布式光伏二风电二储能等分布式电源 (Distributed Energy Resource,DER)以及电动汽车 等新型负荷接入比例的不断提高,传统配电网在供电能力二运行控制等方面面临极大挑战三现有配电网单向的辐射状拓扑结构无法适应高比例DER 的接入需求,通过柔性互联设备将传统的辐射状配网发展为环形网络[1],是应对DER 大量接入的重要方式三同时,由于分布式电源二储能和负荷中存在大量 直流设备,直流配电网在供电能力二可控性二可扩展性等方面具有一定优势,可降低电力电子设备的总体成本,减少电能损耗,充分发挥DER 的效益[2,3]三未来配电网将由传统的单一交流配电网络逐步发展成交直流混合的配电网络,多个交直流电压等级构成多层次环网状结构将成为未来配电网的主要结构 [1] 三未来配电网形成交流和直流系统的优势互 补,显著提高系统的灵活性和可靠性三在多电压等级交直流混联环状网络结构下,实现DER 灵活接入,同时具备分层分区运行控制方式,实现可再生能 源在本地和大范围内的消纳三 未来配电网将在高压二中压以及低压形成基于环形母线的多层级交直流混联结构,形成包含区域综合配电系统二局域综合配电系统二综合微网和直流信息纳电网的四层网络结构[4]三目前,交直流混合配电网的结构二运行控制技术等仍处于研究阶段,实 际工程通常局限于单个电压等级和网络形式,缺乏具有一定普适性的参考算例三 本文梳理交直流混合系统的结构和电压等级,依据分布式光伏二风电二电化学储能等DER 的接入方式,考虑电力电子变压器二直流变压器二故障电流限制器等柔性设备的典型结构和控制方式,建立系统稳态模型,提出交直流混合的配用电测试系统,并给出系统典型的运行方式,为交直流混合配用电系统的研究提供基础三 2 交直流混合配用系统的电压等级和典型 结构 参照GB /T 156 [5] 和GB /T 35727[6],按照电压等 级,交直流混合配电系统可分为高压交直流二中压交 万方数据
交直流混合微电网结构分析与研究 微电网通过运用各种分布式可再生能源，已成为现代电网重要组成部分。而交直流混合微电网，有效解决分布式电源容量瓶颈以及间歇性接入问题，并具有一定的错峰填谷功能，使其供电可靠性及其电能质量进一步提高，符合电力发展需求。 标签：交直流混合；微电网；分布式电源；储能系统 1 概述 随着电网技术的发展，与大电网相比，交直流混合微电网结构更加灵活方便，可控性强，并且更加稳定和安全，已成为现代大电网的重要组成部分。对于近端或者重要用户，微电网可实现自行完成供电服务，从而满足用户多样化需求；而对于重要负荷，交直流混合微电网供电更加可靠和安全，可有效减少大电网供电的不稳定性，确保电能质量，可有效降低由大电网供电故障引起的经济损失，从而降低大电网的建设成本投入，故具有良好经济和社会效益。同时，微电网能够有效地调节大电网峰值，并且可以避免增加发电装机容量所引起的高额成本，可以有效改善峰谷差值。 2 交直流混合微电网电源 2.1 燃料电池 燃料电池作为一种常见的分布式电源，其能量转换方式和普通电池相似，结构主要包括电解质、电极和联接电池正负极的端部设备，反应过程能量遵循从化学能到电能的转化。在燃料电池反应过程中，内部物质并不是静止不动的，正式由于燃料不间断的流向负电极，而空气不断的流向正电极，从而形成一个循环，需要在电极表面添加催化剂，经过催化剂的作用，燃料和水将会发生化学反应，在其反应过程中主要是氢气和氧气在催化剂的作用下从而生成水，由于电子是可以在水中运动的，电子的定向移动会形成一定的轨迹，而大量电子的移动便形成封闭电路，从而形成电流。不会对环境产生污染，推广应用前景广阔。 2.2 光伏电池 太阳能是地球上最基本、最常见的可再生能源，相对于当前的人类社会发展，太阳可看作是人类永恒的能量来源，其实质就是传递到地球上的电磁能能够被人类储存和使用。在当前，太阳能发电主要分为并网运行和离网运行两种工作方式，其中并网运行方式是当前主要的研究方向。并网光伏发电系统主要包括光伏阵列模块（又称太阳能电池板）、控制器与逆变器等三部分。 2.3 风能电池
微电网技术研究现状 国 海1、2;苏建徽1;张国荣1 (1.合肥工业大学电气与自动化工程学院,安徽合肥 230009;2.安徽科技学院,安徽凤阳 233100)摘 要:首先阐释了微网的概念、结构及特点,然后对当前美国、欧盟和日本等国的微网研究现状进行了介绍,并介绍了微网运行方式,最后着重探讨了现阶段微电网研究中的关健问题和相关研究现状。 关键词:微网;DG;分布式发电;电网 Abstract:Firstly,the concep t,the structure and the characteristics of m icr ogrid are p resented.Then,the p resent devel opment of m icr ogrid in the United States,Eur ope and Japan is intr oduced as well as the operati on modes of m icr ogrid.A t last,the key p r oblem s and the research conditi ons related t o m icr ogrid are discussed e mphatically. Key words:m icr ogrid DG;distributed generati on;power grid 中图分类号:T M711 文献标识码:A 文章编号:1003-6954(2009)02-0001-06 1 微网的概况 1.1 微网产生的背景 随着国民经济的发展,电力需求迅速增长,电网规模不断扩大,超大规模电力系统的弊端也日益凸现,成本高,运行难度大,难以适应用户越来越高的安全和可靠性要求以及多样化的供电需求。尤其在近年来世界范围内接连发生几次大面积停电事故[1], 2008年年初中国南方冰灾还是在汶川震灾期间,中国电网都发生了大面积的停电[2],电网的脆弱性充分暴露了出来。 分布式发电可以提供传统的电力系统无可比拟的可靠性和经济性,具有污染少、可靠性高、能源利用效率高,同时分布式电源位置灵活、分散的特点极好地适应了分散电力需求和资源分布,延缓了输、配电网升级换代所需的巨额投资,它与大电网互为备用也使供电可靠性得以改善[3]。欧美等发达国家已开始广泛研究能源多样化的、高效和经济的分布式发电系统,并取得了突破性进展[4]。 尽管分布式电源优点突出,但本身存在诸多问题,如分布式电源单机接入成本高、控制困难等。另外,为减小分布式电源对大电网的冲击,大系统往往采取限制、隔离的方式来处置分布式电源,当电力系统发生故障时,分布式能源必须马上退出运行。这就大大限制了分布式能源的充分发挥,也间接限制了基金项目:国家自然科学基金资助项目(50777015)对新能源的利用[5]。 为了降低DG带来的不利影响,同时发挥DG积极的辅助作用,一个较好的解决方法就是把DG和负荷一起作为配电子系统———微网(M icr ogrid)[6～8]。 1.2 微网的概念 从1999年开始,美国电力可靠性技术解决方案协会(cons ortium f or electric reliability technol ogy s olu2 ti ons,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。到2002年, CERTS从结构、控制、经济等方面系统全面介绍了微网的概念[6]: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。 1.3 微网的结构 微网的基本结构如图1所示,微网中包含有多个DG和储能系统,联合向负荷供电,整个微网对外是一个整体,通过断路器与上级电网相联。微网中DG 可以是多种能源形式(光电、风电、微型燃气轮机等),还可以以热电联产(combined heat and power, CHP)或冷热电联产(combined cold heat and power, CCHP)形式存在,就地向用户提供热能,提高DG利用效率。 在图1中微网有A、B、C三条馈线,其中A、C馈线中含有重要负荷,安装有多个DG,馈线B为非重
微电网是什么_微电网的概念及技术特点 微电网的概念微电网（Micro-Grid）也称为微网，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。 微电网是一个可以实现自我控制、保护和管理的自治系统，它作为完整的电力系统，依靠自身的控制及管理供能实现功率平衡控制、系统运行优化、故障检测与保护、电能质量治理等方面的功能。 微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，使传统电网向智能电网过渡。 微电网中的电源多为容量较小的分布式电源，即含有电力电子接口的小型机组，包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池、小型风力发电机组以及超级电容、飞轮及蓄电池等储能装置。它们接在用户侧，具有成本低、电压低以及污染小等特点。 由于环境保护和能源枯竭的双重压力，迫使我们大力发展清洁的可再生能源。高效分布式能源工业（热电联供）的发展潜力和利益空间巨大。提高供电可靠性和供电质量的要求以及远距离输电带来的种种约束都在推动着在靠近负荷中心设立相应电源。通过微电网控制器可以实现对整个电网的集中控制，不需要分布式的就地控制器，而仅采用常规的量测装置，量测装置与就地控制器之间采用快速通讯通道。采用分布式电源和负荷的就地控制器实现微电网暂态控制，微电网集中能量管理系统实现稳态安全、经济运行分析。微电网集中能量管理系统与就地控制器采用弱通讯连接。 微电网的特点微电网系统结构图微电网系统由于包含有数量众多、特性各异的多种分布式电源而成为一个大规模、非线性、多约束和多时间的多维度复杂系统，具有复杂性、非线性、适应性、开放性、空间层次性、组织性和自组织性、动态演化性等复杂系统特征，属于一类变量众多、运行机制复杂、不确定性因素作用显著的特殊的复杂巨系统。因此，微
交直流电力系统潮流计算 摘要：由于我国能源分布与经济发达地区的不均衡性，今后能源大规模、远距离流动成为必然。特高压直流输电具有送电容量大、送电距离远等优点，在今后的能源流动中具有不可替代的地位。本文首先阐述了高压直流输电系统的发展及运行特点，总结已有的交直流电力系统潮流计算的一般方法，提出一种实用新型交直流电力系统潮流计算方法。同时对大规模交直流互联系统，提出了分区并行潮流算法的思路。 关键词：电力系统，交直流互联，潮流计算 1. 引言 我国地域辽阔，水能、煤炭资源较丰富，油、气资源相对贫乏，发电能源资源的分布和用电负荷的分布极不均衡。一方面，全国可开发的水电资源有近2/3 分布在西部的四川、云南、西藏三省区，煤炭保有储量的2/3分布在山西、陕西、内蒙古三省区；另一方面，东部沿海和京广铁路沿线以东地区经济发达，用电负荷约占全国的 2/3。今后我国水能和煤炭资源的开发多集中在西南、西北和晋、陕、蒙地区，并逐步西移和北移，而东部沿海和京广铁路沿线东地区国民经济持续快速发展，导致能源产地与能源消费地区之间的距离越来越远，使得我国能源配置的距离、特点和方式都发生了巨大变化，因此必然引起能源和电力的跨区域大规模流动。 直流输电一般定位于一定距离、一定规模的电力外送，在今后的电网发展中将日益受到重视。随着电力大规模流动的距离逐渐加大，现有的±500kV直流输电将无法满足要求，客观上需要采用更高一级的直流输电电压等级。根据对我国西南水电外送输电方案的多次滚动规划研究成果并结合国外的相关研究结论，±800kV 直流输电在技术上是可行的，比较适合我国的实际情况。
随着高压直流输电的应用越来越广泛，交直流混合电力系统将越来越普遍存在，其潮流算法也应当相应的有所发展，以适应实际的需求。交直流互联电力系统潮流算法主要分为联合求解法和交替求解法。联合求解法的收敛性好，但破坏了交流潮流算法中雅可比矩阵的结构，计算效率会随着直流系统的增加而降低；交替求解法的收敛条件相对苛刻，不需要修改交流系统的雅可比矩阵，易于实现。 在讨论算法的同时，也应当考虑到大规模交直流混合电力系统的区域特性，因此如何对大规模交直流混合电力系统进行区域划分，进行并行求解也是本文讨论的范围。 本文首先对高压直流输电系统进行阐述，表明其未来具有良好的发展空间，因此研究交直流电力系统的潮流计算是非常有必要的。其次适当总结当前交直流电力系统的算法，并提出一种实用新型算法。最后对大规模交直流电力系统的分区并行计算思路做出阐述。 2. 高压直流输电 人们对电力的应用和认识以及电力科学的发展都是首先从直流电开始的。19世纪初期发展起来的信号传输——电报，虽然传输的电流是很微弱的，但是人们从此得到启发，并引用于电力传输。法国物理学家德普勒提出：如果输电电压选择的足够高，即使沿着电报线路也可能输送较大的功率到较远的距离。他并于1882年，用装设在米斯巴赫煤矿中的直流发电机，以1500——2000伏电压，沿着57公里的电报线路，把电力送到在慕里黑举办的国际展览会，完成了第一次输电试验，也是有史以来的第一次直流输电试验。 此后，直流输电的电压、功率和距离分别达到125千伏，20兆瓦和225公里。但由于当时是采用直流发电机串联组成高压直流电源，受端电动机也是串联方式运行的。不但高电压大容量直流电机的换向有困难，而且串联的运行方式比较复杂，可靠性差，因此直流输电在当时没有得到进一步的发展。与此同时，随着生产的发展和电能需求的不断增长，在十九世纪八十和九十年代，人们逐步掌握了
微电网规划设计关键技术分析与展望申惠琪 发表时间：2018-12-26T14:53:03.853Z 来源：《河南电力》2018年13期作者：申惠琪1 陈鹏2 [导读] 随着微电网应用领域的逐渐扩大，微电网的类型、功能以及组网和组群方式呈现多样性，导致微电网规划设计具有与传统电网不同的特点和要求，需专门研究适用于不同类型和组网方式的微电网规划设计方法。 （1.国网冀北电力有限公司经济技术研究院北京海淀区 100038； 2.国网冀北电力有限公司工程管理公司北京丰台区 100070） 摘要：随着微电网应用领域的逐渐扩大，微电网的类型、功能以及组网和组群方式呈现多样性，导致微电网规划设计具有与传统电网不同的特点和要求，需专门研究适用于不同类型和组网方式的微电网规划设计方法。同时，微电网及微电网群的大规模接入必然对配电网的安全、可靠运行产生深刻影响，所以有必要开展配电网与微电网协同规划技术研究。 关键词：微电网规划设计；关键技术；展望 1微电网规划设计关键技术 1.1电网规划阶段 在进行电网的规划时，直接影响到电网安全的关键因素就是对电压的选择，所以在进行电压选择时必须要确保电压的等级，然后在进行科学、合理的选择。当前，实际运行的微电网电压过高或是较低的问题是极易产生的，一旦发生安全事故，必然会造成严重的损失。针对这种问题，在选择电压级时，必须充分考虑实际的情况，选择合适的等级，可以有效的防止安全事故的产生。在规划设计时，还要确保电网供电具有合法性，必须是符合国家规定标准的情况向进行内容规划及处理机制，严格遵循规定标准的具体规定。 1.2电网网架形式 电网网架的形式需要慎重的选择，尤其是对城市的变电站进行选择时，它的灵活以及可靠性都要求较高，必须选用双环双链式。但农村的变电站要求并不太高，单辐射或是单链单环即可满足设置需求。同时网架形式的选择，必须需要结合城市的未来发展规划、方向进行综合性的考虑，从而有效的提高自身的价值，更具实用性。 1.3负荷预测方式 受外界各种因素的不同反应，地域的用电量总和容易产生微妙的变化。例如常见的天气变化因素、设备事故、大型的社会活动等都会对其产生一定的影响。为了有效的解决这些题，根据不断的实践经验，以及科技水平的发展，进行不断的总结，从而寻找到一些新的预测方式。可按照以下几点进行：首先，人工神经网络，这是一种通过模拟动物的神经建立的一种数学模型，通过系统的复杂性，从而达到处理信息的方式。这种方式可以有效的完成计算的分析工作，所以比较适合进行电力负荷预测工作。其次，专家系统预测法，由于电网数据会反馈在专门的数据库中，所以可以根据发展的实际情况，以及最终的分析结果在结合数据库中的信息数据进行判断，从而达到预测负荷的作用，还可以保证数据的精准性。但是这种方法还是有一定的弊端就是预测的时间比较长。最后，模糊神经网络法，这种方式也是应用程度比较广泛的一种方式。 1.4综合能源系统 综合能源互联系统是能源互联网的重要组成部分，将电力网、天然气网、热力网、氢气网、交通网等互联，通过优化设计和协调运行，实现多能互补和替代用能。综合能源系统因地制宜，充分利用当地光伏、风电、地热等可再生能源，满足终端用户的冷、热、电、气等多种能源需求，降低用户的综合用能成本，提高能源利用效率，降低污染物排放，实现安全、可靠、清洁、高效、环境友好和可持续发展。 2微电网规划设计关键技术展望 2.1微电网-配电网协同规划 （1）开展微电网与配电网适应性评估方法及提升策略研究。针对典型微电网负荷形态及外特性，研究建立考虑故障恢复、网络重构、电压调节等因素的微电网仿真计算模型。研究考虑故障处理策略的配电网及微电网可靠性评估技术，探索配电网及微电网可靠性评估方法，提出计及微电网贡献的配电网可靠性提升策略。研究微电网电压无功调节特性，建立计及典型微电网特性和不同渗透水平的配电网电压无功优化模型，提出考虑投资成本和运行经济性并计及微电网电压调节能力的无功优化配置方案。探索以可靠性和电压质量为约束，以经济性最优为目标的微电网接纳能力评估方法，对影响接纳能力的因素进行灵敏度分析，提出微电网接纳能力的提升策略。 （2）开展微电网与配电网协同规划技术原则及典型供电模式研究。考虑微电网类型和规模、运行控制模式、渗透水平和供电可靠性需求等因素，探索电网供电区域划分原则与划分标准，差异化指导微电网－配电网协同规划建设。以提高供电可靠性、电能质量、设备资产利用率以及投资经济性为目标，研究涵盖网架结构、配电自动化、设备选型、通信配置及运行控制等因素的微电网－配电网协同规划技术原则，并优化适应于不同类型微电网的配电网典型供电模式，提高配电网与微电网整体性能。 2.2微电网群分层分区规划设计 单微电网、独立存在的多个微电网和微电网群相比，微电网群因为是多个互联网相结合而成的，其更具备组网模式以及交直流特性，多样性的运行方式等特性，出现的各种的耦合关系是比较复杂的。 2.3微电网模块化设计 目前针对微电网工程设计的研究较少，微电网示范工程在设计中缺乏统一技术原则和建设模式，通常采用定制化设计方案。定制化设计方案个体性强、通用性差，且投资成本高、建设周期长，推广性差，设计质量难以保证，由此导致部分项目实施过程中出现可再生能源无法高效利用和就地消纳、能源系统的综合利用效率低等问题。应探索研究微电网模块化设计理念，结合模块化设计思想将传统的“建设微电网”转变为“配置微电网”，从而使设计方案更具有科学性、典型性与普适性。微电网模块化设计应重点研究微电网基本模块设计及功能划分、微电网模块化架构设计与组合配置、微电网模块化典型设计方案等问题。微电网模块化设计技术方案如图1所示。
（河南开封供电公司，开封 475000） 摘 要：由于交直流混合微电网可以减少多重变换器运行所产生的损耗、谐波电流，同时能够提高系统的经济性、可靠性，所以现在已成为当今微电网的主要发展方向。笔者将从电压等级、接地方式、母线结构和网络拓扑等角度，探讨交直流混合微电网的规划设计，以供有意对交直流混合微电网进行深入研究的专家学者参考。 关键词：交直流混合微电网 规划设计 网络拓补 示范工程 前言 目前，社会在能源需求不断增加的同时，环境保护的概念越来越强烈。结合电网结构在发展过程中的一些问题，微电网作为一种新型模式不断发展起来。微电网从供电方式以及网架结构的角度进行分类，有交流微电网、直流微电网以及交直流混合微电网三种类型。交直流混合微电网是当前发展环境下最主流的一种。虽然其运用广泛，但是分布式电源并联接入时带来的谐振、谐波等问题还需得到进一步分析研究来解决。和交流微电网相比，直流微电网的优势主要在于不需考虑各DG之间的同步问题。因此，可以看出，直流微电网的优势主要体现在环流抑制上。另外，直流微电网的另一个优点是，它只需要在和主网连接的地方应用逆变器即可，使得系统成本包括相关损耗降低。 现在，智能电网正在以其可持续性以及对环境的改善作用，作为当今社会提供高质量的、可靠电能的建设理念，获得了人们的认可。其特点主要在于能够便捷地将不同的储能系统、交直流发电系统以及不同的交直流负载进行连接，从而使运行效率达到最大化。直流微电网以及交流微电网在这种背景下，则有明显的不足之处。因此，为了降低纯粹的交流、直流微电网在实际运用中的多种弊端，交直流混合微电网应运而生。 １ 交直流混合微电网的电压等级分类 １．１ 交流子微电网电压等级 目前，交流微电网并没有严格固定的电压等级相关标准。所以，分布式电源容量是目前部分微电网工程圈定电压等级的主要判断标准。主要有以下几点：如果电源的总容量在0.2MW及以下，那么并网电压就要处在0.4KV水平；如果电源的总容量是0.2MW到8MW之间，那么并网电压就要处在10KV水平；在并网电压处于35KV时，电源总容量是在8MW到30MW之间；当网电压就要处于110KV水平时，其电源总容量则需要在30MW及以上。 微电网还处理发展研究阶段， 6.6KV/200V，通过双向变流器可转 是我国使用的唯一单相电压有效值， ～400V则是直流母线的电压范围。目前，380V是得到了国际相关标准认可的电压。这项标准确定的根据来自美国数据中心的直流配电，而且进行了严密的可行性研究，符合我国居民直流供电系统。 ２ 交直流混合微电网的母线结构 交流微电网母线结构是由单母线、单母分段、双母线等多种接线方式完成的，与交流配电网的连接方式很相像。通常而言，直流微电网的母线结构不同于交流微电网的母线结构。直流微电网母线的结构包括单母线结构、双母线结构、双层式母线结构以及冗余式母线结构。 ２．１ 单母线结构 一般来说，单母线结构的直流微电网和现存的交流接线板等相关的转接设备都可兼容。假如给低压设备供电，如计算机，那么变流器的电压应力就会增大。考虑到这种情况，在进行输电时，应该对每个低压电子设备配置电源适配器。 ２．２ 双层式母线结构 双层式母线结构是利用分层设计的原理重新调整了单母线结构。一般来说，一级母线的电压比较高，二级母线的电压比较低。双层式母线结构主要是运用当住宅流入高直流电压等级的母线后，高直流电压通过变换器进行转化，从而转换为较低的电压等级。相比而言，这种双层式母线结构更加适用含有多种电压等级的电力设备。 ２．３ 双母线结构 实现与目前存在的转接设备的相互兼容，同时也能够完成较为复杂的电力输送工作，即完成较高程度的工作是具备双母线结构的直流微电网的重要特点之一。但是，这种结构存在着一定的缺点。在电源侧变流器具体运作时，主从母线之间电压关系需要通过均衡才能完成工作。所以，在具体设备如储能装置、连接电网与分布式电源的变流器拓扑和传统拓扑结构上，都有具体的不同之处。 ２．４ 冗余式的母线结构 通常情况下，冗余式的母线结构会运用在要求较高质量的电能的配电区，如飞机、船舶、数据中心等相应的供电系统。一般情况下，施工人员会采取通过使用两条母线的方法来确保供电的可靠性，其中一条是带电的，另一条则为备用的。当然，虽然这种方法提高了母线结构的可靠性，但同时也增加了相应的投资成本。 ３ 交直流混合微电网的接地方式 一般来说，系统的性能、相应的保护方案的配置都会 DOI:10.16107/https://www.doczj.com/doc/4d14800022.html,ki.mmte.2016.0156
电力系统新技术 专业电力系统及其自动化 班级研1109班 学号1108080392 学生周晓玲 2012 年
电力储能技术 摘要：储能技术在电力系统中具有削峰填谷、一次调频、提高电网稳定性、改善电能质量、提高电网利用率、提高可再生能源的利用率等重要作用。本文主要介绍了抽水储能、飞轮储能、压缩空气储能、钠硫电池储能、液流电池储能以及超导储能、超级电容器储能等典型储能技术以及各自的国内外研究动态，比较了各种储能技术的优缺点，并对储能技术在电力系统中的不同应用进行了综述。 关键词：储能技术，可再生能源发电，消峰填谷，一次调频ABSTRACT：Power storage technology serves to cut the peak and fill valley，regulate the power frequency，improve the stability，and raise the utilization coefficient of the grid in the power system.This paper introduces various types of storage technology such as pumped hydropower,flywheel electricity storage technology，compressed air energy storage，sodium sulfur(NaS)battery,，Flow Battery Technology，super conductive magnetic energy storage and super capacitor storage discusses their advantages and disadvantages．The development trend and the Different applications of storage technology in the power system are also summarized． KEY WORDS：energy storage technology，renewable energy Resources power generation，peak load shifting，primary frequency 1.背景意义 近几十年来，电能存储技术的研究和发展一直受到各国能源、交通、电力、电讯等部门的重视。电能的存储是伴随着电力工业发展一直存在的问题，其实到现在为止也没有一种非常完美的储能技术，但经过几代科学家的努力，一些比较成熟的储能技术在各行各业发挥着重要的作用。储能的优点有很多，节能、环保、经济。比如火电厂要求以额定负荷运行，以维持较高的能源转换效率和品质，但用电量却随时间变化，如果有大容量、高效率的电能存储技术对电力系统进行调峰，对电厂的稳定运行和节能是至关重要的。另外，由于分布式发电在电网中所占的比例越来越高，基于系统稳定性和经济性的考虑，分布式发电系统要存储一定数量的电能，用以应付突发事件。随着电力电子学、材料学等学科的发展，现代储能技术已经得到了一定程度的发展，在分布式发电中已经起到了重要作用。储能已经成为除发、输、变、配、用五大环节的第六大环节。如下图即为储能在电力系统中的应用。
微电网规划设计关键技术分析与展望 为保障微电网运行稳定性，在并网运行的状态下有效控制其能量转换不稳定、负荷波动大等因素对配电网络的影响，需要基于人工智能技术，使用计算机软件构建分析计算模型，对微电网规划设计的主要参数进行科学的预测、分析和决策，并且通过计算机模拟电力系统运行来优化微电网的组网模式、网络拓补结构等。本文基于对微电网运行与规划设计要求的阐释，探讨了其中的关键技术应用，并展望了微电网的规划设计技术研究方向。 标签：技术应用;规划设计;微电网;趋势展望 引言： 由于利用风力、小型水力以及太阳能等做为能量来源受到地理环境制约，因此生产地点高度分散，而且大型清洁能源发电设施位于极其偏僻的地区。因此为减少能量传输过程中的损耗以及提高其利用率，建设微电网做为清洁能源输配网络独立运行，或者以点接入形式与传统配电网络并网运行，是实现能源有效利用和合理分配的最佳方案。 一、微电网运行与设计规划要求 （一）微电网构成 不同国家对微电网有着不同的定义与设计规划标准，但其基本上都由能量调配控制系统、能源负荷、系统自我保护与储能装置以及分布式发电设施等要素构成。由于清洁能源转换量受到能量来源不稳定的影响，因此微电网的电能供应存在更多不确定性，要想保证供电质量与微电网运行的可靠性，需要利用储能技术与复杂的系统内部调控机制。近年来随着我国清洁能源装机容量与并网需求的增长，微电网自身的负荷变化、能量转换以及应用场景呈现多元化的趋势，并且越来越多种类的分布式能源、不可控负荷通过微电网接入传统配电网络，因此微电网的规划设计要求更具技术难度。 （二）微电网运行与设计规划要求 微电网虽然覆盖面与容量相对较小，但是其能源转换量、负荷大小等均具有很大不确定性，并且涉及到多种能源综合利用、多个配电网络之间电能调度与控制的问题，因此其规划设计需要解决很多复杂的问题[1]。首先需要根据地区分布式能源转换条件、用户的负荷大小和特点，确定微电网的运行电压、配电方式等，负荷分析计算与微电网运行所需设备各项参数的评估是十分复杂的工作，需要利用计算机软件进行建模和分析。其次通常微电网之间要组网进行集群运行或者与常规配电系统并网运行，因此必需保障各个配电系统的运行稳定性，这就要求对微电网、微电网集群以及接入微电网之后配电网络的运行状态和风险因素进行预测和科学评估，基于对已有电力系统运行状况、微电网设计目标等进行智能
交直流混合配电网二次装置 技术规范 编制说明
目次 1编制背景 (14) 2编制主要原则 (14) 3与其他标准文件的关系 (14) 4主要工作过程 (15) 5标准结构和内容 (15) 6条文说明 (15)
1编制背景 近年来的研究成果表明，基于柔性直流技术的交直流混合配电网更适合现代城市配电网的发展。交直流混合配电网可更好地接纳分布式电源和直流负荷，可缓解城市电网站点走廊有限与负荷密度高的矛盾，同时在负荷中心提供动态无功支持，可提高系统安全稳定水平并降低损耗。交直流混合配电网是配电网的一个重要发展趋势，可提升城市配电系统的电能质量、可靠性与运行效率。柔性直流互联装置接入配网后，产生新的故障特征及控制难题，传统交流系统保护控制装置将不适用。交直流混合合配电网二次装置可有效解决含柔性直流互联装置的交直流混合配电网保护和安全稳定控制问题，提升配网可靠性。 本标准编制主要目的，促进柔性直流技术在配电领域健康、有序发展，提升配电网灵活主动控制的能力，为交流10kV（20kV）/直流±10kV及以下的交直流混合合配电网二次装置的生产应用提供规范化导则。 2 编制主要原则 本标准根据以下原则编制： a) 标准编制的原则是遵守现有相关法律、条例、标准和导则等，兼顾配电网运行和交 直流混合配电网发展的要求； b) 本标准的出发点和基本原则是保障交直流混合配电网的安全和稳定，简化交流 10kV（20kV）/直流±10kV及以下的交直流混合配电网二次设备，同时尽量使条文 具有较好的可操作性，便于理解、引用和实施； c) 本标准的编制兼顾了现有电网结构和配置，以及柔性直流互联装置的技术水平，在 不需要大量投资改变交流二次装置的基础上发展交直流混合配电网。 3 与其他标准文件的关系 本标准与相关技术领域的国家现行法律、法规和政策保持一致。 本标准参考并引用了DL/Z 1697-2017柔性直流配电系统用电压源换流器技术导则、DL/T 584 -2007 3kV～110kV电网继电保护装置运行整定规程、DL/T 478—2013 《继电保护和安全自动装置通用技术条件》、DL/T 634.5101 《远动设备及系统第5-101部分:传输规约基本远动任务配套标准》、DL/T 634.5104 《远动设备及系统第 5-104 部分：传输规约采用标准传输协议集的 IEC60870-5-101 网络访问》。 本标准不涉及专利、软件著作权等知识产权问题。 4 主要工作过程 2018年1月，根据中电联配电网规划委员会要求启动编制工作。 2018年2月，确立编研工作的总体目标，构建编制工作小组，开展课题前期研究工作。 2018年7月，完成标准大纲编写，组织召开《技术规范》编写大纲研讨会，确定了《技
微电网技术研究与发展 ---wjh 整理能源是现代社会和经济发展的动力，是人类生命存在和繁衍的生命线。传统化石能源的逐步耗竭，使能源危机已逐步逼近。中国21世纪的能源工业将是能源资源利用与环境保护可持续发展的改造型新工业，因此，合理调整能源结构，大力开发可再生能源和其它新能源，走多元化洁净能源发展道路，是我国社会可持续发展的必由之路。 微电网是一种新型的网络结构，是一组微电源、负荷、储能系统和控制装置构成的系统单元。微电网中的电源多为容量较小的分布式电源，即含有电力电子接口的小型机组，包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池、小型风力发电机组以及超级电容、飞轮及蓄电池等储能装置，它们接在用户侧，具有成本低、电压低及污染低等特点。开发和延伸微电网能够促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效的方式，使传统电网向智能电网过渡。 1. 微电网的含义与研究动态 目前世界上许多国家己开展微电网研究，立足于本国电力系统的实际问题提出了各自的微电网概念和发展目标。作为一个新的技术领域，微电网在各国的发展呈现不同的特色。 1.1美国微电网的研究 ERTS(Consortium for Electric Reliability Technology Solutions)合作组织由美国的电力集团、伯克利劳伦斯国家实验室等研究机构组成的，在美国能源部和加州能源委员会等资助下，对微电网技术开展了专门的研究。CERTS定义的微电网基本概念：这是一种负荷和微电源的集合。该微电源在一个系统中同时提供电力和热力的方式运行，这些微电源中的大多数必须是电力电子型的，并提供所要求的灵活性，以确保能以一个集成系统运行，其控制的灵活性使微电网能作为大电力系统的一个受控单元，以适应当地负荷对可靠性和安全性的要求。CERTS定义的微电网提出了一种与以前完全不同的分布式电源接入系统的新方法。传统的方法在考虑分布式电源接入系统时，着重在分布式电源对网络性能的影响。按传统方法当电网出现问题时，要确保联网的分布式电源自动停运，以免对电网产生不利的影响。而CERTS 定义的微电网要设计成当主电网发生故障时微电网与主电网无缝解列或成孤岛运行，一旦故障去除后便可与主电网重新连接。这种微电网的优点是它在与之相连的配电系统中被视为一个自控型实体，保证重要用户电力供应的不间断，提高供电的可靠性，减少馈线损耗，对当地电压起支持和校正作用。因此，微电网不但避免了传统的分布式发电对配电网的一些负面影响，还能对微电网接入点的配电网起一定的支持作用。 1.2欧洲微电网的研究 欧洲提出要充分利用分布式能源、智能技术、先进电力电子技术等实现集中供电与分布式发电的高效紧密结合，并积极鼓励社会各界广泛参与电力市场，共同推进电网发展。微电网以其智能性、能量利用多元化等特点也成为欧洲未来电网的重要组成。目前，欧洲已初步
储能微电网的9大关键技术 现在美国有一个统计，目前最便宜的电价电源是风电，其次是光伏。去年在阿布扎比未来能源公司在中东的出口电价是每千瓦时1.79美分，这个价格已经远远低于传统能源的电价。 国内实施的“光伏领跑者计划”，北控在江苏宝应的投标价为0.47元/kwh，那边的平均上网电价是0.399元。当时光伏的组件是按2.7元/W计算，现在组件已降到了2.2元、2.3元。按照这个趋势发展下去，不管是光伏还是风电，平价上网的目标很快就会到来。可再生能源的经济性是有的，但是解决不了的一个问题就是它的波动性。 能源革命的终极目标是全世界100%的能源来自于光伏、风电、氢能燃料电池等可再生能源。主要有三种供给方式：一是集中式光伏、风电新能源+储能的能源供给方式，二是大型的独立储能电站化学储能、抽水蓄能等，三是以用户侧区域性微电网群（虚拟电厂）为架构的模式。 当新能源+储能的度电成本低于传统的化石能源时，微电网群和集中式新能源+储能的这种模式将会爆发式增长。而作为能源革命的关键技术，微电网及微电网群控制EMS系统、储能系统BMS、PCS 系统将是能源革命成功与否的关键。 关键技术1——项目顶层设计 大规模的储能系统有着不同的应用场景和商业模式，有的储能系统是单一的电网调峰，有的是调峰、调频和调压等多重应用场景的结合。根据不同的项目，大规模储能系统功率的配置和电池的配置、选型也是完全不同的，这个系统目标函数要系统安全、稳定、可靠，要有经济性。 大功率储能系统的顶层设计是非常重要的，涉及到储能功率配置、储能Pack成组和储能容量配置等诸多因素。一个光伏电站平均的储能时间是10分钟还是20分钟、还是50分钟，这个电网是有要求的。比如现在青海要求光伏、风电有10%的储能容量的配比，不同的地方配比是不一样的。另外充放电电流大小、BMS均衡电流大小、调峰容量需求以及一次、二次调频所需时间，这些约束条件和最后要达到的目标之间要确保整个流程设计是闭环的。
交直流混合配电网的运行模式和协调控制方法是保证其高效可靠运行需要解决的关键技术之一。针对这一问题，提出了一种交直流混合配电网的协调控制方法，详细分析了交直流混合配电网在正常运行和交流侧短路故障情况下的运行模式，给出了不同运行模式下互联装置、储能系统和光伏发电单元的控制框图。最后通过Matlab/Simulink仿真软件进行了仿真研究，仿真结果验证了所提出控制策略的可行性和有效性。 0.引言 能源危机和环境污染问题已经引起了世界各国的广泛关注，大力开发和利用可再生能源进行并网发电是解决上述问题的主要措施。在目前配电网中，交流配电网仍然为主流形式，其更加适合交流分布式电源接入，而接入直流分布式电源和储能单元时需要电力电子装置实现能量转换，增加了能量转换次数和投资成本，降低了工作效率。随着直流负荷的不断增加，直流配电网的研究得到了快速发展，与传统交流配电网相比，直流配电网具有转换次数少、效率高、成本低、控制结构简单、无需考虑频率和相位以及无功补偿设备等优势。 尽管直流配电网具有特有的优势，然而由于交流配电网基础设施完善、交流电源和负载的长期存在，直流配电网难以取代交流配电网；此外，在交流配电网和直流配电网中，直流负载和交流负载的供电需要经过AC/DC和DC/AC变换器进行能量转换。而采用交直流混合配电网，交流负载和直流负载可以分别接入交流母线和直流母线，减小能量转换环节，降低成本，使得交直流负载更易于接入系统，因此交直流混合配电网是未来配电网的发展趋势。 交直流混合配电网中通常集成了多个柔性互联装置、分布式发电单元、负载单元以及储能单元，如何实现多个单元之间的协调控制以确保整个系统安全可靠运行是交直流混合配电网发展的主要技术挑战。针对这一问题，提出了交直流混合配电网的协调控制方法，考虑了交直流混合配电网的正常运行和交流侧发生短路故障2种情况，给出了2种不同运行模式下不同单元的控制策略，并且通过仿真软件对所提出的控制策略进行了仿真研究。 1.交直流混合配电网结构 交直流混合配电网系统结构见图1，内部含有3个柔性互联装置，其直接通过直流母线进行互联，交流侧接有交流本地负载，直流侧集成了光伏发电单元，蓄电池储能系统以及直流负载，当直流负载电压等级与母线电压等级不匹配时可以通过DC/DC变换器进行转换。 交直流混合配电网通过采用柔性互联装置实现交流网络和直流网络互联，通过对互联装置的控制能够实现能量双向流动、功率因数可控和不间断供电等功能。光伏发电单元由光伏电池