分布式能源与微电网技术 摘要：在现代城市化进程加快发展下，能源需求量逐渐增长。分布式能源和微 电网技术能促进城市的绿色化和清洁能源的应用，达到节能减排的目的，也能为 现代智能电网建设提供有效依据，保证电网的安全与稳定。 关键词：分布式；能源；微电网技术 在中国经济快速提升下，工业化和城镇化进程加快发展，其存在的能源安全 问题更为突出。尤其是二氧化碳带来的全球变暖问题，引起社会的关注。在该发 展背景下，对城市的建设思想和发展模式有序转变，加大力度引进风力发电、太 阳能发电模式等，促进整体的规模化发展。 一、分布式能源和微电网技术的研究意义 第一，加强对分布式能源和微电网技术的研究，能确保清洁能源的有效应用。基于太阳能、风能等多个形式清洁能源的应用，能保证能源的灵活接入和智能化 控制，将其应用到智能终端进行消费，促使低碳城市建设目标的实现。第二，加 强对分布式能源和微电网技术的研究，也能提升总体的供电可靠性。基于分布式 发电的投入以及微网的统一管理，在先进系统和设备下，为电网运行提供强大保障，促使电能质量更可靠。第三，分布式能源和微电网技术的研究，也能为其提 供双向互动用电服务模式。基于微网、智能家居和分布式发电，能为系统提供统 一接口，维护用户和电网之间的相互沟通和交流，也能使用户获得新的体验。加 强对分布式能源和微电网技术的研究，将其作为智能电网建设中的主要部分，是 新时期建设与发展下的主要模式，也承担者社会建设职责。其中的分布式能源， 在智能集成模式下，能保证接入系统的安全与可靠，也能确保微网更灵活。所以，加强对分布式能源和微电网技术的应用，是城市绿色、清洁能源推动和应用的主 要条件，在节能减排工作中，将其渗透到工作中，对电网的安全运行也具备十分 重要的作用[1]。 二、分布式能源和微电网技术的关键 （一）容量配置 清洁能源具备明显的间歇式能源特点，受到天气情况影响较大，电能的输出 波动大。基于对分布式能源和微电网技术的应用，能够在各个单位组成模式下， 对其容量有效配置，确保风能、太阳能相互应用，发电单位和储能单元之间也能 互补。在整个分布式能源和微电网中，结合时间功率，为其输出曲线，也能避对 电网产生的影响。通过对储能系统应用，对分布式能源和微电网技术有效调度， 以达到清洁能源的充分应用。比如：储能电池，能对分布式能源生产中存在的问 题有效解决，尤其是在较小负荷下，达到电能的储存目的。如果负荷较大，将释 放电能，保证系统的科学稳定运行。如：将储存电池和系统交流侧进行链接，基 于储能单元和发电单元的协调，为其提供对平滑分布式能源的波动，避免给电力 系统带来较大冲击，维护其稳定性。储能电池也能对当地的交流负荷需要无功功率、负荷电流谐波的获取，以免电压波动、闪变现象的发生，这样才能达到有效 的节能效率[2]。 （二）接入方式 结合当前的建设标准和规程，需要在谐波、电压波动和电压不平衡度上给予 全面控制和探讨，也要为分布式能源和微电网技术的应用提出合理对策。分布式 能源和微电网利用分布发电和集中并网接入方式来实现。集中并网多为直流母线 汇流、各个发电单元在电能控制模式下，将其转变为直流母线。基于逆变器，将
基于孤岛运行特性的微电网可靠性分析 ABSTRACT: Microgrid as a part of smart grid, can improve reliability and safety with the flexible and effective use of distribution generation, which is an important development direction in the future of grid. With the sequential model of micro-power, load and constraints of energy storage system charging and discharging, a practical and engineered reliability evaluation algorithm is presented based on full sequential simulation of microgrid islanding taking into factors such as state switching of grid to off-grid, coordinated operation of micrgrid component and load shedding strategies considering the importance and location. On the other hand, the indexs of average operation time to first load shedding and rate of steady operation in islanded mode are proposed to evaluate microgrid island health according to the features of the island. Finally, the reliability of modified RBTS Bus6 is evaluated to verify the correctness and effectiveness of the proposed model and algorithm. KEY WORDS: microgrid; full sequential simulation; reliability analysis; load shedding 摘要：微电网作为智能配电网的有机组成部分，可灵活、高效地利用分布式电源，改善用户供电可靠性和安全性，是未来电网的一个重要发展方向。本文计及微电网中新能源机组出力间歇性、储能充放电约束等因素，提出了一种基于全时序模拟的孤岛微电网可靠性评估方法。在可靠性评估过程中所有微电源出力、负荷及储能充放电状态等都采用时序模型，模拟时可综合计入各类影响因素，如微电网由并网向孤岛运行状态的切换，孤岛期间各元件的协调运行，综合考虑负荷重要程度和开关位置影响的负荷削减策略等，使得模型更为贴近工程实际，实用性较强。另外，论文针对孤岛运行特性，提出了孤岛平均首次持续运行时间和运行稳定率两个新的可靠性指标，以评判孤岛的健康度。最后基于改进的RBTS Bus6系统进行算例分析，验证所提模型和算法的正确性和有效性。 关键词：微电网；全时序模拟；可靠性分析；负荷削减 0 引言 微电网以分布式电源（DG，Dsitribution Generation）为基础，将储能系统（ESS，Energy Storage System）、控制装置及负荷紧密联系在一起。储能作为微电网中不可或缺的装置，其故障会对微电网造成极大的影响[1]。在不考虑传统电源的情况下，储能故障后微电网内部没有可以平衡功率波动的电源，电能质量下降，可控性及可调度性降低，直接影响供电可靠性[2-3]。 微电网在紧急情况下脱离主网孤岛运行，以持续稳定供电为主要目标[4]。当微电网内部输出功率不足时，需要削减负荷以保证剩余负荷正常供电。因此，孤岛模式下的负荷削减策略对用户用电需求有重要作用。另一方面，传统的配电系统可靠性指标偏重统计数据或经验数据；而分布式电源及负荷的随机性较大[4-5]，波动变化明显，对于孤岛微电网的可靠性评估略欠适用。 目前国内外对DG进行了大量研究，但对DG 组成的微电网系统研究较少。在可靠性模型方面，主要集中在风力发电和光伏发电，多数文献忽略了储能对可靠性的影响。在可靠性评估算法方面，主要分为解析法和模拟法。文献[6-7]主要应用蒙特卡洛模拟法对含有DG或微电网的配电网进行可靠性分析，但对其内部元件及储能系统的工作情况却未考虑。文献[8-9]均采用最小路法分析含有DG的配电网的可靠性，但对DG的随机出力特性及储能充放电过程未详细讨论。文献[10]通过建立风光蓄元件的时序模型和状态转移模型，分析了含风光蓄的配电系统的故障效果影响及系统可靠性。文献[11]主要建立了分布式电源和储能联合发电系统的可靠性模型。文献[4-5]则重点分析了微电网孤岛状态的可靠性。 本文首先研究分布式电源—风电机组(WTG，Wind Turbine Generation)的出力随机特性，计及储能运行策略、工作状态及其充放电约束，通过全时序模拟重点分析微电网孤岛模式的运行状态及可靠性；其次基于负荷分块的思想，综合考虑负荷重要程度及位置两方面因素，研究孤岛模式的负荷削减策略；最后提出微电网孤岛运行的可靠性指标，并采用改进的RBTS Bus6配电系统对提出的模型及算法进行验证。 1 微电网元件模型 1.1 风速模型
电力系统负荷可分为三种。第一种变动幅度很小，周期又很短，这种负荷变动由很大的 偶然性。第二种变动幅度较大，周期较长，属于这类负荷的主要有电炉、电气机车等带有冲 击性的负荷。第三种负荷变动幅度最大，周期也最长，这一种是由于生产、生活、气象等变 化引起的负荷变动。 电力系统的有功功率和频率调整大体可分为一次、二次、三次调整三种。一次调整或频 率的一次调整指由发电机的调速器进行的，对第一种负荷变动引起的频率偏移的调整。二次 调整或频率的二次调整指由发电机的调频器进行的，对第二种负荷变动引起的频率偏移的调 整。三次调整其实就是指按最优化准则分配第三种有规律变动的负荷，即责成各发电厂按事 先给定的发电负荷曲线发电。在潮流计算中除平衡节点外其他节点的注入有功功率之所以可 以给定，就是由于系统中大部分电厂属于这种类型。这类发电厂又称为负荷监视。至于潮流 计算中的平衡节点，一般可取系统中担负调频任务的发电厂母线，这其实是指担负二次调频 任务的发电厂母线。 一：调整频率的必要性 电力系统频率变动时，对用户的影响： 用户使用的电动机的转速与系统频率有关。 系统频率的不稳定将会影响电子设备的工作。 频率变动地发电厂和系统本身也有影响： 火力发电厂的主要厂用机械—风机和泵，在频率降低时，所能供应的风量和水量将迅速减少， 影响锅炉的正常运行。 低频运行还将增加汽轮机叶片所受的应力，引起叶片的共振，缩短叶片的寿命，甚至使叶片 断裂。 低频运行时，发电机的通风量将减少，而为了维持正常电压，又要求增加励磁电流，以致使 发电机定子和转子的温升都将增加。为了不超越温升限额，不得不降低发电机所发功率。 低频运行时，由于磁通密度的增大，变压器的铁芯损耗和励磁电流都将增大。也为了不超越 温升限额，不得不降低变压器的负荷。 频率降低时，系统中的无功功率负荷将增大。而无功功率负荷的增大又将促使系统电压水 平的下降。 频率过低时，甚至会使整个系统瓦解，造成大面积停电。 调整系统频率的主要手段是发电机组原动机的自动调节转速系统，或简称自动调速系统， 特别时其中的调速器和调频器（又称同步器）。 二：发电机原动机有功功率静态频率特性 电源有功功率静态频率特性通常可以理解为就是发电机中原动机机械功率的静态频率特性。 原动机未配置自动调速时，其机械功率与角速度或频率的关系： 221212m P C C C f C f ωω=-=- 式中各变量都是标幺值；通常122C C =。 解释如下：机组转速很小时，即使蒸汽或水在它叶轮上施加很大转矩m M ，它的功率输出m P 仍很小，因功率为转矩和转速的乘积；机组转速很大时，由于进汽或进水速度很难跟上叶轮 速度，它们在叶轮上施加的转矩很小，功率输出仍然很小；只有在额定条件下，转速和转矩 都适中，它们的乘积最大，功率输出最大。 调速系统中调频器的二次调整作用在于：原动机的负荷改变时，手动或自动地操作调频器，
无平衡节点孤岛运行微电网的潮流计算方法研究针对去平衡节点孤岛运行微电网系统的无平衡节点、且有下垂控制分布式 电源装置的特性，本文提出一种改良的孤岛微电网潮流计算方法，通过引入两个辅助因子，将原非线性潮流方程分解为一组欠定线性方程、一组超定线性方程与一组辅助向量间的关系函数，分两步对变换后的方程进行迭代求解。一旦实现，将在满足系统稳定运行的基础上，优化功率分配，实现微网运行费用最小的目标，提高微电网系统的可靠性与经济性。 标签：电力系统;微电网;孤岛运行;无平衡节点 1、引言 微电网潮流计算作为微电网稳定分析、优化配置的基础，是一个重要的研究领域。在微电网并网运行时，其潮流计算与配电网潮流计算相似。而孤岛运行的微电网在对等控制下，系统内不存在平衡节点，且存在下垂控制的DG，需对系统频率进行求解[[[] 彭寒梅，曹一家，黄小庆，等. 无平衡节点孤岛运行微电网的连续潮流计算[J]. 中国电机工程学报，2016，36（08）：2057-2067.]]，故传统的潮流计算方法不再适用，需研究更适合孤岛微电网潮流计算的算法。 从当前孤岛微电网潮流计算的研究结果来看，部分方法采用优化的思想对潮流方程进行求解，如基于高斯赛德尔技术和牛顿拉夫逊法进行计算等，但该类算法均存在参数过多，调参复杂的问题，且LM算法存在尾部效应，难以适应高精度要求的计算[[[] 任永捷，冯某. 基于改进牛顿-拉夫逊法的潮流分析计算方法研究[J]. 北京电力高等专科学校学报：自然科学版，2011，28（011）：286-287.]]。另一种思路是把原潮流问题分解为传统潮流计算和下垂节点更新两个子问题，但收敛速度较慢[[[] 李培帅，施烨，吴在军，等. 孤岛微电网潮流的类奔德斯分解算法[J]. 电力系统自动化，2017，41（014）：119-125.]]。为此，有必要提出一种改良的孤岛微电网潮流计算方法，通过引入两个辅助因子，将原非线性潮流方程分解为一组欠定线性方程、一组超定线性方程与一组辅助向量间的关系函数，分两步对变换后的方程进行迭代求解[[[] 王晓娅，马国春. 两种改进的非线性方程组四阶迭代求解法[J]. 杭州师范大学学报：自然科学版，2015.]]。经算例对比验证，该算法具有收敛速度快、鲁棒性强和计算时间短的特点。 2、基本原理 2.1、引入潮流计算公式 潮流计算在数学上可归结为求解非线性方程组，其数学模型[[[] 李婷婷. 小阻抗直角坐标牛顿潮流算法发散机理研究[D]. 大连海事大学，2012.]]简写如下： 2.2、改写方程
第42 卷中国电力电力系统 （微电网及分布式发电专栏） 微电网孤岛运行模式下的协调控制策略 薛迎成1，2 ，邰能灵1，刘立群1，杨兴武1，金楠1，熊 宁1 （1．上海交通大学电气工程系，上海200030；2.盐城工学院电气系，江苏盐城 224001 ）摘要：微电网是一种特殊形式的有源配电网，为大规模分布电源控制提供了一种有效方法。微电网能运 行在并网和孤岛状态，并网时可以从主网吸收电能或向主网提供电能，当主网发生电能质量事件时，微电网能从主网脱离单独运行。微电源和存储设备必须协作才能维持微电网孤岛运行。列举并讨论微电网孤岛运行，总结不同作者提出的微电网协调控制策略，对这些不同的控制方法进行比较，提出应根据微电网不同运行模式和影响因素对分布式电源采用不同控制策略。关键词：分布式发电；分布式电源；有源网；微电网；控制中图分类号：TM727 文献标识码：A 文章编号：1004-9649（2009）07-0036-05 收稿日期：2009-03-13 基金项目：上海市曙光计划资助项目（07sg11） 作者简介：薛迎成（1969—），男，江苏盐城人，博士研究生，从事新能源、分布式发电、继电保护的教学和研究工作。 E -mail:xyc_xyc_xyc@https://www.doczj.com/doc/f85218028.html, 1微电网及其构成 为协调大电网与分布式电源（DR ）间的矛盾，充 分挖掘DR 潜能，为电网和用户带来更多的价值和效益，美国电气可靠性技术解决方案联合会（CRETS ）研究了DR 对低压电网的冲击，为增强电力系统的可靠性，提出了微电网概念。 微电网是一些负荷和微电源的组合，可作为一个可控系统来运行，一般与用户端的配电网相连，至少含有一个分布式电源和相关负荷。微电网技术为大规模分布电源应用提供了一种有效方法，是新型电力电子技术、分布式发电、可再生能源发电技术和储能技术的综合。 微电网正常通过变压器并网运行，当微电网从公共连接点脱离后，它本身至少可给其中一部分负荷提供电能，运行于孤岛状态（自治状态）。现有的电力公司一般不允许电网无计划孤岛运行和自动同步，主要基于人和设备安全考虑。然而，微电网可以孤岛运行和并网运行，能在两者之间平滑切换（经孤岛检测及瞬时同步化），从而充分利用微电网中的电源。 微电网也被称为分布式电源孤岛系统，按照范围、大小和所有权的不同，分布式电源孤岛系统（微电网）具有多种形式，可以分为单元孤岛、分支路孤岛、支路孤岛、变电站母线孤岛、变电站孤岛和邻近支路孤岛［2］（见图1）。微电网中的微电源可分为2类：第1类是传统旋转电机；第2类是通过电力电子接口与电网联接的电源。第2类微电源又分2种：一种是直流电源，如燃料电池、光伏电池等存储单元；另一种为高频交流电源，如微型燃气轮机，必须进行整流，得到的直流电压可通过逆变器转换成交流电压。 微电网中的微电源也可分为不可控、部分可控和全控3种，并可冷、热、电三联供。有的配有储能装置，通过双向交/直/交变换器与微电网相联，使用电力电子装置进行能量调节。可控微电源的输出功率可以由中央监控单元提供设定值来控制。 不同的微电源响应速度可能不一样，微型燃气轮机和燃料电池响应速度较慢并缺少惯性，可能出 中国电力ELECTRIC POWER 第42卷第7期2009年7月 Vol ．42，No．7 Jul.2009Fig.1MG lsland Systems classify 图1 微电网弧岛系统分类
电力系统频率的二次调节 一、频率的二次调节基本概念 上一节分析了系统频率特性系数Ks的组成和特点。从分析中可知，系统的频率响应系数愈大，系统就能承受愈大的负荷冲击。换句话说，在同样大的负荷冲击下，Ks愈大，所引起的系统频率变化愈小。为了使系统的频率偏差限制在教小的范围内，总是希望有较大的Ks。 Ks由两部分组成，一部分有负荷本身的频率特性所决定，电力系统的运行人员是无法改变的；另一部分有发电机组的频率响应系数决定的，它是发电机调差系数的倒数。运行人员可以调整机组的调差系数和机组的运行方式来改变其大小。但是从机组的稳定运行角度考虑，机组的调差系数δ%不能取得太小，以免影响机组的稳定运行。 系统的频率响应系数Ks是随着系统负荷的变动和运行方式的变化二变动的。这对用户和系统本身都是不希望的。也就是说，仅靠系统的一次频率调整，没有任何形式的二次调节（包括手动和自动），系统的频率不可能恢复到原有的值。 为了使系统的频率恢复到原有的额定频率运行，必须采用频率的二次调节。 频率的二次调节就是改变发电机组的频率特性曲线，从而使系统的频率恢复到原来的正常范围。 如图3-15所示，发电与负荷的起始点为a，系统的频率为f1。当系统的负荷发生变化，负荷增大，负荷特性曲线从PLa变化至PLb时,当系统发电特性曲线为PGa时，发电与负荷的交叉点为a移至b点。此时，系统的频率从f1降至f2。当增加系统发电，即改变发电的频率特性曲线从PGa变到PGb，就能使发电与负荷特性的交叉点移至d点，可使系统的频率保持在原来的f1运行。 反之，当系统的负荷降低，在如图3-15中，发电与负荷的起始点为d，此时，系统的频率为f1。当系统的负荷发生变化，负荷特性从从PLb变化至PLa时,当系统发电特性曲线为PGb时，发电与负荷的交叉点为d和c点。此时，系统的频率从f1上升至f3。为了恢复系统的频率，适当减少系统发电，即改变发电的频率特性曲线从PGb变到PGa，就能使发电与负荷特性的交叉点从c点移至a点，可使系统的频率从f3恢复到原来的f1运行。 以上改变发电机组调速系统的运行点，使发电机组在原有额定频率条件下运行，增加较大的有功功率的方法，就是频率的二次调节。 二、频率二次调节的方法
分布式发电与微电网 一、分布式发电 分布式发电技术是充分开发和利用可再生能源的理想发生，它具有投资小、清洁环保、供 电可靠和发电方式灵活等优点，可以对未来大电网提供有力补充和有效支撑，是未来电力 系统的重要发展趋势之一。 （一）分布式发电的基本概念 分布式发电目前尚未有统一定义，一般认为，分布式发电（Distributed Generation, DG）指为满足终端用户的特殊要求、接在用户侧附近大的小型发电系统。分布式电源（Distributed Resource, DG）指分布式发电与储能装置（Energy Storage，ES）的联合系统（DR=DG+ES）。它们规模一般不大，通常为几十千瓦至几十兆瓦，所用的能源包括天然气（含煤气层、沼气）、太阳能、生物质能、氢能、风能、小水电等洁净能源或可再生能源；而储能装置主要为蓄电池，还可能采用超级电容、飞轮储能等。此外，为了提高能源的利用效率，同时降低成本往往采用冷、热、电联供（Combined Cooling、Heat and Power, CCHP）的方式或热电联产（Combined Heat and Power, CHP 或Co-generation）的方式。因此，国内外也常常将冷、热、电等各种能源一起供应的系统称为分布式能源（Distributed Energy Resource, DER）系统，而将包含分布式能源在内是电力系统称为分布式能源电力系统。由于能够大幅提高能源利用效率、节能、多样化地利用各种清洁和可再生能源。未来分布式能源系统是应用将会越来越广泛。 分布式发电直接接入配电系统（380V或10kV配电系统，一般低于66kV电压等级）并网运行较为多见，但也有直接向负荷供电而不与电力系统相联，形成独立供电系统（Stand-alone System），或形成所谓的孤岛运行方式（Islanding Operation Mode）。采用并网方式运行，一般不需要储能系统，但采取独立（无电网孤岛）运行方式时，为保持小型供电系统的频率和电压稳定，储能系统往往是必不可少的。 由于这种发电技术正处于发展过程，因此在概念和名称术语是叙述和采用上尚未完全统一。CIGRE欧洲工作组WG37-33将分布式电源定义为：不受供电调度部门的控制、与77kV以下电压等级电网联网、容量在100MW以下的发电系统。英国则采用“嵌入式发电”（Embedded Generation）的术语，但文献中较少使用。此外，有的国外文献和教科书将容量更小、分布更为分散的（如小型用户屋顶光伏发电及小型户用燃料电池发电等）称为分散发电（Dispersed Generation）。本节所采用的DG和DR的术语，与
智能微电网与分布式电源并入关键技术研究 摘要：我国可再生能源发展”十三五”规划指出，要通过不断完善可再生能源扶持 政策，创新可再生能源发展方式和优化发展布局，加快促进可再生能源技术进步 和成本降低，进一步扩大可再生能源应用规模，提高可再生能源在能源消费中的 比重，推动我国能源结构优化升级。但风能、太阳能等可再生能源发、用电存在 间歇性、波动性强，接入电网技术性能差和对电网注入谐波等一系列问题。大量 的分布式电源并入电网以后，改变了传统配电网潮流单向流动的现状，给配电网 带来了很多新的技术问题，如：（1）电网调整问题；（2）继电保护问题；（3）对短路电流水平的影响；（4）对配电网电能质量的影响。而智能微电网的深度 开发和建设则能够有效的解决以上技术问题。智能微电网能够使新能源发电真正 代替现有的火力发电，可以有效地应对未来的能源短缺、环境污染和气候变化问题。 关键词：智能微电网；分布式电源；储能技术；能源管理 一、引言 智能微电网是微网技术的智能化，通过采用先进的电力技术、通信技术、计 算机技术和控制技术将分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统[1]。关键技术主要包括：能量优化调度技术、储能技术、保护控制技术、微电源运行模式的无缝切换技术。智能微电网的特点 主要体现在以下几个方面：（1）采用先进的量测、传感技术进行检测；（2）通 过模型仿真和潮流分析，合理预测和分配电力；（3）对监测状态进行有效控制；（4）接入分布式发电，自适应处理技术；（5）数据到信息的提升，优化运行方式。 二、研究内容 2.1能量优化调度技术 能量经济优化调度是微网研究的重要方面，对于这项技术，国际上很多国家 开展了对微网的研究，并提出了微网的概念和发展目标。近10多年来，微网在 理论和实际应用中均取得了丰硕的成果[2-4]。本研究将从负荷资源性质的角度寻 求优化微网运行的方案。微网中负荷按其可调度性大致可分为3类，即重要负荷，可调整负荷及可平移负荷。电力系统中存在着大量的能与电网友好合作的可平移 负荷，在微网调度中考虑可平移负荷的影响，有利于提高微网运行经济性。 （1）负荷平移 负荷平移流程图如图2-1所示，通过最小二乘法确定电力系统中的可平移负 荷单元数量，采集和分析可平移负荷基础数据，确定目标负荷曲线，建立目标函 数使平移后得到的负荷曲线和目标负荷曲线的吻合度最高，建立可平移负荷模型，利用内点法求解可平移负荷模型，最终得出负荷平移结果。 图2-1 负荷平移流程图 （2）可平移负荷模型求解 可平移负荷模型是一个典型线性约束二次规划问题。常规的二次规划算法有 有效集法、信赖域法和内点法。考虑到可平移负荷模型中优化变量个数较多，规 模较大，因此应采用内点法求解。 2.2储能技术 大容量储能装置在微电网中的作用：1、削峰填谷，减少负荷冲击；2、平抑、
论析微电网分布式电源的控制方案 论析微电网分布式电源的控制方案 摘要：微电网中的分布式电源控制是微电网研究中的关键问题之一。文章主要介绍了分布式电源的控制方式与实现机理，以及微电网能量控制的分类，分析了不同控制方式存在的优点与缺陷。阐述了微电网中分布式电源控制的研究方向，以期为进一步的研究提供参考。 关键词：微电网；分布式电源；能量管理 中图分类号：U665.12 文献标识码：A 文章编号： 一、前言 微电网是将分布式能源纳入中、低压配电网以解决未来能源问题及利用新能源、绿色能源的重要途径。分布式电源是分布式能源的主要实现形式。世界上很多国家都参与到微电网的研究和开发中，关于微电网的理论和试验研究已经取得了一定成果。微电网中的分布式电源与大电网概念下的分布式电源在单体的功率控制方法上是相同的，但是由于微电网中的分布式电源肩负着支撑微电网运行的责任，因而不能像大电网中的分布式电源那样一旦遇到大电网发生故障则退出运行。因此，对于微电网分布式电源控制的研究具有重要的意义。 二、分布式电源控制的类型 分布式电源是微电网主要的能量源，在目前的研究中分布式电源主要以通过电力电子逆变器的电气耦合方式为主。依据逆变器所控制电气参数的类型，逆变器的控制方式主要有： 1）电压控制方式；2）电压控制方式衍生出的间接功率控制方式；3）由电流控制方式。本文主要针对这三种方式进行论述： （1）电压控制方式，是指分布式电源的逆变器以输出参考电压波形为目标。如图 1 所示，通过对输出电压U（a，b，c）和参考电压U（a，b，c)(ref)进行dq变换，将三相对称正弦波形转换为dq 轴上的直流波形Ud 和Uq，通过 PI 控制器实现对参考电压的无差跟踪该方式的优点是孤岛运行时，分布式电源能够为微电网提供电压
Journal?of?Electrical?Engineering 电气工程,?2016,?4(1),?44‐54 Published?Online?March?2016?in?Hans.?https://www.doczj.com/doc/f85218028.html,/journal/jee https://www.doczj.com/doc/f85218028.html,/10.12677/jee.2016.41007
Fault Analysis of Isolated Island Operation of Micro‐Grid
Junjie Jiang, Rong Ju
School?of?Electrical?and?Automation?Engineering,?Nanjing?Normal?University,?Nanjing?Jiangsu
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Received:?Feb.?16th,?2016;?accepted:?Mar.?1st,?2016;?published:?Mar.?8th,?2016 Copyright???2016?by?authors?and?Hans?Publishers?Inc. This?work?is?licensed?under?the?Creative?Commons?Attribution?International?License?(CC?BY). https://www.doczj.com/doc/f85218028.html,/licenses/by/4.0/?
Abstract
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Micro‐grid system is a new development direction of distributed generation system. In this paper, the operation characteristics of PQ and VF control inverter are analyzed, the mathematical model is established based on the control strategy of inverter, and the critical condition of the fault is de‐ rived. According to the working characteristics of the micro‐grid in grid connected operation and islanded operation, by using the node voltages and currents in fault condition, micro‐grid voltage and current equations in the run time are derived, and the fault analysis method is established. At last, by using the PSCAD, a simulation system of isolated island operation of low voltage of 380 V is built, testing the validity of the proposed method.
Keywords
Micro‐Grid, PQ Control Strategy, VF Control Strategy, Equivalent Model, Mathematical Analysis
微电网孤岛运行故障分析
蒋骏杰，居 荣
南京师范大学电气与自动化工程学院，江苏 南京
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收稿日期：2016年2月16日；录用日期：2016年3月1日；发布日期：2016年3月8日?
文章引用: 蒋骏杰, 居荣. 微电网孤岛运行故障分析[J]. 电气工程,?2016,?4(1):?44‐54. https://www.doczj.com/doc/f85218028.html,/10.12677/jee.2016.41007?
电力系统频率偏低偏高有哪些危害 电力系统频率的频率变动会对用户、发电厂、电力系统产生不利的影响。1.对用户的影响：频率的变化将引起电动机转速的变化，从而影响产品质量，雷达、电子计算机等会因频率过低而无法运行；2.对发电厂的影响：频率降低时，风机和泵所能提供的风能和水能将迅速减少，影响锅炉的正常运行；频率降低时，将增加汽轮机叶片所受的应力，引起叶片的共振，减短叶片寿命甚至使其断裂。频率降低时，变压器铁耗和励磁电流都将增加，引起升温，为保护变压器而不得不降低其负荷；3.对电力系统的影响：频率降低时，系统中的无功负荷会增加，进而影响系统，使其电压水平下降。 当供电电路的频率偏高时，1、电动机的转速回高（n=60f/p(1-&) )，当电动机转速增大时，其实际功率成倍增加，其结果电动机很容易过载烧毁；2、中国电气设备是按50赫兹设计的，如果大于其允许的频率数，电气原件容易损坏。当供电电路的频率偏低时，电动机转速会过低，会使有的设备不能正常工作，如水泵可能不出水，风机风量、风压过低。 频率变化对电力用户及电力系统的影响包括哪些 对用户： 1、用户使用的电动机的转速与系统频率有关，频率变化将使电动机的转速变化，从而影响产品的质量。例如，纺织工业都会因为频率的变化出现次品。 2、近代工业，国防和科学技术都已经广泛使用的电子设备受到频率影响较大。 系统本身： 1、低频运行，会对发电机的叶片所受到的应力有影响。甚至引起共振，降低叶片寿命。 2、增大励磁电流，提高温升等。 系统频率的变化主要是引起负荷端异步电动机转速的变化。 如果频率降低的过多，将使电动机停止运转，会引起严重的后果。比如，火电厂的给水泵停止运转，将迫使锅炉停炉。另一方面，如楼上所讲，对于汽轮机在低频运行状态下时，会缩短汽轮机叶片的寿命，严重时会使叶片断裂。（这是因为汽轮机转子一般瘦长，转速较快，可达1500r/s,突然频率过低，会使叶片断裂）。 如果频率过高，则会出现失步等问题。 推荐楼主看《电力系统分析（上）》诸俊伟和《电力系统分析（下）》夏道止 电力系统频率变化的原因
分布式发电与微电网技术专业简介 专业代码530112 专业名称分布式发电与微电网技术 基本修业年限三年 培养目标 本专业培养德、智、体、美全面发展，具有良好职业道德和人文素养，掌握太阳能、风能、生物质能等多种分布式能源发电基本知识，具备分布式发电系统和微电网的系统容量设计、设备选型、安装调试和运行维护能力，从事分布式能源系统关键设备的制造、分布式发电系统的设计、施工、运行等工作的高素质技术技能人才。 就业面向 主要面向电力、能源、供电和电力设备制造企业，在制造设计、施工及管理等岗位群，从事分布式能源系统关键设备的制造、分布式发电系统的设计、施工和运行管理等工作。 主要职业能力 1.具备对新知识、新技能的学习能力和创新创业能力； 2.具备对分布式发电系统的运行维护能力； 3.掌握多种分布式能源的发电技术，具备分布式发电系统的设计能力； 4.掌握分布式电源的并网技术，具备分布式发电系统的安装调试能力； 5.掌握微电网的结构、控制原理和方法； 6.了解国内外电力市场的概况和发展趋势。 核心课程与实习实训 1.核心课程
电工技术基础、电子技术基础、电气控制与 PLC 应用技术、电力电子技术、光伏发电技术、风力发电技术、微电网技术等。 2.实习实训 在校内进行电工基础、智能电源综合、电气绘图与电子 CAD、电气控制综合、光伏发电系统的安装与调试综合、风力发电系统的安装与调试、微电网技术综合等实训。 在发电、供配电企业进行实习。 职业资格证书举例 维修电工电气值班员电网调度自动化运维员 衔接中职专业举例 风电场机电设备运行与维护太阳能与沼气技术利用发电厂及变电站电气设备供用电技术 接续本科专业举例 电气工程及其自动化自动化新能源科学与工程电气工程与智能控制智能电网信息工程
微电网中的分布式电源及其特性 摘要：本文讨论了分布式发电及微电网技术产生的背景，归纳了微电网中分布式电源的种类及特点，并分析了微电网中几种主要分布式电源的特性。 关键词：微电网分布式电源特性 0 引言 微电网本身结构具有复杂性和多样性的特点，由于开展研究的时间还不长，目前在理论和技术上还不够成熟，需要进一步开展研究。本文探讨了微电网中分布式电源的种类及特性，对于微电网工程的分布式电源设备选型提供了依据。 1 分布式发电及微电网 数十年来，电力系统主要依靠大型发电厂及超高压长距离输电线路，集中向中心供电，以满足快速增长的电力需求。这种方式需要较长的工程建设时间，耗资巨大，消耗大量的一次能源，并且影响生态环境。另一方面，集中供电模式存在大停电的可能性，一旦发生会导致巨大的经济损失，近年来国内外的若干大停电事故证明了这一点。因此，利用风力、太阳能等清洁能源发电的分布式发电（Distributed Generation, DG）技术开始受到重视。分布式发电具有灵活、分散、小型、靠近用户和合理使用清洁能源的特点，能够减少输电损耗、提高一次能源的利用率以及减少废气排放，具有很好的应用前景。然而，大量分布式发电并网有可能造成电力系统对其不可控制的局面，并引发相应的电能质量、电网安全稳定性等诸多问题。 为了解决电力系统与分布式发电间联网运行的相关问题，充分发挥分布式发电为电力系统用户所带来的技术经济效益，进一步提高电力运行的灵活性、可控性和经济性，以及更好地满足电力用户对电能质量和供电可靠性的更高要求，微电网（Microgrid, MG）的概念应运而生，并很快成为国内外工程研究领域的最新前沿课题之一。与常规的分布式发电直接并网相比，微电网灵活、系统地将分布式电源与本地负荷组为一个整体，通过柔性控制可大大降低分布式电源并网运行对电力系统的影响。将分布式电源以微电网形式接入到电网中并网运行，与局部电网互为支撑，可提高分布式电源的利用率，有助于电网灾变时向重要负荷持续供电，避免间歇式电源对周围用户电能质量的直接影响，有助于可再生能源的优化利用。 2 微电网中分布式电源的种类及特点 以往的分布式电源有用户紧急备用的小型柴油发电机、燃煤的自备电厂小发电机组等，由于技术性能差、效率低、影响环保，已逐渐被淘汰或取代。随着科技的发展、设备性能的提高、环保意识的进步及能源政策的引导，分布式电源朝
12.1.1.1频率与有功功率平衡 电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所有电机组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗(包括网损)的有功功率总和之间的平衡来维持的。 但是，电力系统的负荷是时刻变化的，从而导致系统频率变化。为了保证电力系统频率在允许范围之内，就需要及时调节系统内并联运行机组的有功功率。 频率质量是电能质量的一个重要指标。中国《电力工业技术管理法规》规定，大容量电力系统的频率偏差不得超过，一些工业发达国家规定频率偏差不得超过。 说明电力系统元件及整个系统的频率特性，介绍电力系统调频的基本概念。 12.1.2.1负荷频率特性 负荷的频率静态特性：在没有旋转备用容量的电力系统中，当电源与负荷推动平衡时，则频率将立即发生变化。由于频率的变化，整个系统的负荷也将随着频繁率的的变化而变化。这种负荷随频率的变化而变化的特性叫做负荷的频率静态特性。 综合负荷与频率的关系可表示成： 由于电力系统运行中，频率一般在额定频率附近，频率偏移也很小，因此可将负荷的静态频率特性近似为直线，如下图所示。
12.1.2.2发电机组频率特性 发电机组的频率静特性：当系统频率变化时，发电机组的高速系统将自动地改变汽轮机的进汽量或水轮机的进水量以增减发电机组的出力，这种反映由频率变化而引起发电机组出力变化的关系，叫发电机调速系统的频率静态特性。 发电机组的功率频率静态特性如下图：在不改变发电机调速系统设定值时，发电机输出功率增加则频率下降，而当功率增加到其额定功率时，输出功率不随频率变化。图中向下倾斜的直线即为发电机频率静态特性，而①和②表示发电机出力分别为PG1和PG2时对应的频率。
分布式发电和直流微电网 摘要本文围绕分布式发电和直流微电网两个中心，介绍了分布式发电和直流微电网的由来和特点，参考其他文献对直流微电网的系统结构进行了简要的分析，发现直流微电网在发展过程中存在的问题，并对二者的发展前景进行预测。 关键词分布式发电直流微电网发展状况结构 引言随着全球经济的快速发展，各行各业对电能的需求与日俱增，伴随电气领域符合需求的不断攀升以及化石燃料数量的减少，对新能源的开发和利用迫在眉睫。发展可再生能源一直是各国关注的重点问题，随着相关政策的出台，可再生能源的分布式发电建设正在进行，但在发展过程中还存在诸多问题亟待解决。 1分布式发电与微电网的关系 1.1 分布式发电的由来 传统的电网是经过发电、输电、配电三个主要环节，将电能从发电厂输送到用户的单向流动。现代电网为了提高经济效益，大力发展新能源，而新能源发电需要与传统发电并网运行，目前并网点一般是在配电环节，这是因为新能源发电与传统发电之间存在着发电容量和电压等级的差异。要顺利实现配电环节的并网，必须要改变配电网的运行方式，将电源嵌入配电网中去，这就是分布式发电的含义。 1.2 微电网的由来 由于现代电力需求和资源的分布比较分散，使得分布式发电的建设也具备
了灵活分散的特点，分布式发电这一举措充分利用现有的电网设施，大大减少了电网升级建设的成本，但分布式发电受到诸多客观原因如成本高、不确定性强等影响，发电效能无法充分发挥出来，对新能源的利用发展产生不良影响，为了解决这一难题，提出了微电网的概念。微电网将分布式电源、储能、负荷及电力电子装置有机结合，形成自愈性强的可控发用电系统。与主网不同，微电网独立形成一个具备高可控性的模块单元，在大电网的总体结构中，起着电力补充的作用．当大电网出现故障时，为电网重要负载提供可靠的高质量电能。 1.3 直流微电网的优势 相比于传统交流电网，直流微电网在新能源利用和负荷承载方面拥有明显的优势，首先直流微电网是在大电网的总体结构中，起着电力补充的作用，以新能源发电电能为主体进行有效补充，直流所发的电能如果要并入交流配电网，就必须经过升压和逆变两个过程。若直接接入直流微电网则会方便得多，大大节省了逆变环节的资源消耗。 近年来，直流家电逐渐进入我国家电市场，可预见直流家电所占的市场份额将会越来越大。直流微电网建设不但可以有效降低家用电器的耗能，而且能够减少所有整流环节的成本。 此外线路成本低、输电能力强，直流微电网具有更高的转化效率，在电网的整体运行中，直流微电网也不需要专门对其电压的相位和频率进行跟踪，大大提高系统的可控性和可靠性，同时符合节能要求。 2直流微电网系统结构 在国内电气领域中，对微电网的边界拟定有明确的要求: 电压等级在35kV 及以下，包含35kV、20kV、10kV和400V四种。直流微电网系统结构简图如图1所示。
分布式发电与微电网技术 一、分布式发电 分布式发电技术是充分开发和利用可再生能源的理想发生，它具有投资小、清洁环保、供电可靠和发电方式灵活等优点，可以对未来大电网提供有力补充和有效支撑，是未来电力系统的重要发展趋势之一。 （一）分布式发电的基本概念 分布式发电目前尚未有统一定义，一般认为，分布式发电（Distributed Generation, DG）指为满足终端用户的特殊要求、接在用户侧附近大的小型发电系统。分布式电源（Distributed Resource, DG）指分布式发电与储能装置（Energy Storage，ES）的联合系统（DR=DG+ES）。它们规模一般不大，通常为几十千瓦至几十兆瓦，所用的能源包括天然气（含煤气层、沼气）、太阳能、生物质能、氢能、风能、小水电等洁净能源或可再生能源；而储能装置主要为蓄电池，还可能采用超级电容、飞轮储能等。此外，为了提高能源的利用效率，同时降低成本往往采用冷、热、电联供（Combined Cooling、Heat and Power, CCHP）的方式或热电联产（Combined Heat and Power, CHP 或Co-generation）的方式。因此，国内外也常常将冷、热、电等各种能源一起供应的系统称为分布式能源（Distributed Energy Resource, DER）系统，而将包含分布式能源在内是电力系统称为分布式能源电力系统。由于能够大幅提高能源利用效率、节能、多样化地利用各种清洁和可再生能源。未来分布式能源系统是应用将会越来越广泛。 分布式发电直接接入配电系统（380V或10kV配电系统，一般低于66kV电压等级）并网运行较为多见，但也有直接向负荷供电而不与电力系统相联，形成独立供电系统（Stand-alone System），或形成所谓的孤岛运行方式（Islanding Operation Mode）。采用并网方式运行，一般不需要储能系统，但采取独立（无电网孤岛）运行方式时，为保持小型供电系统的频率和电压稳定，储能系统往往是必不可少的。 由于这种发电技术正处于发展过程，因此在概念和名称术语是叙述和采用上尚未完全统一。CIGRE欧洲工作组WG37-33将分布式电源定义为：不受供电调度部门的控制、与77kV以下电压等级电网联网、容量在100MW以下的发电系统。英国则采用“嵌入式发电”（Embedded Generation）的术语，但文献中较少使用。此外，有的国外文献和教科书将容量更小、分布更为分散的（如小型用户屋顶光伏发电及小型户用燃料电池发电等）称为分散发电（Dispersed Generation）。本节所采用的DG和DR的术语，与