分布式能源并网运行技术研讨.ppt

分布式能源并网运行研究,zsz,引言第一部分：分布式电源并网技术要求和管理条例第二部分：分布式电源并网运行对电力系统的影响第三部分：分布式电源电价政策和交易模式,绿色能源可再生能源太阳能、风能、燃料电池垃圾、沼气、生物质能、地热能、海洋能,小型燃气等热电冷联产,能源综合利用,引言,荷兰零能源、零排放建筑,作为多功能建筑构件使用的光伏组件,在建筑物上安装的太阳电池的作用不仅仅是发电；除了发电，首先应当将太阳电池看作是建筑物外墙体上的通用的和和谐一致的建筑材料；安装在建筑物上的太阳电池应当具有如下功能：使室内不受天气变化的影响；防雨；抗风；隔热；隔噪音；遮阳；美观；发电；要求太阳电池组件应当适合建筑设计师的选择：标准太阳电池组件特殊制作的太阳电池组件,柏林火车站候车大厅,北京南站,天津站,分布式能源运行结构示意图,内燃燃气发电机组热电冷联产系统,能源需求较为多样化的用户，同时解决了电能、热能及冷能的供应燃气内燃发电机组属节能环保产品,起到环保,节能,优化能源结构三重效果。该系统燃气综合利用效率可以达到70以上，运行费用低，热效率高，经济效益显著。,清洁、可再生能源发电的兴起,(1)全世界风电装机容量年均增长率是全球增长速度最快的能源欧洲风能协会的计划提前完成。中国“乘风计划”，目标宏伟。（2）太阳能光伏电池（PV）90年代太阳能发电年增长率达17%（3）高温燃料电池：效率可达60（4）微燃气轮机发电（不同于调峰用燃气轮机发电）（5）其他发电技术生物质能（沼气、垃圾、秸秆）、小水电、余热电厂、热电联供（集中供热汽、水）、地热电站、太空电站、大气发电上述这些新发电方式，全世界目前占发电总量的2，商用价值有限；2010年占10；前景远大；,不同燃料类型的能耗,2030年世界预计：化石能源70，水6，核6，可再生能源13，,分布式电源定义,分布式电源通常是指分散布置在电力负荷附近的、容量在数千瓦至数十兆瓦之间的、为环境兼容的、节能的发电装置。如燃气轮机、内燃机、太阳光伏、燃料电池、风力发电等。,国外研究和定义,2000年，ElectricPowerSystemsResearch杂志，Distributedgeneration:adefinition目的：有功；安装位置：配电网或用户侧容量：建议不给出具体的容量限制接入容量依赖于配电网容量和电压等级几kW300MW送电区域：建议不给出区域限制有些地区的DG白天只给当地配电网供电，晚上负荷低时，向输电网送电。类型：不限制。可以是太阳能、CHP、风力、燃料电池等等IEEE1547，把DG容量限制在10MW及以下,DG并网的定义,分布式电源并网运行就是指其在正常的开机状态下，与电网存在电气回路的直接连接，分布式电源和电网的连接点一般称为公共连接点。国内提“并网”一般指电厂向系统送电。国外对并网多用interconnection，同时突出paralleloperation。即DG和电力网络同时运行在ieee提出的观点中，DG应几乎可以在任意位置和电力系统相连。,DG分类,按容量分类总容量为数十兆瓦的微型电厂数千瓦至数千千瓦的分布式电源，一般接在用户内部按使用能源分类再生能源，太阳能、水力、风能、地热和生物质能氢气化学反应，燃料电池清洁的不可再生能源，如天然气按使用发电机类型分类同步发电机和异步发电机按接入电网方式分类旋转型接入通过逆变器接入按是否反送功率分类经电网接入点向电网反送功率不经电网接入点向电网反送功率,分布式电源并网的四大瓶颈,电网安全性,并网技术,市场运作,效益评价,DG并网,对分布式电源并网对电网安全的影响分析,DG并网的技术规则和管理办法制定,对分布式电源并网的经济效益分析,第一部分分布式电源并网技术要求和管理条例,DG并网电压选择DG并网渗透率确定电能质量要求DG机组运行要求,DG并网电压选择,数千瓦至数百千瓦在400伏电网数百千瓦至数20兆瓦以下一般在10千伏电网20兆瓦至100兆瓦220千伏变电站的110千伏母线北京城区的配电网中没有35kV这一电压等级，因此DG机组并网只能选择400V、10.5kV、或者更高的110kV三个电压等级。10kV线路典型的输送功率的容量是10MkVA；10.5kV/400V的变压器一般容量在几百kW，最大不超过1000kW。,台湾对并网电压的规定,100kW以下的可再生能源发电系统在低压配电网接入，容量在10010000kW，接入11.4kV容量在20000kW以下，接入22.8kV。,美国加州对并网电压的规定,DG并网渗透率确定,在一个受电区域内，DG机组总的装机容量和该区域内总负荷容量的比例要限制在一定范围之内，不能过大。美国德州限制一条馈线DG机组的总容量不能超过最大负荷的25%。,电能质量要求,当DG机组并网之后，由于有大系统作为支撑，DG用户的电能质量将得到很大的改善GB12325-90电能质量供电电压允许偏差GB12326-2000电能质量电压波动和闪变GB/T14549-93电能质量公用电网谐波GB/T15543-1995电能质量三相电压允许不平衡度GB/T15945-1995电能质量电力系统频率允许偏差GB/T18481-2001电能质量暂时过电压和瞬态过电压分布式电源必须满足有关国标和电网公司对电源电能质量管理办法中的规定。,DG机组运行要求,平稳启动和停机，不易频繁启停恒功率因数运行是否向系统反送功率允许微型电厂反送功率，10千伏电网上的分布式电源原则上不得向电网反送功率。“并网不上网”模式。国外称为non-export，装机容量小于最小负荷，或者有逆功率保护。审批相对简单。DG所发电能只在用户内部消耗，以电能计量点为分界独立运行DG机组的独立运行方案必须在项目申请时一起提出，并且通过测试独立运行时，DG机组和所带负荷必须与电网脱离,继电保护和解列条件,并解列开关一般应安装在分布式电源出线开关，并解列开关须具备自动方式。过、欠电压保护和解列条件超出7%时，5s解列，低于75%或高于120%，0.5s解列过、欠频保护和解列条件频率低于49Hz时，0.5s解列非全相运行保护防孤岛效应保护方向功率保护为1的机组容量，持续5s,申报审批流程图,第二部分分布式电源并网运行对电力系统的影响研究,并网影响的研究内容,DG并网对配电系统稳态电压的影响；DG并网运行对系统的电能质量（电压波动、谐波、电压不平衡、直流注入方面）的影响；在非正常情况下，DG并网对电力系统的影响。定性给出系统故障时DG对短路容量的贡献及对系统保护设置可能的潜在影响，并定性研究了DG对故障时局部系统稳定性的影响。,对电力系统的积极影响,减少配电网投资。DG直接装在用户侧，减少输配电设备的投资,减少输送电的损耗，降低成本；长期角度能延缓或减少新建大型发电厂和远距离输电线。条件允许的话，新增负荷优先由DG来满足；具备削峰填谷、平衡负荷的作用，使现有发电输电设备的备用减少，利用率提高。,DG对电网的不利影响,增大了电网的短路容量；增大了线路调压难度；影响继电保护配置；影响电能质量水平。,一、DG并网对配网稳态电压的影响（1）配电系统的稳态电压分布,图并入分布式电源前后馈线的电压分布和节点电压变化曲线,表明：接入DG对于系统线路的电压分布有明显的改善作用。,（2）DG出力变化,图2DG出力变化引起电压变化的曲线表明：不改变DG接入位置的情况下，电压的支撑由DG输出的总出力决定。总出力越多，渗透率越高，电压支撑就越大，整体电压水平就越高。,（3）DG接入位置变化,1)DG数量仍为5个2)DG集结在同一节点图DG出力变化引起电压变化的曲线图DG集结在同一节点上的电压分布曲线表明：总出力相同的DG，分布在不同的位置组合，得到的电压分布有着较大的差异。,一般规律,从电压支撑角度，分布式电源有明显的积极作用。这取决合理选择接入地点、合理选取容量并适当调度；DG接入位置与DG相对网络负荷的渗透率大小有关，可行的安装位置可选择为从该点到末端的总负荷等于DG容量的一半；正常情况下，DG应多发有功少发无功，保持高功率因素运行；减少线路电压对分布式发电的依赖；在DG接入地点，应安装适当的无功电压支撑设备，如电容器等，在DG退出运行时投运；,二、DG并网对电能质量的影响,（1）DG与电压波动,DG引发电压波动的原因采用感应发电机的DG机组，机组启动的时候会从电网中吸收大量无功，造成电压的跌落；对于一般的DG机组，由于容量小，惯性小，容易受到外界因素变化的影响，如负荷随机性、冲击性波动，会引起DG出力变化，进而引发DG附近节点处的电压发生波动。太阳能发电、风力发电等形式的DG系统的输出随太阳光、风力大小的变化而变化，因此容易造成DG接入点附近的电压波动。,（2）DG与谐波、间谐波,DG引发谐波的原因采用逆变器并网的DG机组并网时，由于逆变器中电力电子开关器件频繁开通和关断，在其开通和关断的过程中都会给系统带来围绕开关频率附近的谐波分量；一般的逆变器都选用三相六桥臂的设计方案，这也会带来6脉冲逆变器固有的6n1次谐波,DG与谐波、间谐波,仿真算例,图当系统频率出现快速小幅波动时候，DG逆变器输出电压的谐波情况,（3）DG与直流注入,起因：对于采用逆变器接口的DG系统，由于逆变器控制电路中运算放大器的零点漂移，开关管本身及其驱动电路不一致等原因会使逆变器输出电压产生直流分量；逆变器换流失败时尤为严重危害：,DG与直流注入,解决方案并网模式下，通过DG控制功能；较大容量的逆变型DG机组出口处设置隔离变压器,（4）DG与电压不平衡,电网电压不平衡起因配网馈线负荷不平衡线路阻抗不对称DG并网对电网电压不平衡的影响对于采用单相并网的DG机组，可以将其接入到带负荷较多的一相，从而减少电压的不平衡度，实现DG对电压不平衡的积极影响,三、非正常运行情况下DG对电力系统的影响,（1）增加短路容量及影响保护配置,DG对故障电流的影响,故障点的短路容量过大，以致图中出线1的短路电流超过该线路上的配电设备（电缆、短路器等）所能承受的短路能力和断路能力；10kV馈线一般只配备过流保护，不具备方向性。因此，当DG产生的短路电流太大，会引起图中保护b误动作，从而导致线路2断开，引起线路2上用户的不必要的断电。,增加短路容量及影响保护配置,逆变器接口的DG并网后不会增加系统的短路容量；旋转型接口的DG并网后，将提供短路电流从而增大短路容量，可能会破坏配网设备和影响保护设置；减少和避免DG并网带来的消极影响，应从以下几方面考虑：限制DG的并网容量；增加DG隔离变压器阻抗；DG出口增设方向功率保护；DG并网之前，要在充分调查发电设备阻抗的基础上，计算DG可能带来的短路电流的增加，以确定DG的并网容量。,（2）对系统局部稳定性的影响,对应不同DG渗透率系统的频率响应,对应不同DG渗透率500kv母线的电压响应,可见，DG带相应数量的负荷并网的系统在故障时比不带DG有着更好的动态响应。最大电压和频率的偏移量变小，振荡得到稍微的阻尼。,（3）低压保护跳开DG对系统的影响,对应不同低压保护灵敏度跳开DG的系统频率特性,对应不同低压保护灵敏度跳开DG的电压特性,可见，系统发生故障时，DG低压解列保护，会给系统带来一定的负面影响。,（4）并网对接地的影响,DG并网引发原有接地系统的冲突：中低压配网的小电流接地方式；DG需要将中性点接地以限制线对地电压；解决办法设备选择和参数设置采取折中为DG及隔离变压器提供接地源，保证有效接地，抑制过电压；设置接地阻抗，避免大容量DG并网带来故障电流增大而使继电器、熔断器等误动作。,并网对接地的影响,从过电压角度的仿真变压器零序阻抗较大时出现暂态过电压变压器零序阻抗较大时出现暂态过电压,并网对接地的影响,从过电流角度的仿真变压器零序阻抗较大时出现暂态过电压变压器零序阻抗较大时出现暂态过电压,并网运行时配电网系统的技术发展,配电网从单端电源辐射状供电变化为多端供电采用阶段式配合原理的保护，现需发展多端电源线路的保护采用电源向负荷送电模型潮流计算方法，先需要发展环形潮流的新计算方法短路电流改变，需要重新设置保护参数配电网的监测控制，终端低压处通常没有SCADA系统，需建立用于控制DG的数据信息系统。光伏、燃料电池等类型DG需经逆变器接入电网，这些电力电子技术的使用可能会带来新的问题,小结,从DG对故障电流影响的角度出发，在确保DG渗透率不超过一定限值的前提下，DG并网对系统的影响是可忽略的；在DG的接地问题上，需要在设备选择和参数设置上有一些折中；仿真表明，选择合适的参数，同时抑制过电压和过电流是可以实现的；当DG只是恒电流输出时，随DG渗透率的增大，对系统故障时的电压和频率动态响应有积极影响；仿真表明，DG的低压解列保护越灵敏，则导致系统崩溃的可能性越大，不应将DG的解列保护设置得过于灵敏。,第三部分分布式电源电价政策和交易模式,一、可再生能源二、冷热电联产,分布式电源交易模式,考虑因素：国家战略方针、能源发展规划、环保、电网安全利益的再分配,值越高，投资收益越明显自行开发热/电负荷多样化经营电力公司竞争成本的升高减少乃至替代人们对于传统电力公司集中供电服务的需求隐性地分担并网成本,分布式发电商,交易的考虑,政府补贴,投资贴息税收优惠减免费用转移费用向房地产开发商征收输电线路延伸和新建的费用征收环境污染费申请和审批过程中的费用,政府的交易政策,可再生能源发电配额制政策可再生能源绿色证书制度,相关电价政策借鉴,以可再生能源为基础的分布式电源可再生能源发电配额制政策(RPS)购电法（固定电价制度）投标政策分布式电源CCHP能源价格合理允许电力并网交易,投资补贴融资,一、可再生能源国外可再生分布式电源激励政策,强制性或指令性政策可再生能源发电配额制政策(RPS)绿色证书（绿卡）市场可再生能源绿色证书制度经济激励政策购电法市场开拓策略投标政策英国非矿物燃料契约（NFFO),可再生能源的电价分摊机制和交易模式设计,全社会分摊,自愿认购,可再生能源基金设计分摊水平估算与预测,绿色电力营销机制交易模式设计,基于自愿认购的交易模式设计,绿色证书交易模式,从事绿色证书交易的主体可以是任何有资格的绿色电力营销公司或非营利组织。,对于采用可再生能源的分布式电源，应规定能源生产中可再生能源的总量目标。支持建立绿色电力制度，鼓励和支持各种形式的可再生能源分布式电源并网发电。市场保障并网发电应对利用可再生能源的分布式电源上网电价实行分类电价制度。分类电价由政府价格管理部门根据其发电成本和参照同类发电项目成本水平测算确定，并定期向社会公告。发电上网上网电价由于可再生能源电力的上网电价偏高，为缓解电网企业的经营压力，政府应给予相应的补贴；必要时，可适当调整售电价格。销售电价,可再生能源交易建议,我国新政策-全国发展和改革工作会议颁布,加大重点工程实施力度-十大节能等工程强化经济政策的激励作用研究制定节能节电政策措施、环保收费改革、颁布实施可再生能源店家补贴和配额交易方案，出台节能环保项目税收优惠政策。加强目标责任评估考核和监督检查,为优化能源结构，提高能源总体效率，鼓励在宾馆、医院、大型商场和商务楼宇等用户发展分布式电源系统。,二、冷热电联产能源综合利用,清华大学节能楼的热电冷联供实验平台,分布式电源现有交易模式案例,热电（冷）联产的电价政策及交易,并网发生的电力系统配套费用的收取由于并网发生的电力系统配套费用应纳入分布式电源建设中对分布式电源征收政府性基金应按本市统一标准向分布式电源征收三峡基金、农网还贷基金（电价）、城市公用事业附加费等政府性基金和附加。北京城市公用事业附加费额度：非居民照明、商业用电征收4分/千瓦时。,对并网运行中的分布式电源收取合理的（备用）补偿费当分布式电源需要电力公司提供备用支持容量时，应向电力公司支付必要的补偿。补偿费相关电网设备平均建设成本所需备用容量现阶段，系统备用费标准可参照执行工业用电基本电价标准。计收系统备用费的容量原则上按该分布式电源与电力公司签订的用电容量确定。备用补偿费标准可参照基本电价：30.00元/千伏安/月(北京经济开发区电价表),对并网运行中的分布式电源收取合理的服务费用分布式电源机组可能出现出力波动、受阻减出力或事故停机，影响电网的安全运行，且由于分布式电源的接入，增加了电力系统控制难度和工作量，电力公司可适当收取服务费用。年服务费用=k分布式电源年发电量。k为每发电1kWh所收费用。服务费用的制定基本原则：合理补偿电网成本，合理确定电网收益；对分布式电源服务费用的收取，可以通过分布式电源侧和