微网技术体系(智能电网部)

1、国网电力科学研究院国网电力科学研究院2011-071微网政策和管理机制 微网标准体系研究 微网相关前瞻性外延技术及要求 结论 大电网应对微网接入的策略体系研究 微网核心技术框架 微网研究意义及定义微网研究意义及定义1234567目目 录录1 1 2微网技术研究的意义微网技术研究的意义但是现有电力网络难以承受大规模分布式电源的并入，如果简单地从电网角度对但是现有电力网络难以承受大规模分布式电源的并入，如果简单地从电网角度对DG提出严苛的并网条件和标准，又会导致分布式电源的潜能无法充分释放和发挥提出严苛的并网条件和标准，又会导致分布式电源的潜能无法充分释放和发挥，分布式发电本身的运行稳定、安全性、

2、经济性和效益更无法体现。，分布式发电本身的运行稳定、安全性、经济性和效益更无法体现。 分布式发电：分布式发电： 有利于一次能源的多元化有利于一次能源的多元化 发展可再生能源，减少排放污染发展可再生能源，减少排放污染 提高能源综合利用效率提高能源综合利用效率 提高电网供电安全、可靠性提高电网供电安全、可靠性（德国乌帕塔尔气候环境与能源研究院（德国乌帕塔尔气候环境与能源研究院& &德国西门子研究中心）德国西门子研究中心）分布式发电开始发展并受到重视分布式发电开始发展并受到重视 MVLVDMSDMSMGCCMGCCDCACPVMCLCMCACDCLCStorageLCCHPMCMic

3、ro TurbineMCFuel CellMCACDCLCACDCFlywheelMCACDC微网的提出：微网的提出：以一组分布式发电为以一组分布式发电为集群分割网络，通过集群分割网络，通过适当的管理和控制改适当的管理和控制改善原有网络，并协调善原有网络，并协调这些分布式电源运行这些分布式电源运行2 233微网技术研究是应对分布式发电大规模接入的必然选择微网技术研究符合国网公司智能电网发展战略 微网技术研究为解决分布式发电并网问题奠定基础 微网研究具有导向作用 发展可再生能源是国家能源战略之一可再生能源法及修正案影响重大“金太阳工程”等促进光伏发电迅速发展微网是接纳开再生能源的有效载体3 3

4、微网是分布式发电的高级形式，掌握微网技微网是分布式发电的高级形式，掌握微网技术也掌握了分布式供电技术术也掌握了分布式供电技术微网有利于提升电网的自愈能力微网有利于实现用户和电网的互动微网能提供可定制电力微网有利于提升智能电网接纳分布式发电 的能力众多高校和科研机构关注该领域，国网公司的研究重点是他们关注的焦点；高校和科研院所会将研究重心转移到国网公司关心的问题上；利用外界资源解决自身问题；微网技术研究的意义微网技术研究的意义国外研究现状及趋势国外研究现状及趋势4 4国家代表性的基础项目相关技术美国美国夏威夷等洁净能源计划夏威夷等洁净能源计划可再生能源发电技术可再生能源发电技术与国防部合作的微网

5、项目等与国防部合作的微网项目等微网的运行与控制微网的运行与控制Madriver微网微网微网示范验证微网示范验证欧盟欧盟DISPOWER计划计划分布式发电渗透下的电网稳分布式发电渗透下的电网稳定与控制、电能质量技术等定与控制、电能质量技术等MICROGRID计划计划微网运行与控制技术等微网运行与控制技术等日本日本群马光伏发电计划群马光伏发电计划大量光伏渗透下的电压协调大量光伏渗透下的电压协调控制控制与美国新墨西哥合作与美国新墨西哥合作NM GGI新一代的绿色电网（新一代的绿色电网（5MW以下微网）以下微网）国外研究起步较早，在关键技术方面已取得一些突破，并在小规模微网中得到验证；目前正推动微网向

6、更高电压等级、更大容量发展。 希腊希腊Kythnos微微型电网示范型电网示范欧洲相关项目欧洲相关项目日本各地示范日本各地示范夏威夷夏威夷岛微网岛微网规划规划CERTS微网测试微网测试系统系统4 4国内研究现状及趋势国内研究现状及趋势863973自然科学基金国网公司地方项目清清华华大大学学中中科科院院电电工工所所合合肥肥工工业业大大学学天天津津大大学学其其他他院院校校平台建设及示范探索平台建设及示范探索 理理论论探探索索工业企业工业企业国际合作国际合作研究和示范处于起步探索阶段，但是随关键技术研发进度加快，预计将进入快速发展期规划技术电源技术运行技术保护与控制技术5 56微网的定义微网的定义国际

7、上对微网的定义各不相同，相对获得学术界和工业界认可的定义主要有以下三种。国际上对微网的定义各不相同，相对获得学术界和工业界认可的定义主要有以下三种。微网是一种由负荷和分布式电源共同组成的微网是一种由负荷和分布式电源共同组成的系统，它可同时提供电能和热能；微网内部系统，它可同时提供电能和热能；微网内部的电源主要由电力电子器件负责能量的转换的电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必需的控制。微网相对于外部电网，并提供必需的控制。微网相对于外部电网表现为单一的受控单元，可同时满足用户对表现为单一的受控单元，可同时满足用户对电能质量和供电安全等的要求。电能质量和供电安全等的要求。6 61）美国电

8、气可靠性技术解决方案联合会（美国电气可靠性技术解决方案联合会（CERTS）给出的定义为：）给出的定义为：7微网的定义微网的定义利用一次能源；使用分布式电源，分为不可控、部分可控和全控三种，并利用一次能源；使用分布式电源，分为不可控、部分可控和全控三种，并可冷、热、电联供；配有储能装置；使用电力电子装置进行能量调节。研可冷、热、电联供；配有储能装置；使用电力电子装置进行能量调节。研究包括低压网络、负荷（部分可中断）、可控和不可控的分布式电源、储究包括低压网络、负荷（部分可中断）、可控和不可控的分布式电源、储能装置和基于监控分布式电源和负荷的通讯设施的分层管理和控制系统。能装置和基于监控分布式电源

9、和负荷的通讯设施的分层管理和控制系统。7 7欧盟微网项目（欧盟微网项目（European Commission Project Microgrids）的定义）的定义8微网的定义微网的定义 微网是由负载和分布式电源组成的独立可控系统，为当地微网是由负载和分布式电源组成的独立可控系统，为当地提供电能和热能。提供电能和热能。 8 8美国威斯康辛麦迪逊分校的美国威斯康辛麦迪逊分校的R.H.Lasseter给出的给出的微网微网概念概念： 这种概念提供了一个新的模型来描述微网的行为：微网可视作电网这种概念提供了一个新的模型来描述微网的行为：微网可视作电网中的一个可控单元，可在数秒钟内反应来满足外部输配网络

10、的需求；对中的一个可控单元，可在数秒钟内反应来满足外部输配网络的需求；对用户来说，微网可以满足特定的需求：增加本地可靠性，降低馈线损耗，用户来说，微网可以满足特定的需求：增加本地可靠性，降低馈线损耗，保持本地电压，通过余热利用提高能效，提供不间断电源。保持本地电压，通过余热利用提高能效，提供不间断电源。微网的定义微网的定义9 910我国发展微网的目的我国发展微网的目的10101011我国发展微网的方向我国发展微网的方向111111微网技术体系框架微网技术体系框架前瞻性技术在微网中的应用前瞻性技术在微网中的应用微网的前瞻性外延作用微网的前瞻性外延作用+ +微网标准体系设备规范设计标准孤岛运行标准

11、并网运行标准交换功率小于10MW的微网交换功率大于10MW的微网121213微网政策和管理机制 微网标准体系研究 微网相关前瞻性外延技术及要求 结论 大电网应对微网接入的策略体系研究 微网核心技术框架微网核心技术框架 微网研究意义及定义1234567目目 录录21 21 14第二章 微网核心技术框架分布式电源分布式电源与储能与储能计算与分析计算与分析理论体系理论体系信息与通信信息与通信运行、控制运行、控制与能量管理与能量管理设计规划设计规划体系体系保护与接保护与接地系统地系统微网核心微网核心技术体系技术体系 微网包括发电、传输、存微网包括发电、传输、存储、分配和用电全过程，具储、分配和用电全过

12、程，具有内部分布式电源种类和并有内部分布式电源种类和并网形式多样、独立运行和联网形式多样、独立运行和联网运行两种模式等众多独特网运行两种模式等众多独特特点，必须有一系列相关技特点，必须有一系列相关技术保证微网能够稳定、高效、术保证微网能够稳定、高效、可靠运行，并最大提高分布可靠运行，并最大提高分布式发电渗透率，发挥出分布式发电渗透率，发挥出分布式电源能力。式电源能力。14 14 15分布式电源分布式电源与储能与储能计算与分析计算与分析理论体系理论体系信息与通信信息与通信运行、控制与运行、控制与能量管理能量管理设计规划设计规划体系体系保护与接保护与接地系统地系统微网核心微网核心技术体系技术体系微

13、网计算与仿真技术微网计算与仿真技术 微网可靠性分析与计算微网可靠性分析与计算 关键技术：关键技术：包括静动态建模、潮流计算、短路计算、状态估计、稳定性定义与分析等；支撑系统与软件工具：与目前仿真工具接口系统；微网全过程数字仿真工具；关键技术：关键技术：微网一、二次系统可靠性模型及计算方法、随机潮流概率预测、分布式发电多模式故障分析、微网可靠性薄弱点分析、数据安全分析等；计算与分析理论体系计算与分析理论体系15 15 16分布式电源与储能计算与分析理论体系信息与通信运行、控制与能量管理设计规划体系保护与接地系统微网核心技术体系微网设计与规划技术微网设计与规划技术 关键技术：关键技术：包括微网结构

14、、电源优化组合、负荷预测、规划评价等；支撑系统与软件工具：微网系统规划决策支持系统 ；设计规划体系设计规划体系16 16 17分布式电源与储能计算与分析理论体系信息与通信运行、控制与能量管理设计规划体系保护与接地系统微网核心技术体系微网内的电源技术微网内的电源技术 微网内的储能技术微网内的储能技术 关键技术：关键技术：包括适用于微网分布式发电逆变接口系统的原理与技术、在线网络支撑控制技术、多类型机组并联技术、并网与功能分析等；关键装备：适用于微网的分布式发电和储能设备标准并网接口系统；关键技术：关键技术：包括储能对微网稳定运行的作用机理与控制方法、分布式储能的规划设计方法等；分布式发电与储能技

15、术分布式发电与储能技术关键装备：适用于微网的百千瓦级电池、飞轮、超级电容器以及混合储能系统及其控制器；17 17 18分布式电源与储能计算与分析理论体系信息与通信运行、控制与能量管理设计规划体系保护与接地系统微网核心技术体系微网保护技术及系统微网保护技术及系统 微网接地技术微网接地技术 关键技术：关键技术：包括故障特征分析与计算、保护的原理与配置、保护间协调、反孤岛策略及其与保护间的协调等；关键装备：适用于微网的分布式发电和储能保护、静态快速分离开关、纵联保护、自动重合闸等；关键技术：关键技术：适用于微网的接地系统、分布式电源接地方式及接地电极种类等；保护与接地系统保护与接地系统关键装备：接地

16、电极、接地系统及装置等；18 18 19分布式电源与储能计算与分析理论体系信息与通信运行、控制与能量管理设计规划体系保护与接地系统微网核心技术体系微网信息与通信技术微网信息与通信技术 关键技术：关键技术：包括微网计量模式与通信模式、通信控制规约、各种通信接入方式及接口、基于IEC 61850的微网通信系统、基于IEC 61970和61968的微网CIM模型扩展及导入导出等；关键装备：用户表计终端、发电与储能测控终端、微网接入点测控终端、通信网络及装备等信息与通信技术信息与通信技术19 19 20分布式电源与储能计算与分析理论体系信息与通信运行、控制与能量管理设计规划体系保护与接地系统微网核心技

17、术体系微网运行与控制技术微网运行与控制技术 关键技术：关键技术：包括微网经济调度、多元能量优化管理、融合能量管理和需求侧管理、联合调度等关键装备：微网能量管理系统及软件运行、控制与能量管理技术运行、控制与能量管理技术微网能量管理技术微网能量管理技术 关键技术：关键技术：包括自动控制的结构和体系、无缝切换、黑启动、接入点控制、自动发电/频率控制（独立运行时）等；关键装备：微网自动控制相关设备（如接入点控制设备、分布式能源控制终端等）微网电能质量技术微网电能质量技术 关键技术：关键技术：包括微网电能质量问题特殊性与产生机理、检测及分析、综合控制与治理等;202021微网政策和管理机制 微网标准体系

18、研究 微网相关前瞻性外延技术及要求 结论 大电网应对微网接入的策略体系研究大电网应对微网接入的策略体系研究 微网核心技术框架 微网研究意义及定义1234567目目 录录21 21 22第三章 大电网应对微网接入的策略体系研究微网是以分布式发电为基础的复杂供能网络，相对于大电网存在着并网运行、微网是以分布式发电为基础的复杂供能网络，相对于大电网存在着并网运行、解列独立运行、重新并网等多种运行状态。大规模接入必将对大电网的稳态解列独立运行、重新并网等多种运行状态。大规模接入必将对大电网的稳态潮流分布、暂态故障电流分布产生重大影响，主要体现在以下五方面：潮流分布、暂态故障电流分布产生重大影响，主要体

19、现在以下五方面：相互作用机理 协同规划 运行策略 保护体系 市场交易 22 22 MicroGridMicroGridMicroGridMicroGridMicroGridMicroGridMicroGrid 微网静态模型同传统节点有较大的不同 微网内大量电力电子装置，惯性时间常数很小，降低了系统旋转储能 调压调频设备难以适应大规模微网接入系统，如何改造以适应微网接入 各种分布式电源的性能差异及微网的独立/并网两种运行方式导致配网内电能质量问题更加复杂 高渗透率微网对大电网影响分析需要基本的理论支撑。微网与大电网作用机理23 23 应对24高渗透率下含微网的大电网协同规划设计 分布式电源的随机

20、性增大了负荷预测的难度 需要考虑未来微网接入，原规划流程不再适用 对配电网结构发生深刻影响 应对原有的将配电网作为无源系统进行规划的方法已不再适应微网环境下的系统规划要求。24 24 2525含高渗透率微网的大电网运行 微网内部电源出力一方面受天气等影响，另一方面在一定程度上也受用户或业主控制，给大电网调度带来困难 微网自身具有能量管理系统，只根据本地信息进行管理，需要与大电网进行协调 微网本身又是一个可控单元，电网可以对其进行调度，这也为电网运行控制提供了灵活性 高渗透率下含微网的电网短期负荷预测新算法 高渗透率下含微网电网调度技术与规范的改进措施，优化调度方法 微网EMS与电网EMS的协调

21、配合机制，高渗透率下含微网的电网运行方式的快速分析与决策方法 高渗透率下含微网的电网电能质量检测、分析理论和综合控制方法 微网与电网平滑并网与分离的方法与控制策略 含微网的电网黑启动技术，电网故障情况下微网穿越运行，微网电源故障或退出情况下，电网对微网的紧急支援等方案的理论与技术 微网的接入，既给电网运行带来了更高的复杂性，也为大电网运行控制增加了灵活性。25 25 应对26 微网内电源暂态特性不同，馈入配网短路电流特性复杂 分布式可再生能源电源运行方式多变，大电网故障检测及保护整定困难 配网成为多电源复杂网络，使用传统单电源辐射网的电流保护存在灵敏度低，保护范围小，甚至失去选择性等问题 微网

22、与外部电网保护缺乏配合 微网影响电网保护系统评价体系微网影响电网保护系统评价体系高渗透率微网接入后，传统保护高渗透率微网接入后，传统保护系统的适应性问题和技术改造方系统的适应性问题和技术改造方法法研究含高渗透率微网的电网保护研究含高渗透率微网的电网保护基础理论、构建模式、整定配合基础理论、构建模式、整定配合原则原则微网解列和故障穿越运行的基本微网解列和故障穿越运行的基本原则，以及电网、微网保护的协原则，以及电网、微网保护的协调配和机制调配和机制 微网的接入，对大电网的故障特性、保护构建模式带来了深刻的影响。 高渗透率下包含微网的大电网保护策略26 26 应对应对27 对供电的成本产生直接影响，

23、使成本的分摊问题也变得复杂 微网并网运行时参与主网竞争，对原有的电力市场交易模式产生影响 内部需要市场机制 在电力市场不同的发展阶段，微网接入后产生的问题 在电力市场环境下，建立不同类型微网的经济模型 微网接入后对原有的电能交易模式的影响 含微网的电力市场的市场机制与竞价策略 微网接入后与电网运营系统的协调与匹配问题 研究鼓励可再生能源参与电力市场竞争的政策激励机制 微网可能使电力公司和用户之间形成一种新型关系，对电力市场产生深刻的影响。微网与大电网的电能交易模式27 27 应应对对28微网政策和管理机制 微网标准体系研究微网标准体系研究 微网相关前瞻性外延技术及要求 结论 大电网应对微网接入

24、的策略体系研究 微网核心技术框架 微网研究意义及定义1234567目目 录录21 21 目前国际上仅有“IEEE 1547分布式电源（DG）与电力系统互连系列标准”中的1547.4号标准涉及微网内容，但该标准尚为草案稿，没有正式出版。与微网相关的标准主要有各国分布式电源并网运行标准、电能质量标准等. 第五章第五章 微网标准体系研究微网标准体系研究2929 29 国内相关标准国内相关标准30我国目前尚无分布式电源并网标准。与微网相关主要有：电能质量标准、光伏和风电的并网标准以及配电网相关标准 国内相关标准国内相关标准风电并网风电并网光伏并网光伏并网电能质量电能质量GB 19964-2005GB

25、19939-2005GB 20046-2006GB 19963-2005GB 14549-1993GB 15945-2008GB 12325-2008GB 18481-2001GB 15543-2008GB 17625.6-2003Q/GDW 156-2006GB 50293-1999GB 14285 E-2006GB 50052-199530 30 微网标准体系微网标准体系设备规范设备规范设计标准设计标准独立运行独立运行标准标准并网运行并网运行标准标准交换功率小于交换功率小于10MW的微网的微网交换功率大于交换功率大于10MW的微网的微网 对微网的各组成元件进行规定对微网的各组成元件进行规定

26、设备规范设备规范设计标准设计标准 对微网的组成、微电源控制方式、能量管理、对微网的组成、微电源控制方式、能量管理、保护以及通信系统设计等进行规定保护以及通信系统设计等进行规定 独立运行独立运行标准标准 规范独立运行时微网发电和负荷管理、电压规范独立运行时微网发电和负荷管理、电压/ /频频率控制、运行稳定性、安全保护与控制、冷负荷率控制、运行稳定性、安全保护与控制、冷负荷启动、监测和通信、电能质量、安装与测试等启动、监测和通信、电能质量、安装与测试等 并网运行并网运行标准标准 按其与配电网交换功率的不同分为小于按其与配电网交换功率的不同分为小于10MW10MW的的微网与大于微网与大于10MW10

27、MW的微网并网标准的微网并网标准 我国的标准体系我国的标准体系31 31 32微网政策和管理机制微网政策和管理机制 微网标准体系研究 微网相关前瞻性外延技术及要求 结论 大电网应对微网接入的策略体系研究 微网核心技术框架 微网研究意义及定义1234567目目 录录21 21 33微网政策与管理的国内外现状微网政策与管理的国内外现状33发达国家尚未制定针对微网的政策与管理制度，现有政发达国家尚未制定针对微网的政策与管理制度，现有政策与管理都是关于分布式发电的。策与管理都是关于分布式发电的。欧盟政策欧盟政策的核心是的核心是支持和鼓支持和鼓励分布式励分布式电源的发电源的发展展 补贴配电运营商由于分布

28、式电源而增加的成补贴配电运营商由于分布式电源而增加的成本和减少的利润本和减少的利润 通过多种途径对分布式电源用户进行补贴通过多种途径对分布式电源用户进行补贴 33 33 积极配合可再生能源法等，推进微网市场化运营规范各方投资受益，促进微网投资发展规范微网并网合理有序，保证电网安全稳定运行核准微网所有权、经营活动及建设各方资质34通过国外在该领域的相关情况，结合中国国情和国家相关政策法律背景，提出微网政策管理体系应包含如下四项基本政策和管理制度：微网政策与管理体系微网政策与管理体系34 34 35微网政策与管理体系微网政策与管理体系35微网的准入制度 微网的并网管理 微网所有者的资质 微网所有权

29、和经营活动的模式问题 微网的并网审批管理 制定微网相关标准 从所有权形式和经营活动的角度来划分，微网可有多种模式。我国应该根据宏观政策结合自身国情制定相关政策和管理规定，确定各种模式的合法性。还要对微网所有者资质和经营活动做出规定 35 35 并网费，由微网用户一次性支付 系统使用费，周期性支付36微网政策与管理体系微网政策与管理体系微网的接入增加了电网公司的资本和运营支出 微网的并网收费政策 补偿电网公司的成本 电量上网准入电量上网准入 上网电价上网电价 微网电量上网 可再生能源法可再生能源法及及其他相关法规其他相关法规 36 36 37微网政策和管理机制 微网标准体系研究 微网相关前瞻性外

30、延技术及要求微网相关前瞻性外延技术及要求 结论 大电网应对微网接入的策略体系研究 微网核心技术框架 微网研究意义及定义1234567目目 录录21 21 38前瞻性技术在微网中的应用正在研究、发展的电气工程及其正在研究、发展的电气工程及其他领域的前沿性技术在微网中新他领域的前沿性技术在微网中新的应用模式和技术的应用模式和技术 微网的前瞻性外延作用微网自身对于大电网、或对电网之外微网自身对于大电网、或对电网之外的其他领域产生技术经济性能影响的的其他领域产生技术经济性能影响的新应用模式和技术新应用模式和技术微网的相关前瞻性外延技术目前尚未形成一个清晰界限的概念，从广微网的相关前瞻性外延技术目前尚未形成一个清晰界限的概念，从广义上，在电气工程学科中、在今后的微网建设中发展起来的新技术都义上，在电气工程学科中、在今后的微网建设中发展起来的新技术都属于前瞻性外延技术，包含两类：属于前瞻性外延技术，包含两类：+充分发挥微网的技术经济潜力充分发挥微网的技术经济潜力 提高微网的技术性能、拓展微网提高微网的技术性能、拓展微网的应用空间的应用空间 第六章 微网相关前瞻性外延技术及要求38 38 可融入智能电网体系的智能微网可融入智能电网体系的智能微网微网对电力市场的要求及其促进作用微网对电力市场的要求及其促进作用微网对电网安全防御的地位及作用微网对电网安全防御