微网控制讲义

1、712022年2月20日星期日1-2 1-2 微电网背景微电网背景第一章第一章 绪论绪论1-1 1-1 引言引言722022年2月20日星期日1-1 1-1 引言引言一、一、分布式发电系统的起源分布式发电系统的起源 传统电力系统的规约和运行环境的发展变化传统电力系统的规约和运行环境的发展变化 小型发电系统如微型涡轮发电机组、燃料电池、光伏发电系小型发电系统如微型涡轮发电机组、燃料电池、光伏发电系统和生物燃料发电系统等的涌现统和生物燃料发电系统等的涌现 分布式发电系统包括各种类型的小型发电机、能量存贮系统、分布式发电系统包括各种类型的小型发电机、能量存贮系统、负荷控制以及小型发电机和大电网之间的

2、先进的电力电子接负荷控制以及小型发电机和大电网之间的先进的电力电子接口装置。口装置。 二、二、微电网的定义微电网的定义 微电网可以定义为一组负荷和微型发电系统作为一个单一的微电网可以定义为一组负荷和微型发电系统作为一个单一的系统运行，为用户同时提供电能和热能，微电网中大部分微系统运行，为用户同时提供电能和热能，微电网中大部分微型发电系统必须基于电力电子接口，从而保证作为单一集合型发电系统必须基于电力电子接口，从而保证作为单一集合系统运行时提供一定的适应能力。系统运行时提供一定的适应能力。 微电网采用自适应控制，允许微电网呈现到大电网时，作为微电网采用自适应控制，允许微电网呈现到大电网时，作为一

3、个单一的控制单元，满足局部电力系统的可靠性和安全性一个单一的控制单元，满足局部电力系统的可靠性和安全性的需要。的需要。 732022年2月20日星期日1-1 1-1 引言引言三、微电网与集成三、微电网与集成分布式发电系统的区别分布式发电系统的区别 集成的分布式发电系统，传统的方法主要考虑少量的微型分集成的分布式发电系统，传统的方法主要考虑少量的微型分布式发电系统对电力系统的影响。布式发电系统对电力系统的影响。 IEEE P1547标准草案给出了分布式发电与电力系统互联的标准草案给出了分布式发电与电力系统互联的标准，该标准主要考虑如果电力系统发生故障时，如何保标准，该标准主要考虑如果电力系统发生

4、故障时，如何保证并网发电机自动切机。证并网发电机自动切机。 设计微电网时，应考虑若电力系统发生故障，微电网应能不设计微电网时，应考虑若电力系统发生故障，微电网应能不受影响地与大电网分裂开来，处于孤岛运行状态，一旦故障受影响地与大电网分裂开来，处于孤岛运行状态，一旦故障恢复时，微电网可立即与电力系统并列运行。恢复时，微电网可立即与电力系统并列运行。 微电网的重要特性来源于包含分布式电源在内的配电网可作微电网的重要特性来源于包含分布式电源在内的配电网可作为一个自我控制的实体，即对于电网来说其表现为与常规的为一个自我控制的实体，即对于电网来说其表现为与常规的用户具有不可区分的特点。用户具有不可区分的

5、特点。 四、设计微电网时应考虑的因素四、设计微电网时应考虑的因素 电力系统中发生故障之前微电网中包含多少分布式发电机是电力系统中发生故障之前微电网中包含多少分布式发电机是可以允许的，这些问题包括过电流以及随之引起的故障和电可以允许的，这些问题包括过电流以及随之引起的故障和电压波动。压波动。 742022年2月20日星期日1-1 1-1 引言引言 微电网的结构应该遵守电网的运行规约以及除了对已存在的微电网的结构应该遵守电网的运行规约以及除了对已存在的用户具有可接受的影响外没有任何危害。用户具有可接受的影响外没有任何危害。 微电网应能够提供不间断电源的性质。微电网应能够提供不间断电源的性质。 五、

6、微电网的优点五、微电网的优点 为配电网提供电能阻塞的缓解作用，延缓新发电设备或输电为配电网提供电能阻塞的缓解作用，延缓新发电设备或输电容量的投资以及跟随负荷变化和局部电压的支持等。容量的投资以及跟随负荷变化和局部电压的支持等。 从电网的观点来看，微电网主要优点是能够在电力系统中作从电网的观点来看，微电网主要优点是能够在电力系统中作为一个集中的负荷运行，从而可将其视为可控制的实体。为一个集中的负荷运行，从而可将其视为可控制的实体。 用户可从微电网受益，微电网的设计和运行不仅可满足本地用户可从微电网受益，微电网的设计和运行不仅可满足本地用户的电能和热能的需要，还可实现不间断电源的功能，增用户的电能

7、和热能的需要，还可实现不间断电源的功能，增强本地供电可靠性，减少线路损耗和维持本地电压等。强本地供电可靠性，减少线路损耗和维持本地电压等。 752022年2月20日星期日1-2 1-2 微电网背景微电网背景一、技术背景一、技术背景 微电网的关键特性取决于电力电子、控制和通信等技术，从微电网的关键特性取决于电力电子、控制和通信等技术，从而使得微电网可作为半自主式电力系统。而使得微电网可作为半自主式电力系统。 往复式发动机在将来的应用中具有一定竞争能力，但由于缺往复式发动机在将来的应用中具有一定竞争能力，但由于缺少电力电子接口，从而使得它们在微电网中的作用减弱。少电力电子接口，从而使得它们在微电网

8、中的作用减弱。 1. 微型涡轮发电机组微型涡轮发电机组 目前微型涡轮发电机组的额定容量在目前微型涡轮发电机组的额定容量在25-100kW，而更大型的，而更大型的微型涡轮发电机组正在开发研究中微型涡轮发电机组正在开发研究中 。 微型涡轮发动机为简单的单轴机械装置，具有螺旋桨轴承，微型涡轮发动机为简单的单轴机械装置，具有螺旋桨轴承，其转速可高达其转速可高达50000-100000rpm。采用商业飞机的辅助发电。采用商业飞机的辅助发电单元，具有低成本的自动涡轮增压器。单元，具有低成本的自动涡轮增压器。 微型涡轮发电机组采用低污染的清洁燃料，主要燃料为天然微型涡轮发电机组采用低污染的清洁燃料，主要燃料

9、为天然气，某些应用中也可采用丙烷或液体燃料。气，某些应用中也可采用丙烷或液体燃料。 762022年2月20日星期日1-2 1-2 微电网背景微电网背景2.燃料电池燃料电池 燃料电池效率高，污染物排放低，但目前价格较高。燃料电池效率高，污染物排放低，但目前价格较高。 主要的燃料电池有：磷酸盐燃料电池、高温固体氧化物熔融主要的燃料电池有：磷酸盐燃料电池、高温固体氧化物熔融碳酸盐燃料、低温质子交换膜碳酸盐燃料、低温质子交换膜(PEM)燃料电池等。燃料电池等。 燃料电池效率高，与内燃发动机结合具有较低的污染排放。燃料电池效率高，与内燃发动机结合具有较低的污染排放。 3.可更新能源发电可更新能源发电 光

10、伏发电系统光伏发电系统 风力发电系统风力发电系统 生物燃料微型发电系统生物燃料微型发电系统4.能量存储系统能量存储系统 蓄电池、超级电容蓄电池、超级电容 、超导电磁线圈和高速飞轮储能系统。、超导电磁线圈和高速飞轮储能系统。 能量存储系统在微型发动机的直流母线上可提供当系统负荷能量存储系统在微型发动机的直流母线上可提供当系统负荷改变时所需要的容量。改变时所需要的容量。 5.热能回收技术热能回收技术 为使微电网能够持续发展，应用于热电联产系统中的热能回为使微电网能够持续发展，应用于热电联产系统中的热能回收技术十必不可少的收技术十必不可少的 。如低温和高温热交换技术等。如低温和高温热交换技术等。 7

11、72022年2月20日星期日1-2 1-2 微电网背景微电网背景二、二、热电联产热电联产(CHP） 微电网的重要的潜在优点是可利用生产电能所产生的废热进微电网的重要的潜在优点是可利用生产电能所产生的废热进行回收行回收 一半到四分之三的一次能源在电能的生产过程中将排放掉一半到四分之三的一次能源在电能的生产过程中将排放掉 增加的转换效率所取得的经济效益可从三个方面考虑增加的转换效率所取得的经济效益可从三个方面考虑 ： 由于用户所需燃料的购买将下降，使得对燃料的总的消耗由于用户所需燃料的购买将下降，使得对燃料的总的消耗减小从而引起价格的下降；减小从而引起价格的下降； 氧化炭的排放将减少；氧化炭的排放将减少； 大型电厂排放到环境中的废热所引起的环境问题将减小。大型电厂排放到环境中的废热所引起的环境问题将减小。 热能通常以蒸汽或热水的形式出现，不易实现经济的远距离热能通常以蒸汽