直流微电网课件

直流微电网1.微电网的概述2.微电网系统结构特征3.微电网系统的控制模式4.微电网发展的关键技术5.微电网的能量管理系统直流微电网1.微电网的概述1微电网定义：1.美国：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，并提供必须的控制；微电网相对于大电网表现为单一的受控单元，并同时满足用户对电能质量和供电安全等的要求。2.日本：微电网是指在一定区域内利用可控的分布式电源，根据用户需求提供电能的小型系统。3.欧盟：利用一次能源，使用微型电源，配有储能装置，使用电力电子装置进行能量调节，可在并网和独立两种方式下运行微电网定义：2微电网的特点：1.独特性：微电网由微型电源及负荷构成，是一个小型电力系统，与大系统的主要区别在于其灵活性的可调度性2.多样性：微电源的组成多种多样，既有传统电源，又有可再生能源。同时，微电网中也包含储能设备，做为系统稳定运行的必要条件，且负荷的类型也很多，如：敏感型（对立）、可控型（对立）3.可控性：根据运行情况不同，微电网可以选择不同的运行方式，成熟和完善的控制策略使得微电网的可靠性提高4.交互性：做为可以独立发电的微电网，在必要时对主网提供有力支持，相反亦然5.独立性：微电网在一定条件下可以独立运行，在一定基础上保证了本地的用电需求微电网的特点：3发展微电网的意义：1.可以提高电力系统的安全型和可靠性，有利于电力系统提高抗灾祸能力2.可以促进可再生能源分布式发电的并网，有利于可再生能源的发展3.可以提高供电可靠性和电能质量，有利于提高电网企业的服务水平4.能够有效减少对集中式大型发电厂电力生产的依赖以及远距离电能传输、多级变送的损耗，降低网损发展微电网的意义：4微电网的基本结构：微电网的基本结构：5图中包括3条馈线A、B、C和一条负荷母线。馈线通过主分隔装置（静态开关）与配电系统连接，可实现孤网与并网运行模式间的平滑切换。该开关点即PCC（公共连接点）所在位置，一般选择为配电变压器的原边侧或主网与微电网的分离点。微电网中的配置能量管理器和潮流控制器，前者可实现对整个微电网的综合分析控制，后者可实现对微电源的就地控制。当负荷变化时，潮流控制器根据本地频率和电压信息进行潮流调节，当地微电源相应增加或减少其功率输出以保持功率平衡对于连接在馈线A上的敏感负荷，采用光伏电池供电；连接在B上的可中断负荷，没有设置专门的微电源，而直接由配电网供电；连接在C上的可调节负荷，采用燃料电池和微型燃气轮机混合供电。这样，对于敏感负荷和可调节负荷都是采用双源供电模式，外部配电网故障时，馈线A、C上的静态开关会快速运动使重要负荷与故障隔离且不间断向其正常供电，而对于馈线B上的可中断负荷，系统则会根据网络功率平衡的需求，在必要时将其切除图中包括3条馈线A、B、C和一条负荷母线。馈线通过主6直流微电网：系统中的DG、储能装置、负荷等均通过电力电子变换装置连接至直流母线，直流网络再通过逆变装置连接至外部交流电网。直流微电网通过电力电子变换装置可以向不同电压等级的交流、直流负荷提供电能，DG和负荷的波动由储能装置在直流侧补偿相比于交流微电网，直流微电网由于各DG与直流母线之间仅存在一线电压变换装置，降低了系统建设成本，在控制上更易实现；由于无需考虑各DG之间的同步问题，在环流抑制上更具优势直流微电网：7直流微电网课件8直流微网：直流微网中不考虑无功功率流动，有功功率波动直接影响母线电压稳定型，母线电压是反应功率平衡的唯一标准电压与能量协调实现直流微网稳定运行控制的主要手段控制策略基于电压变化量的分层控制系统在实时运行中模式自主动态切换，同步实现网内能量优化协调和电压稳定控制要求实时监测母线电压，基于预设电压阀值，自主选择系统运行模式目的特点直流微网：直流微网中不考虑无功功率流动，有功功率波动直接影响9并网双向DC/AC变换器自主控制控制特点：1.采用双闭环控制，电压外环控制直流侧电压稳定，电流内环使交流侧电流快速跟踪电压外环提供的电流参量2.有功电流参量控制有功功率，同时实现直流母线电压的稳定控制3.保证输出无功功率为0，实现单位功率因数控制，令无功电流参量为0控制任务：1.电压、电流和频率满足并网要求2.在并网运行状态下，维持直流母线电压恒定3.为减少损耗，当直流微网能量平衡时，可处于空闲模式，其余情况工作在逆变或整流模式并网双向DC/AC变换器自主控制控制特点：控制任务：10光伏单元变换输出自主控制控制特点：1.并网运行时，光伏单元式中工作在MPPT控制模式，向直流微网输入最大功率2.孤网运行时，实时监测母线电压，光伏单元依旧工作在MPPT控制模式，当且仅当光伏输出严重过剩时，变换器自主切换到恒压控制模式控制任务：1.最大限度利用可再生能源2.根据国内能量流动情况实现光伏单元输出自主切换光伏单元变换输出自主控制控制特点：控制任务：11蓄电池单元双向DC/DC变换器自主充放电控制控制特点：1.并网运行时，采用三阶段充电法对蓄电池进行充电，可有效避免过冲，且充电效率高2.孤岛运行时，采取电压下垂控制法，控制蓄电池充放电控制任务：1.实现储能单元和母线间的能量双向流动2.通过充放电调节直流微电网内部的功率平衡，稳定母线电压蓄电池单元双向DC/DC变换器自主充放电控制控制特点：控制任12燃料电池单元变换器自主投切控制控制特点：1.优先级最低，通常处于空闲状态，避免燃料电池过早启动2.当孤岛运行，负荷需求无法满足时，母线电压较低，燃料电池投入使用，进行恒压输出控制任务：1.当且仅当孤岛运行，网内功率输出严重不足时，投入使用2.避免母线电压过度跌落，甚至失衡燃料电池单元变换器自主投切控制控制特点：控制任务：13孤岛运行网内功率平衡控制大电网发生故障时，直流微网进入孤岛模式，直流母线电压在此时表明DG输出总功率与负荷功率满足功率平衡在孤岛平衡运行模式下，负荷需求和光伏单元输出功率基本满足供需平衡蓄电池单元自主切换至空闲状态，光伏单元接口变换器仍工作MPPT控制状态网内缺少平衡节点，直流母线电压允许在小范围内波动孤岛运行网内功率平衡控制大电网发生故障时，直流微网进入孤岛模14交直流混合微电网：微电网中既含有交流母线又含有直流母线，既可以直接向交流负荷供电又可以直接向直流负荷供电。但是，从整体结构上看，仍可看作是交流微电网，直流微电网可看作是一个独特的电源通过电力电子逆变器接入交流母线交直流混合微电网：15微电网的控制模式：1.主从控制2.对等控制3.分层控制（未知）微电网的控制模式：16主从控制模式：指在微电网处于孤岛模式时，其中一个DG（或者储能装置）采取定电压和定频率控制（V/f），用于向微电网中的其他DG提供电压和频率参考，而其它DG可采用定功率控制（PQ）。采用V/f控制的DG（或储能装置）控制器称为主控制器，而其他DG的控制器成为从控制器，各从控制器将根据主控制器来决定自己的运行方式适于采用主控制器控制的DG需要满足条件。在微网处于孤岛运行时，做为从控制单元的DG一般为PQ控制，负荷变化主要由做为主控单元的DG来跟随，因此要求其功率输出应能够在一定范围内可控，且能足够快地跟随负荷的波动。在采用主从控制的微电网中，当微电网处于并网运行状态时，所有DG一般都采用PQ控制，而一旦转入孤岛模式，则需要作为主控制单元的DG快速由PQ控制模式转换为V/f控制模式，这就要求主控制器能够满足在两种控制模式间快速切换的要求主从控制模式：17对等控制模式：指微网中所有DG在控制上都具有同等的地位，各控制器间不存在主从关系，每个DG都根据接入系统点电压和频率的就地信息进行控制对于这种控制模式，DG控制器的策略选择十分关键，目前经常使用的方法是下垂控制法对等控制模式：18分层控制：将管理组织分成不同等级，各个层级在服从整体目标的基础上，相对独立地开展控制活动。电力系统分层控制，根据电力系统管理体制、组织、电网结构和电压等级，各级调度按职责和任务及其管辖范围，对电网的有功-频率、无功-电压、线路潮流进行的控制和管理分层控制：19微电网发展的关键技术：1.大电网应对微电网接入的关键问题2.大电网与微电网相互作用的机理3.含微电网的大电网运行策略4.含微电网的大电网保护构建策略5.微电网与大电网的电能交易模式微电网发展的关键技术：20直流微电网1.微电网的概述2.微电网系统结构特征3.微电网系统的控制模式4.微电网发展的关键技术5.微电网的能量管理系统直流微电网1.微电网的概述21微电网定义：1.美国：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，并提供必须的控制；微电网相对于大电网表现为单一的受控单元，并同时满足用户对电能质量和供电安全等的要求。2.日本：微电网是指在一定区域内利用可控的分布式电源，根据用户需求提供电能的小型系统。3.欧盟：利用一次能源，使用微型电源，配有储能装置，使用电力电子装置进行能量调节，可在并网和独立两种方式下运行微电网定义：22微电网的特点：1.独特性：微电网由微型电源及负荷构成，是一个小型电力系统，与大系统的主要区别在于其灵活性的可调度性2.多样性：微电源的组成多种多样，既有传统电源，又有可再生能源。同时，微电网中也包含储能设备，做为系统稳定运行的必要条件，且负荷的类型也很多，如：敏感型（对立）、可控型（对立）3.可控性：根据运行情况不同，微电网可以选择不同的运行方式，成熟和完善的控制策略使得微电网的可靠性提高4.交互性：做为可以独立发电的微电网，在必要时对主网提供有力支持，相反亦然5.独立性：微电网在一定条件下可以独立运行，在一定基础上保证了本地的用电需求微电网的特点：23发展微电网的意义：1.可以提高电力系统的安全型和可靠性，有利于电力系统提高抗灾祸能力2.可以促进可再生能源分布式发电的并网，有利于可再生能源的发展3.可以提高供电可靠性和电能质量，有利于提高电网企业的服务水平4.能够有效减少对集中式大型发电厂电力生产的依赖以及远距离电能传输、多级变送的损耗，降低网损发展微电网的意义：24微电网的基本结构：微电网的基本结构：25图中包括3条馈线A、B、C和一条负荷母线。馈线通过主分隔装置（静态开关）与配电系统连接，可实现孤网与并网运行模式间的平滑切换。该开关点即PCC（公共连接点）所在位置，一般选择为配电变压器的原边侧或主网与微电网的分离点。微电网中的配置能量管理器和潮流控制器，前者可实现对整个微电网的综合分析控制，后者可实现对微电源的就地控制。当负荷变化时，潮流控制器根据本地频率和电压信息进行潮流调节，当地微电源相应增加或减少其功率输出以保持功率平衡对于连接在馈线A上的敏感负荷，采用光伏电池供电；连接在B上的可中断负荷，没有设置专门的微电源，而直接由配电网供电；连接在C上的可调节负荷，采用燃料电池和微型燃气轮机混合供电。这样，对于敏感负荷和可调节负荷都是采用双源供电模式，外部配电网故障时，馈线A、C上的静态开关会快速运动使重要负荷与故障隔离且不间断向其正常供电，而对于馈线B上的可中断负荷，系统则会根据网络功率平衡的需求，在必要时将其切除图中包括3条馈线A、B、C和一条负荷母线。馈线通过主26直流微电网：系统中的DG、储能装置、负荷等均通过电力电子变换装置连接至直流母线，直流网络再通过逆变装置连接至外部交流电网。直流微电网通过电力电子变换装置可以向不同电压等级的交流、直流负荷提供电能，DG和负荷的波动由储能装置在直流侧补偿相比于交流微电网，直流微电网由于各DG与直流母线之间仅存在一线电压变换装置，降低了系统建设成本，在控制上更易实现；由于无需考虑各DG之间的同步问题，在环流抑制上更具优势直流微电网：27直流微电网课件28直流微网：直流微网中不考虑无功功率流动，有功功率波动直接影响母线电压稳定型，母线电压是反应功率平衡的唯一标准电压与能量协调实现直流微网稳定运行控制的主要手段控制策略基于电压变化量的分层控制系统在实时运行中模式自主动态切换，同步实现网内能量优化协调和电压稳定控制要求实时监测母线电压，基于预设电压阀值，自主选择系统运行模式目的特点直流微网：直流微网中不考虑无功功率流动，有功功率波动直接影响29并网双向DC/AC变换器自主控制控制特点：1.采用双闭环控制，电压外环控制直流侧电压稳定，电流内环使交流侧电流快速跟踪电压外环提供的电流参量2.有功电流参量控制有功功率，同时实现直流母线电压的稳定控制3.保证输出无功功率为0，实现单位功率因数控制，令无功电流参量为0控制任务：1.电压、电流和频率满足并网要求2.在并网运行状态下，维持直流母线电压恒定3.为减少损耗，当直流微网能量平衡时，可处于空闲模式，其余情况工作在逆变或整流模式并网双向DC/AC变换器自主控制控制特点：控制任务：30光伏单元变换输出自主控制控制特点：1.并网运行时，光伏单元式中工作在MPPT控制模式，向直流微网输入最大功率2.孤网运行时，实时监测母线电压，光伏单元依旧工作在MPPT控制模式，当且仅当光伏输出严重过剩时，变换器自主切换到恒压控制模式控制任务：1.最大限度利用可再生能源2.根据国内能量流动情况实现光伏单元输出自主切换光伏单元变换输出自主控制控制特点：控制任务：31蓄电池单元双向DC/DC变换器自主充放电控制控制特点：1.并网运行时，采用三阶段充电法对蓄电池进行充电，可有效避免过冲，且充电效率高2.孤岛运行时，采取电压下垂控制法，控制蓄电池充放电控制任务：1.实现储能单元和母线间的能量双向流动2.通过充放电调节直流微电网内部的功率平衡，稳定母线电压蓄电池单元双向DC/DC变换器自主充放电控制控制特点：控制任32燃料电池单元变换器自主投切控制控制特点：1.优先级最低，通常处于空闲状态，避免燃料电池过早启动2.当孤岛运行，负荷需求无法满足时，母线电压较低，燃料电池投入使用，进行恒压输出控制任务：1.当且仅当孤岛运行，网内功率输出严重不足时，投入使用2.避免母线电压过度跌落，甚至失衡燃料电池单元变换器自主投切控制控制特点：控制任务：33孤岛运行网内功率平衡控制大电网发生故障时，直流微网进入孤岛模式，直流母线电压在此时表明DG输出总功率与负荷功率满足功率平衡在孤岛平衡运行模式下，负荷需求和光伏单元输出功率基本满足供需平衡蓄电池单元自主切换至空闲状态，光伏单元接口变换器仍工作MPPT控制状态网内缺少平衡节点，直流母线电压允许在小范围内波动孤岛运行网内功率平衡控制大电网发生故障时，直流微网进入孤岛模34交直流混合微电网：微电网中既含有交流母线又含有直流母线，既可以直接向交流负荷供电又可以直接向直流负荷供电。但是，从整体结构上看，仍可看作是交流微电网，直流微电网可看作是一个独特的电源通过电力电子逆变器接入交流母线交直流混合微电网：35微电网的控制模式：1.主从控制2.对等控制3.分层控制（未知）微电网的控制模式：36主从控制模式：指在微电网处于孤岛模式时，其中一个DG（或者储能装置）采取定电压和定频率控制（V/f），用于向微