分布式电源并网研究现状与发展

概念分布式电源定义分布式电源指接入35kV及以下电压等级的小型电源，分布式电源包括光伏电池、小型风力发电机、微型燃气轮机、燃料电池和储能设备等。光伏电池小型风力发电机燃料电池微型燃气轮机储能设备第一页，共47页。前言随着包括光伏、风电等可再生能源新型发电技术的发展，分布式发电日渐成为满足负荷增长需求、减少环境污染、提高能源综合利用效率、提高供电可靠性的一种有效途径，并在配电网中得到广泛的应用。但分布式发电的大规模渗透也产生了一些负面影响，如单机接入成本较高、控制复杂、对大系统的电压和频率存在冲击等。因此及时跟踪国际国内的先进技术，开展分布式电源并网关键技术的探讨具有重要意义。第二页，共47页。提纲234关键技术技术展望应对措施1现状分析0分布式电源并网意义第三页，共47页。100%DG机组并网的意义-中国面临的区域政治因素ZprymeReports40%ElectricitygenerationisleadingsourceofCO2emissionsGrowthinChina’senergydemandwithinthenext10yrsChina’surbanizationratewithinthenext5years50%发电是二氧化碳的主要排放源中国未来10年对于能源需求的增长中国未来5年城市化的速度第四页，共47页。100GWChina’swindpowertargetby203030%MunicipalwasteconvertedtoenergyCO2emissionreductionsby202040-50%2030年中国风能目标城市废物转化为能源到2020年减少CO2排放DG机组并网的意义-城市化进程第五页，共47页。DG机组并网的意义-新时代能源解决方案电动汽车再生能源消费者第六页，共47页。DemandResponseManagementSystemsoftware需求响应管理系统Smartmetersandin-homesmartdevices智能电表和智能家居设备Utility电力公司

Consumer电力用户LeverageloadresourcesasaVirtualPeakingGeneration利用用户的储能设备来削峰填谷

Precise/Reliabledemandforecast&dispatchLeverageLoadresourcescapacity(“fueltank”)Empoweringconsumers准确/可靠的需求预测和调度利用可以储存能量的用户负载积极鼓励用户参与DG机组并网的意义-需求侧响应第七页，共47页。分布式发电的优点分布式发电系统中各电站相互独立，用户由于可以自行控制，不会发生大规模停电事故，所以安全可靠性比较高；分布式发电可以弥补大电网安全稳定性的不足，在意外灾害发生时继续供电，已成为集中供电方式不可缺少的重要补充；可对区域电力的质量和性能进行实时监控，非常适合向农村、牧区、山区，发展中的中、小城市或商业区的居民供电，可大大减小环保压力；分布式发电的输配电损耗很低，甚至没有，无需建配电站，可降低或避免附加的输配电成本，同时土建和安装成本低；调峰性能好，操作简单，由于参与运行的系统少，启停快速，便于实现全自动。第八页，共47页。电力公司用户社会信息化企业精益化管理智能化运营智能配电网节能减排提高能源效率开发新能源便宜的电能可靠的电能优质的电能分布式电源并网-智能配电网的重要部分第九页，共47页。规划目标：1、实现配电自动化和配网调控一体化智能技术支持系统的全面建设，全面提升对于现代配电网的驾驭能力，确保配网可靠、高效、灵活运行。2、完成配电生产指挥与运维管理的信息化系统建设，实现各类应用功能之间有机整合以及与调度、用电等环节的信息互动。3、提高配电网对分布式发电/储能与微网的接纳能力，实现分布式发电/储能与微网的灵活接入与统一控制。重点解决问题：1、配电网架依然比较薄弱；2、配电自动化普及率和实用化低；3、分布式能源的接入.智能配电重点环节第十页，共47页。第一阶段第三阶段第二阶段分布式发电/储能与微网开展城市分布式电源/储能接入与协调控制的研究与示范工程建设。完成上海世博园和天津中新生态城智能电网综合示范项目中和分布式发电/储能及微网有关建设内容。在河南公司开展分布式光伏发电接入及微网运行控制试点，结合河南省“金太阳工程”的安排，建设作为项目业主的光伏电源及入网相关技术支持系统，制定并完善相关技术和管理规范。就考虑分布式发电/储能与微网接入的复杂智能配电网分析模型以及可视化展现技术、分布式发电/储能与微网的控制、保护及接入技术、多样化电源互补配电网的能量优化调度技术等关键技术开展研究和试点工作。按照区域特点，选取典型地区开展分布式发电/储能及微网接入与协调控制试点建设，形成不同类型的分布式发电/储能及微网并网与协调控制的典型模式，形成有关标准。选择性能完善、成熟度高的分布式发电/储能及微网接入与协调控制技术，在条件成熟地区进行推广应用。尤其是促进光伏发电等分布式可再生能源发电以及电动汽车充电站和充电桩等分布式储能设施的推广应用。建立计及分布式发电/储能与微网接入的复杂智能配电网分析模型，逐步建立有关分布式发电/储能及微网的技术标准和统一规范，并实现模型的可视化展现。初步实现对多样化电源互补配电网的能量优化调度。建立并完善配电网多种形式分布式电源的数学模型和优化控制策略；实现对各种电源的功率优化匹配；实现微网经济运行与分布式电源优化调度；实现分布式电源高渗透率下的大规模配电网经济调度；建成含多种类分布式电源的配电网能量优化管理系统。利用配电网的供蓄能力，实现与大电网的协同运行。实现大容量清洁能源优先的配电调度策略和优化方法；在大电网事故情况下能有效利用配电网分布式发电/储能与微网的备用能力，并形成有效的紧急控制策略。在公司直供直管区域内全面建成分布式发电/储能及微网接入与协调控制系统，全面配备适用于分布式发电/储能与微网接入/退出的智能保护控制设备。指导有条件的股份制县和代管县开展分布式发电/储能及微网接入与协调控制系统建设。配电环节中对分布式电源及微网的发展规划第十一页，共47页。

分布式发电/储能及微网技术近些年在欧美各国得到广泛研究，在某些技术上已经取得突破性进展。新型的分布式发电/储能及微网技术具有能源利用效率高、节能减排效益明显、电热冷三联产综合效益好等优点，同时还有助于促进清洁能源的大规模开发利用、提高系统的供电可靠性、以及解决边远地区供电困难问题。可以预见，分布式发电/储能与微网系统将成为未来大型电网的有力补充和有效支撑。因此，研究和推广分布式发电/储能及微网的接入与协调控制技术，是配电环节智能化的发展趋势，对于坚强智能电网的建设具有重要意义。第十二页，共47页。国外现状分析美国、日本、欧洲发展较快。通过了有关法令让部分分布式发电上网运行——美国2001年颁布IEEE1547“关于分布式电源与电力系统互联的标准草案”。据美国分布式电力联盟(DPCA)的研究估计，未来20年，DG将获未来新增发电容量的20%。目前，除少数发达国家外，DG装机量在发电装机总量上所占比例不大（一般在5%以下，如阿根廷2.1%、巴西3.9%、法国6.6%、印度4.6%）第十三页，共47页。1414国家代表性的基础项目相关技术美国夏威夷等洁净能源计划可再生能源发电技术与国防部合作的微网项目等微网的运行与控制Madriver微网微网示范验证欧盟国家DISPOWER计划分布式发电渗透下的电网稳定与控制、电能质量技术等MICROGRID计划微网运行与控制技术等日本群马光伏发电计划大量光伏渗透下的电压协调控制与美国新墨西哥合作NMGGI新一代的绿色电网（5MW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；目前正推动微网向更高电压等级、更大容量发展。希腊Kythnos微型电网示范欧洲相关项目日本各地示范夏威夷岛微网规划CERTS微网测试系统国外现状分析第十四页，共47页。部分分布式电源试验机构意大利分布式电网测试场美国NREL分布式电网测试场美国威斯康辛大学分布式电网实验室希腊PV-MODE分散型电网示范场第十五页，共47页。美国NextEnergy微电网展示中心美国NextEnergy与DTEEnergyTechnology合作，建置小型分布式微电网展示中心。

NextEnergy展示中心将建置分布式电网以提供运转及测试的平台，在电网中采用各型发电组件(包括燃料电池、内燃机、再生能源)、热回收及管线系统、以及中央通讯控制系统等。第十六页，共47页。国内现状分析17863973自然科学基金国网公司地方项目清华大学中科院电工所合肥工业大学天津大学其他院校平台建设及示范探索理论探索工业企业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第十七页，共47页。18我国分布式电源相关标准正在制定过程中。国内相关标准风电并网配电网相关标准光伏并网电能质量GB19964-2005GB19939-2005GB20046-2006GB19963-2005GB14549-1993GB15945-2008GB12325-2008GB18481-2001GB15543-2008GB17625.6-2003Q/GDW156-2006GB50293-1999GB14285E-2006GB50052-1995国内现状分析第十八页，共47页。截至2009年底，国家电网公司经营范围内接入35kV及以下配电网的分布式电源总装机容量4593.4万千瓦，总发电量1422亿千瓦时，各类分布式电源装机容量和发电量见下表。资源类型装机容量发电量容量（万千瓦）比例（%）发电量（亿千瓦时）比例（%）小水电2165.747.257040.1小型热电机组1544.933.756539.8余热、余压、副产煤气616.313.421715.3生物质105.12.346.73.3风电1002.212.30.8燃油、燃气50.81.19.10.6其它10.60.11.90.1总计4593.41001422100国内现状分析第十九页，共47页。提纲234关键技术技术展望应对措施1现状分析0分布式电源并网意义第二十页，共47页。分布式发电结构第二十一页，共47页。分布式电源对电网的影响根本原因：我国的中、低压配电网主要是中性点不接地(或经消弧线圈接地)系统，采用单侧电源辐射型供电网络。分布式新能源电站接入配电网，使配电系统从放射状结构变为多电源结构，潮流和短路电流大小、流向以及分布特性均会发生改变。第二十二页，共47页。电压调节问题原有的调压方案不能满足接入分布式电源后的配电网电压调节要求。因此必须评估分布式电源对配电网电压的影响，研究新的调压策略。对有载调压分接头动作影响：高电压：DG接入馈线，变压器一次电压接近上限时。低电压：DG安装在LTC或者电压调节器侧。对VQC影响：DG启停，无功变化造成VQC动作次数越界。第二十三页，共47页。继电保护问题

在线路发生故障后，继电保护以及重合闸的动作行为都会受到光伏发电系统的影响。对基于断路器的三段式电流保护的影响最为显著。导致本线路保护的灵敏度降低及拒动；导致本线路保护误动；导致相邻线路的瞬时速断保护误动并失去选择性；导致重合闸不成功。日本2.2MW太阳城项目：大量配电网保护更换；浙江示范工程：加装低周、低压解列、过流等保护；校核和调整10kV电流速断、延时电流速断、过流保护、反向故障保护定值。第二十四页，共47页。非正常孤岛问题孤岛引起的安全问题：线路维护人员人身安全受到威胁；与孤岛地区相连的用户供电质量受影响（频率和电压偏出正常运行范围）；孤岛内部的保护装置无法协调；电网供电恢复后会造成相位不同步；孤岛电网与主网非同步重合闸造成操作过电压；单相分布式发电系统会造成系统三相负载欠相供电。第二十五页，共47页。电能质量问题分布式发电通过电力电子逆变器并网，易产生谐波、三相电流不平衡；输出功率随机性易造成电网电压波动、闪变；分布式电源直接在用户侧接入电网，电能质量问题直接影响用户的电器设备安全。浙江示范工程：在10kV接入、400V接入、220V接入系统中，都检测到谐波电流总畸变率偏高的问题。随着容量的增大，谐波电流对电网的影响将进一步加大。第二十六页，共47页。可靠性问题DG与配电网的继电保护配合不好，可能使继电保护误动作，反而使可靠性降低；不适当的安装地点、容量和连接方式会使配网可靠性变坏；DG可部分消除输配电网的过负荷和堵塞，增加输配电网的裕度，使系统可靠性提高；在一定的DG布置和电压调节方式下，DG可缓解电压骤降，提高系统的可靠性。第二十七页，共47页。其它问题短路电流问题虽然许多情况下一般装有逆功率继电器，正常运行时不会向电网注入功率，但系统发生故障时，短路瞬间会有大电流注入电网，使配电网的开关短路电流超标，因此，大功率DG接入电网时，必须事先进行电网分析和计算铁磁谐振问题当DG通过变压器、电缆线路、开关等与配电网相连时，一旦配电网发生故障（如单相对地短路）而系统侧开关断开时，DG侧开关也会断开，如此时DG变压器未接负荷，变压器的电抗与电缆的大电容可能发生铁磁谐振而造成过电压，还能引起大的电磁力，使变压器发出噪音或使变压器损坏第二十八页，共47页。有助于问题解决的关键技术关键技术分布式电源智能发电技术分布式电源信息交互技术分布式电源规划设计技术适用于分布式电源新型储能技术分布式电源并网运行调度技术分布式电源标准体系和检测技术第二十九页，共47页。德国经验-解决分布式电源并网（一）

对电网的支撑能力：故障时保持并网。在电压跌落到0时，至少要坚持150ms不脱网。在红实线以下的区域，可以脱网运行，当然能并网运行也是可以的。

第三十页，共47页。德国经验-解决分布式电源并网（二）

对电网的支撑能力：故障时通过发出无功支撑电网电压。当电压跌落超过10%时，每1%的电压跌落，至少要提供2%的无功电流。响应速度应在20ms之内，必要时，必须能够提供100%的无功电流。

第三十一页，共47页。德国经验-解决分布式电源并网（三）

对电网的支撑能力：有功功率控制。电站必须能够以10%的步长限制其有功出力（目前常用的设置点有100%,60%,30%,和0%）频率高于50.2Hz时，功率必须以40%额定功率/Hz的速率降低仅当频率恢复到50.05Hz以下时，才允许提高输出功率频率高于51.5Hz或低于47.5Hz时必须脱网

第三十二页，共47页。德国经验-解决分布式电源并网（四）

对电网的支撑能力：通过无功功率控制为电网提供静态支撑。电站的功率因数必须能够在0.95（感性）至0.95（容性）之间任意可调。发电计划往往根据需要在几分钟内达到协议规定的无功功率的要求。如果电力公司提供了在线参数，那么要求在10秒之内完成自动整定。第三十三页，共47页。提纲234关键技术技术展望应对措施1现状分析第三十四页，共47页。先期部分研究课题1、分布式电源接入及政策措施研究调研了国外分布式电源的发展现况、趋势、政策和并网标准，提出了我国分布式电源合理发展模式，提出了我国分布式电源接入、运行管理办法及政策措施的建议。2、2009年公司已安排“微电网技术体系研究”、“微网接入对大电网的影响研究”等课题3项。3、宁夏电网2015年规划农村住宅光电建筑应用示范项目接入电网影响分析、西沙永兴岛光/风/柴油微电网技术研究。4、2010年9月国网公司营销部启动低压分布式电源管理思考及应对措施研究等。第三十五页，共47页。设立重点研究课题

开展电网接纳新能源容量研究，完善新能源发电机组联网运行数学模型，提高新能源功率预测水平，解决新能源波动对电网运行造成的影响。研究风力发电并网关键技术和风电调度管理技术，建立兆瓦级风力发电机组及风电场控制系统；研究分散式、移动式、便携式光伏发电技术、特性检测维护技术和风／光互补发电技术。

研究智能微电网发展方向和发展模式，建立智能微电网整体模型，提出智能微电网技术框架，研制智能微电网元件，分析微电网在不同控制方式下的运行特性、微电网接入对继电保护和大电网的影响。第三十六页，共47页。关键设备及技术标准

配电环节关键设备技术标准配电自动化技术标准配电分布式电源技术标准配电储能技术标准配电自动化与配网规划智能配电设备分布式电源和微网智能配变监测终端配网规划辅助决策系统配电调控一体支持系统复合电能质量控制器大容量快速切换固态开关配电自动化主站系统供电系统微机保护装置供电换流装置及控制装置供电电能质量治理装备智能配电开关配电保护测控一体化分布式储能装置分布式电源纳入智能配电环节

第三十七页，共47页。分布式电源相关标准分布式电源接入配电网系列标准BCDA分布式电源接入配电网技术规定（已完成）

分布式电源接入配电网测试规定（制定）

分布式电源接入配电网运行控制规范（制定）

分布式电源接入配电网监控系统功能规范（制定）

第三十八页，共47页。试点工程

1、上海世博园智能电网综合示范工程，包括分布式电源接入试点。2、分布式光伏发电接入及微网运行控制试点工程。以河南财税专科学校校园520kW光伏发电项目为依托开展工程试点，研究分布式光伏发电对配电网的影响及微网运行控制模式。3、中新天津生态城智能电网综合示范工程。实施规模：太阳能40MW，生物质能10MW，风能125MW。第三十九页，共47页。检测手段

国家风电研究检测中心

由国家电网公司出资，中国电科院筹建的国家风电研究检测中心已建成“两室一中心一基地”，即建立风电仿真研究室、风电预测和调度研究室、风电检测中心和风电试验基地。建设具备风电并网仿真研究能力、移动式风电并网检测能力、风电机组并网特性试验能力的研究检测中心。第四十页，共47页。检测手段

国家太阳能发电研究检测中心

由国家电网公司出资，国网电科院筹建的国家太阳能发电研究检测中心已建成完善的光伏并网试验检测环境，实现对光伏电站进行现场检测的移动检测能力，包括对光伏电站并网特性全系列检测能力以及对大规模光伏电站并网关键性能指标检测能力。第四十一页，共47页。检测手段

智能用电技术研究检测中心

由国家电网公司出资，国网电科院筹建的智能用电技术研究检测中心已建成智能用电研究检测体系和仿真平台，实现对智能用电技术一体化模拟、研究和测试能力。可开展包括用户侧分布式电源在内的用电关键技术研究和智能用电装置入网检测工作。第四十二页，共47页。检测手段

微电网技术实验室

由国家电网公司出资，国网电科院准备筹建的微电网技术研究实验室将建成完善的微电