2020分布式能源智能微网技术与发展报告

分布式能源智能微网技术与发展报告1、微网概念与分类2、微网关键技术3、独立型微网系统4、联网型微网系统5、面临挑战与前景展望汇报提纲1、微网概念与分类2、微网关键技术3、独立型微网系统4、联网型微网系统5、面临挑战与前景展望汇报提纲利用各种分散存在的能源进行发电的系统:用逆变器接口：PV，燃气轮机，蓄电池，飞轮，超级电容等；无逆变器接口：小风机，柴油发电机，小水电机组等。海洋能其他太阳能天然气风能生物质能分布式能源1.1

分布式发电系统优点：可利用丰富的清洁和可再生能源。缺点：一些可再生能源具有间歇性和随机性。分布式发电特性：不可调度（可再生能源）功率波动（电源间歇性）需要备用（不提供备用）电压调节保护协调能量优化微网：是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型供能系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。微网：是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型供能系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。1.2

微网概念具有并网和独立两种运行模式。在并网工作模式下，一般与中、低压配电网并网运行，互为支撑，实现能量的双向交换。在外部电网故障情况下，可转为独立运行模式，继续为微网内重要负荷供电，提高重要负荷的供电可靠性。通过采取先进的控制策略和控制手段，可保证微网高电能质量供电，也可以实现两种运行模式的无缝切换。不和常规电网相连接，利用自身的分布式能源满足微网内负荷的需求。当网内存在可再生分布式能源时，常常需要配置储能系统以保持电源与负荷间的功率平衡，并充分利用可再生能源。这类微网更加适合在海岛、边远地区等地为用户供电。1.3

微网分类1、微网概念与分类2、微网关键技术3、独立型微网系统4、联网型微网系统5、面临挑战与前景展望汇报提纲关键技术1：微网规划设计关键技术2：微网保护与控制关键技术3：运行优化与能量管理关键技术4：微网仿真与实验系统关键技术5：微网关键装备2.1

微网关键技术关键技术1：微网规划设计(问题提出)1、微网工程的建设需要充分的技术和经济分析。相对于传统电网，微网建设运行更为复杂，需要考虑风/光/气、冷/热/电等不同形式能源的合理配置与科学调度，这使得微网规划设计的不确定性和复杂度都大大增加。2、微网面临着DG成本高、技术经验不足、标准缺乏、行政政策缺乏以及市场障碍等一系列挑战，只有合理确定微网结构及容量配置，才能保证微网以较低的成本取得最大的效益，进而达到示范、推广的目的。3、联网型微网与独立型微网在优化目标上有时存在一定差异：并网型—

增大微网收益；独立型—

保证供电可靠性的前提下降低供电成本。为了更好的指导微网工程项目建设，必须综合考虑技术、经济、环保等多个方面，合理规划微网，实现效益最大化的目标。为了更好的指导微网工程项目建设，必须综合考虑技术、经济、环保等多个方面，合理规划微网，实现效益最大化的目标。规划软件适用范围开发单位DER-CAM尤其适合含冷/热/电联供系统的微网容量优化。只考虑并网运行，无法体现微网孤岛运行对可靠性提高的作用美国伯克利实验室HOMER能够对多种可再生能源、发电技术进行建模仿真，能够对并网型和独立型微网系统进行建模仿真美国NRELH2RESH2RES模型适合提高海岛、偏远山区等独立型系统或与电网连接比较脆弱的并网型系统的可再生能源渗透率及利用率克罗地亚萨格勒布大学HYBRID2能够对风/光/柴/蓄混合发电系统进行技术、经济分析，可用于并网、孤岛混合发电系统的工程级仿真美国NREL具有较强的微网建模、仿真、分析能力，但不具备微网规划优化功能佐治亚理工学院关键技术1：微网规划设计（常用软件）冷/热/电负荷需要综合考虑可再生能源间歇性与随机性分布式能源的多样性配电系统变为电力交换系统分布式电源容量配置微网结构优化微网接入位置优化配电系统综合优化关键技术1：微网规划设计（方法与挑战）微网的规划设计方法及工具大多还处于探索阶段。微网的规划设计方法及工具大多还处于探索阶段。控制必须保证各状态间的平滑过渡；必须保证微网并网与独立运行状态的电能质量要求；保护需考虑分布式电源的暂态响应特殊性；微网保护与配网保护相协调DGDGDGDG关键技术2：微网保护与控制保护方面考虑内容：微网并网运行时外部电网故障、微网内部故障；微网独立运行时微网内部故障方案研究：系统级保护和单元级保护底层分布式电源控制策略：Vf控制，PQ控制，Droop控制上层控制模式：主从控制，对等控制，分层多代理控制研究关注：在传统配网保护受影响最小情况下，应对微网系统的接入。控制方面关键技术2：微网保护与控制（研究现状）多分布式电源的协调控制功率波动下的稳定性控制模式切换下的稳定性控制微网内外的电能质量控制分布式电源使故障定位困难孤岛检测技术成为研究热点遵循微网保护的系统性原则关键技术2：微网保护与控制（方法与挑战）微网保护与控制一体化解决方案微网保护与控制一体化解决方案问题提出能量的不确定性和时变性强，决定了微网系统的能量管理与分布式电源优化调度方法与大电网的优化调度将会有很大不同。微网优化运行与能量管理集中调度分散控制关键技术3：微网运行优化与能量管理集中调度以经济性为目标微网运行优化模型；以环境效应为目标微网运行优化模型考虑多目标情形优化模型分散控制目标函数约束条件与集中调度时类似；通过代理之间的通讯和协调完成系统的优化目标需建立不同元件的代理模型考虑包括负荷预测、发电预测、市场信息、设备故障等不确定性因素对微网优化结果影响。关键技术3：运行优化与能量管理（研究现状）问题与挑战微网能量管理系统：通用性强，灵活、方便微网能量管理系统。挑战：将微网对用户、电力部门及社会的效益全面量化并最大化分布式电源和负荷功率预测技术：间歇式能源短、中期输出预测；冷、热、电多类型负荷预测；功率型和能量型储能装置荷电状态（SOC）估算微网能量管理方法：含多种分布式电源、融合辅助服务与需求侧响应的能量优化管理方法；多种类型储能装置（电储能和冷热储能等）的运行调度策略关键技术3：运行优化与能量管理（问题与挑战）数字仿真数字仿真所需投入较少可实现对原型系统快速仿真不受硬件条件限制可实现不同规模微网的仿真仿真结果可重复参数易调整可模拟各种极端工作条件实验系统为仿真模型与参数提供验证实验平台发现微网实际运行中真实存在的问题，为更深入的研究创造条件微网的运行、控制、保护、能量管理及相关技术理论的实现载体关键技术4：微网仿真与实验系统捕捉快动态过程,MHz-50Hz较小步长，us级暂态过电压、谐波分析短路电流详细计算软件包括EMTP，EMTP-RV、PSCAD、MicroTran捕捉慢动态过程，<50Hz较大步长，ms级控制策略验证稳定性分析等软件包括PSS/E，BPA，DIgSILENT关键技术4：微网仿真与实验系统（研究现状）数字仿真领域美

国Wisconsin大学实验室微网CERTS微网示范平台NREL微网实验室DETL微网测试中心DUITGE微网示范平台欧

盟实验室微网：NTUA，DeMotec，CESI，ARMINES，UMIST，LABEIN微网示范工程：Kythnos，Continuon，EDP，MVV，Bornholm日

本Archi微网、Kyoto微网Hachinohe微网Akagi微网示范工程Sendai微网示范工程Shimizu微网示范工程Tokyo

gas微网中

国天津大学微网实验室合肥工业大学微网实验室杭州电子科技大学微网实验室佛山燃机微网示范项目浙江电科院微网实验室关键技术4：微网仿真与实验系统（研究现状）建模方面：时间尺度范围跨度较大程序应具有灵活方便的用户自定义建模能力。仿真算法方面多速率仿真算法电磁-机电混合仿真数字-物理混合仿真方法微网数字仿真电源和负荷类型多样分布式能源的多样性、间歇性和不可预见性；不同电能质量负荷；灵活的结构和运行模式继电保护需求微网综合自动化系统微网实验系统关键技术4：微网仿真与实验系统（方法与挑战）风力发电机组并网光伏系统储能系统冷热电联供系统燃料电池系统微网中心控制器（或微网能量管理系统）配电网管理调度系统分层控制结构上层中间层下层•静态开关无功补偿装置电能质量装置•继电保护装置各类传感器各类通信设备关键技术5：

微网关键装备辅助设备二次设备发电设备1、微网概念与分类2、微网关键技术3、独立型微网系统4、联网型微网系统5、面临挑战与前景展望汇报提纲示范系统：十几kW~数十MW丹麦伯恩霍姆岛、希腊基斯诺斯岛、浙江东福山岛、青海玉树、广东东澳岛等典型特征网络：没有大电网连接，电压等级不高，结构薄弱电源：能源“因地制宜”，可再生发电渗透率较高负荷：生产、生活用电为主，波动大，峰谷差、季节差大供电质量：电能质量要求不高，可以短时间停电3.1

独立微网典型特征三种组网模式同步发电机组网：燃油发电机、燃气发电机、小型水电机组等储能逆变器组网：储能+电压源逆变器，或含储能的光伏电站交替组网方案长期、可靠的孤网供电技术挑战稳定性安全性稳定组网基本问题3.2

独立微网的组网模式系统特点同步发电机作为组网单元（调频、调峰）RE发电系统作为并网单元（频率、电压跟随）储能按实际需求配置，例如改善电能质量、特定时间供电技术水平同步发电机组网技术成熟不可控单元接入水平受限（常规并网光伏、风电）可控制单元不受限（可调度光伏、风电、储能）能量管理、负荷管理等正在研发同步发电机组网模式3.3

同步发电机组网模式—系统特点和技术水平燃油、燃气发电机及小水电初投资成本低（数十~数百元/kW）燃油、燃气发电运行成本高（我国南方海岛≥2元/kWh，青藏≥4元/kWh），并且燃料价格仍会持续上涨小水电发电成本不高，需解决枯水期供电不足或停运问题组网同步发电机必须长期运行，存在弃光、弃风的效益损失3.3

同步发电机组网模式—经济性应当充分利用光伏、风电等较成熟的可再生发电技术，减少燃料用量，降低发电成本。应当充分利用光伏、风电等较成熟的可再生发电技术，减少燃料用量，降低发电成本。储能逆变器作为组网单元（调频、调峰）其他发电单元作为并网单元（频率、电压跟随）储能量满足数小时到数天负荷需求方案1：储能+电压源逆变器组网模式方案2：光伏+储能+电压源逆变器组网模式3.4

储能逆变器组网模式—系统特点技术水平可并联的电压源逆变器是组网核心设备，国外做到了多台逆变器并联运行，我国也实现了若干台250kVA逆变器并联；我国已研制出150kW光伏-储能充电控制器（方案2）微网能量管理系统还不成熟；……经济性光伏、风电初投资成本较高（数千元/kW）蓄电池储能要考虑更换周期及成本：铅酸、铁锂、钠硫、液流抽水蓄能要考虑上下游水库建设成本、抽水蓄能效率等3.4

储能逆变器组网模式—技术水平和经济性海岛地区：风/光/柴/蓄：充分利用风能和太阳能资源风/光/柴/生物质/蓄：利用渔业副产品、垃圾等生物质发电风/光/气/生物质/蓄：利用天然气替代柴油机组，降低发电成本边远地区：水/光/柴/蓄：边远地区原有小水电与光伏的综合利用风/光/柴/蓄：风能、光伏以及其他可再生发电的综合利用光/柴/蓄：无电地区独立光伏电站升级改造，适应将来电网接入3.5

系统组成与配置原则—典型组成因地制宜选择供电模式在可再生资源丰富地区，优先发展可再生发电

在水资源丰富地区，水电组网或交替组网，可考虑抽水蓄能燃油燃气发电机组网时，燃料供应要充足，高海拔地区慎重满足长期独立运行要求

满足年总电量需求，并考虑季节差异、昼夜差异、峰谷差异组网单元具有在微网故障下独立供电和故障后黑启动的能3.5

系统组成与配置原则—配置原则根据实际需要配置储能在同步机组网模式中，储能不是必需，可用于平抑短时功率波动、改善电能质量，配置数秒～数十分钟的储能在储能逆变器组网模式中，储能应满足特定时间的供电功率和电量需求，供电时间可达数小时甚至数天维持发电成本适当较低3.5

系统组成与配置原则—配置原则沿海有人居住岛屿、边远农牧区等电网难以延伸到达、与大电网仅有弱连接、或者已建有孤立电网。用电负荷相对比较集中，如有较高比例电动机、电力电子设备等特殊负荷，需制定有针对性的系统方案。在可再生资源丰富地区，优先发展可再生发电或多能互补发电，满足不同时间、不同季节的供电需求。在小水电、光伏电站、柴油发电机等供电的孤立电网地区，充分利用已有电力设施，优先发展多能互补发电。在燃油或燃气充足地区，可考虑燃油发电或燃气发电方式。3.6

系统适用性分析组网模式：同步发电机组网+可控制型光伏电站微网组成：12MW水电机组，2MWp光伏电站+15.2MWh储能可控制型光伏电站：含3种系统可调度系统、双模式系统、自同步电压源系统储能配置原则：用于晚高峰时期4小时供电玉树水/光互补微网系统结构2MW光伏电站200kVA自同步电压源逆变器3.7

典型案例—青海玉树组网模式：同步发电机组网+储能逆变器交替组网微网组成：总容量560kW250kW柴发+210kW风电+100kW光伏蓄电池组980kWh

控制策略：白天柴发组网，蓄电池恒功率充电；夜间蓄电池组网，风电并网，柴发冷备用。3.7

典型案例—浙江东福山岛1、微网概念与分类2、微网关键技术3、独立型微网系统4、联网型微网系统5、面临挑战与前景展望汇报提纲联网型微网的技术特点:联网模式下并网点功率可控孤网模式下可持续稳定运行能运行在两种模式：联网模式和孤网模式两种运行模式能实现无缝切换4.1

联网型微网发展现状—技术特点目前，欧盟、北美、日本等国家和地区从理论层面、技术层面、实验平台和示范工程建设等方面对微网开展了研究，取得了一定的成果：研究核心：可靠性、可接入性、灵活性；研究机构：第5、6、7框架计划中资助了多个科研项目，参与方包括高校、制造商、电力公司；技术特点：允许微网作为电网中分布式电源的一部分向大电网供电。典型案例：丹麦Bornholm项目。4.1

联网型微网发展现状—国外现状研究核心：满足多种电能质量的要求、提高供电的可靠性、降低成本和实现智能化；技术特点：各分布式电源具有即插即用能力，微网通过单点接入公共电网；典型案例：夏威夷拉奈岛微网示范系统。研究核心：能源供给多样化、减少污染、提供多重电能质量和可靠性；技术特点：通过微网的内部控制平抑可再生能源输出波动；更加侧重储能和控制的研究；典型案例：群马县太田市高密度高渗透率太阳能应用实证系统。4.1

联网型微网发展现状—国外现状1、相比发达国家起步较晚，目前已取得阶段性研究成果。如：天津大学、合肥工业大学、中科院电工所、中国电科院等，并建设了微网实验平台，依托实验平台开展并验证微网的关键技术研究。2、国家电网公司也推出了一批微网技术示范工程。如浙江省电力试验研究院微网实验系统、河南郑州财专光储微网试点工程、北京左安门微网试点工程、天津中新生态城智能营业厅微网试点工程、内蒙古呼伦贝尔盟陈巴尔虎旗赫尔洪德移民村微网工程等。3、国内联网型微网的功能相比起国外还较为简单，在技术层面上还有较大的发展空间，需要为下一步在国内推广微网示范工程提供关键设备和技术保障。4.1

联网型微网发展现状—国内现状由风电、光伏等可再生能源和储能装置组成的以可再生能源为主的微网；由燃气轮机冷热电联产、柴油机等组成的多能互补微