《微电网研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微电网研究（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、美国、欧洲、日本等国家和地区在完善了微网相关基础理论的研究后，建立了分布式能源及其微网的模型和仿真分析工具的开发，在此基础上对微网控制策略、保护问题和通信协议进行了研究，而且在实验室和实际工程现场进行验证，完成了对理论问题的研究。在未来一段时期，研究方向是关于微网的高级控制策略及多个微网同配电管理系统的相互作用的问题，并且对微网控制策略进行标准化设计，实现现场实验以进一步验证控制策略在实际微网中的运行效果，并对微网技术对大电网造成的影响进行详细评估等。当前我国对微网技术的研究跟发达国家地区有显著的差距，尚在起步阶段。美国微电网的发展与研究现状美国是最早提出并建设微网的国家，拥有全球最多的微电网
2、示范工程，数量超过 200 个，约占全球微电网数量的 50%。1999 年，美国电力可靠性技术协会（CERTS ）最早对微网的思想进行了描述和总结，于 2002 年系统地提出了微网的定义并资助威斯康辛大学麦迪逊分校建立了实验性微网，随后在俄亥俄州建立了示范型微网，目前建成的主要微网项目如表 1 所示。美国能源部将微网视为未来电力系统的三大基石技术之一，将其列入了美国“Grid 2030”计划。美国北方电力承接的 MAD river 微电网是美国第一个微电网示范工程，该工程成功验证了关于微网的建模、运行控制和保护及经济效益等相关技术问题，并且尝试制定微网运行调度规定。一份规划了未来数十年分布式能
3、源以微网的形式形成规模性建设的文件由美国能源部（DOE）制定出台，微网技术在未来的发展情况在该文件中有详细的规划。DETL 微电网示范工程，其分布式电源包括燃气轮机、光伏电池和燃料电池，燃气轮机经 AC/AC 变换器给负荷供电，光伏电池和燃料电池经逆变器给负荷供电。该项目主要研究分布式电源的利用效率、监测微电源出力和负荷变化对微网稳定运行的影响。威士康星大学麦迪逊分校微电网示范工程搭建的微电网中有两台位置对等的直流稳压电源，稳压电源经逆变器输出，输出经电抗器和变压器连接到微电网公共母线上。公共母线上连接大小相等的 5 个纯阻性负荷，并通过静态开关与 480V 配电网连接。该示范项目主要研究本地
4、下垂控制策略。微电网暂态电压、微电网频率调整和微电网并网和孤岛模式之间的无缝切换。CRERTS 微电网示范工程中的分布式电源采用三台 60kW 的微型燃气轮机，产生的电压经整流后直接给蓄电池充电，另一路经逆变器给负荷供电。正常情况下，微型燃气轮机不工作，由配电网给微电网内的负荷供电，并给蓄电池充电。当配电网发生故障时，静态开关打开，微电网处于孤岛模式，微型燃气轮机给负荷供电，当微电网的负荷过大时，蓄电池经逆变器发电，向负荷提供电源，维持孤岛稳定运行。该项目主要研究并网与孤岛模式之间的切换、无需高速通信实现孤岛运行模式下的电压、频率稳定。继 CRERTS 之后,美国能源部与通用电气共同资助了第二
5、个“通用电气(Global Electric Company,GE)全球研究”计划，该计划的目标是开发出一套能够向微电网中各元件提供统一保护、控制和能量管理平台的微电网能量管理系统（Microgrid Energy Management,MEM）。MEM 的设计旨在通过优化对微电网中互联元件的协调控制来满足用户的各种需求,如运行成本最小、运行效率最高等。这项微电网计划分两个阶段施行,第一个阶段主要对一些基础的能量管理技术和控制技术等方面进行研究。第二阶段的计划主要是利用仿真工具对第一阶段研究的技术进行仿真验证,并构建示范工程进行具体的运行分析。这项微电网计划对于目前该领域的其他微电网研究是一个
6、很好的补充。CRERTS 微电网研究主要集中在对分布式电源的设计和鲁棒控制,GE 微电网则更多地关注在微电网内部的协调控制技术以及对能量管理和运行成本的优化上。美国政府在美军方基地建立了 Sandia national labotatories 微网项目，并准备推广到全美军事和民用场合。一直以来，美国在全球微电网市场中都处于领导地位，从 CERTS 微电网示范工程到2013 年的 “微电网自助贷款试点计划”，美国政府一直致力于微电网技术的提升和微电网示范工程的建设。近几年来，投入比较大的几个项目分别是：（1）2009 年的“可再生能源与分布式系统集成项目”项目总投资 5500 万美元， 5 年
7、内分别在 8 个州建立 9 个微电网示范工程项目，旨在通过集成分布式能源降低电力系统的峰值负荷；（2）2011 年，美国国防部与能源部、国土安全部合作开展 “蜘蛛”示范工程，该项目在珍珠港西肯联合基地、卡森堡基地和史密斯基地建设个微电网示范工程，总投入 3850 万美元。其主要目的是通过示范工程总结出适用于军事基地应用的微电网标准和模板；（3）由于美国近年来频繁受到极端灾害天气的影响，美国政府于 2013 年总投资 1500 万美元启动微电网资助贷款试点计划资助全美 27 个微电网示范工程的设计、互联及其他工程费用，以防范极端灾害天气对电力供应带来的负面影响。美国微网示范工程地域分布广泛、投资
8、主体多元、结构组成多样、应用场景丰富，其微网项目主要用于集成可再生分布式能源、提高供电可靠性及作为一个可控单元为电网提供支持服务。美国对微网的研究主要着重于利用微网提高重要负荷的供电可靠性，同时满足用户定制的多种电能质量需求、降低成本、实现智能化等。欧洲微电网的发展及研究现状欧洲重视可再生清洁能源的发展，是开展微网研究和示范工程较早的地区，1998 年就开始了有关微网的研究工作。2005 年，欧洲提出“Smart Power Networks”概念，并在 2006 年出台该计划的技术实现方略。欧盟在第五、第六和第七框架下支持了一系列关于发展分布式发电和微网技术的研究项目，组织众多高校和企业，针
9、对分布式能源集成、微网接入配电网的协调控制策略、经济调度措施、能量管理方案、继电保护技术，以及微网对电网的影响等内容开展重点研究，目前已形成包含分布式发电和微网控制、运行、保护、安全及通信等基本理论体系。其中第五框架计划项目实现了将各种不同的分散的分布式电源连接成微电网，并实现与配电网的连接；第六框架计划项目着重研究了多个微电网并人大电网的协调控制策略，能量管理方案等课题；第七框架计划重点包括主动配电系统、微电网和虚拟能源市场等，强调可再生能源接人输电网技术、新型储能技术以及电力用户与输电网之间的双向连接技术，提出了微电网的基本概念。德国卡塞尔大学的太阳能技术研究所最早建立了 Demotec
10、微电网实验室，它结构上包括几个小型微电网系统，并且通过上层调度控制器实现整个微电网的重构，有利于故障情况下的快速恢复，保障电压质量和供电可靠性。荷兰的 Continuon 微电网是一个民用的微电网示范工程，系统主要由 315Kw 的光伏发电设备构成，为 200 多个度假村小屋进行供电。主要研究并网和孤岛模式之间的自动切换问题，当大电网故障时，能自动切换到孤岛运行模式并能维持稳定运行 24，具有黑启动能力，系统通过上层控制器实现对蓄电池的智能充放电管理，维持微电网稳定运行。德国曼海姆市的 MVV 微电网 建设在居民区内，提高了居民对微电网的认知程度，并且制定微电网的运行导则，并衡量微电网的经济效
11、益；同时在技术层面，保证微电网内用户的电能质量，验证微电网的局部和中央控制策略，实现微电网的并网和离网模式切换。丹麦的 Bornholm 微电网项目是欧盟唯一的中压微电网示范平台，为波罗的海中的一个小岛屿内的 28000 户居民提供电力供应 ，主要研究微电网的黑启动和与外电网的重新并网问题。希腊爱琴海基克拉迪群岛建立的 Kythnos 微电网示范工程，其为 12 户居民提供供电。Kythnos 微电网包含两个子系统，三相系统（10kW 光伏发电、 53kWh 蓄电池、9kVA 柴油机）和单相系统（2kW 光伏、32kWh 蓄电池），分别为本地负荷和通讯设施供电。该微电网目前仅有孤岛这一运行模式
12、，主要为提高系统供电可靠性，上层调度管理，智能负荷管理等方面的研究。目前，欧盟组织全力支持的微网项目：Microgrids 和 More Microgrids，如今已经完成了微网运行控制策略、保护措施及通信协议等相关基本理论的研究，并且在一些国家建立了规模不同的实验平台。规模最大的实验平台位于德国，是有德国太阳能研究所（ISET）建立的，平台容量为 200KVA，该实验平台安装有自行设计的能量管理系统。欧洲对微网的发展和研究主要围绕着可靠性、可接入性、灵活性 3 个方面展开，实现电网的智能化、能量利用的多元化，满足能源用户对电能质量的多种要求、满足电力市场的需求以及欧洲电网的稳定和环保要求。日
13、本微电网的发展与研究现状日本是亚洲研究和建设微网较早的国家，由于日本本土资源匮乏，能源紧缺，其对可再生能源的重视程度高于其他国家。为了较好的研究新能源，统一协调国内高校、国家重点实验室和企业对新能源及其应用的研究，日本政府专门成立了新能源与工业技术发展组织(NEDO)。自 2003 年开始，日本新能源与工业技术发展组织（ NEDO）就协调高校、科研机构和企业先后在八户市、爱知县、京都市和仙台市等地区建设了微网示范工程，研究、验证了一批微网关键技术，为后续微网发展和建设奠定了良好的基础。2005 博会时投入使用的爱知微电网是 NEDO 建立的第一个微电网示范工程，在 2006 年，该微电网迁到名
14、古屋市附近的中部机场,并于 2007 年初开始运行。 截止目前日本主要的微电网项目如表 3 所示。日本拥有全球最多的海岛独立电网，因此发展集成可再生能源的海岛微网，替代成本高昂、污染严重的内燃机发电是日本微网发展的重要方向和特点。青森县八户市的微网工程中，电源部分全部使用可再生能源，利用太阳能和风能提供电能，将生物质能开发成热电联产的电源。具体电源构成为 3 台 170kW 的生物质燃气发电机，蓄电池组容量为 100kW，光伏发电 80kW，风力发电 20kW，共 710kW。负荷包括：市政厅 360kW，四所中小学 205kW，八户市供水管理局 38kW，共 603kW。该控制目标是 6 分
15、钟内供需不平衡控制在 3%以内。该控制目标在测试过程中得到了很好的完成，并孤网运行一周。Aichi 的微电网展示项目，主要研究分布式电源输出功率对负荷功率变化的跟踪能力。分布式电源包括各种不同的燃料电池。Kyoto 的微电网展示项目中的分布式电源既包括各种可再生能源发电，也包括各种燃料电池，目标是研究建立在通信基础上的能源管理系统以及微网电能质量的控制。Sendai 的微电网展示项目是微电网中的一个典型代表，其将供电质量分不同的等级，针对不同电能质量的符合具有相应的补偿设备，并根据不同等级进行不同质量的供电。其电源系统组成主要有：2*350kW 微型燃气轮机、200kW 磷酸燃料电池、 50k
16、W 光伏发电设备向 12 户居民供电，另有 2kW 光伏发电设备以及 32kWh 蓄电池向控制、监控和通讯设备提供电力需求。Shimizu 为日本清水建设公司的微电网项目，其电源装置包含燃气轮机、光伏设备、超级大电容储能以及蓄电池，主要研究负荷跟踪、优化调度、负荷预测以及热电联产来保证微网电力的供需平衡。日本经济产业省资源能源厅于 2009 年启动了岛屿新能源独立电网实证项目，通过提供政府财政补贴，委托九州电力公司和冲绳电力公司在鹿儿岛县和冲绳县地区的 10 个海岛上完成了海岛独立电网示范工程的建设，包括由东芝集团负责建设的宫古岛大型海岛电网和由富士电机株式会社负责建设的 9 个中小型海岛微网。日本在微网方面的研究更注重可再生能源的控制与电储能，主要着眼于能源供给多样化、满足用户的个性化电力需求和减少对环境的污染，同时注重微网与传统配电网的融合，为微网的大规模发展提供了广阔的空间。日本地震、台风、海啸等自然灾害频发，因此提升电力供应在自然灾害下的可靠性是日本微电网发展的另一个重要方向和特点。2011 年，东日本大地震及其诱发的海啸造成
