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1、微电网技术浅析1微电网技术浅析微电网技术浅析姓名：姓名： 班级：班级： 学号：学号：摘要摘要：发展清洁能源建设坚强智能电网是我国未来几年电网的发展的主要方向。作为实现智能电网中有源配网的有效方式，微电网有利于引入大量可再生能源发电，使电力系统更加可靠、安全、清洁和经济。本文介绍微电网的概念和主要结构，以及与智能电网的关系，简述了微电网在我国的发展状况。关键词：关键词：智能电网 分布式电源 有源配网 供电可靠性 电能质量Abstract:Developing clean energy to build a strong smart grid is the main direction of Ch
2、ina grid in fews years.As an effective way for the active distribution network in the smart grid,micro-grid which facilitate the introduction of a large number of renewable energy make the power system more reliable, safe, clean and economical. This page describes the concept and the main structure
3、of the grid, and the relationship with smart grid and outlined the development of the micro-grid in China.Keywords: Smart Grid; DG; Active Distribution Network; Reliability of Power Supply; Power Quality1 引言引言当前，国际国内的经济形势、能源形势正在发生深刻变化，新一轮的世界能源变革已经拉开序幕。欧美发达国际从发展清洁能源、应对气候变化、保障能源安全、促进经济增长的需要出发，相继提出发展智能
4、电网，并将其引为国际战略的重要组成部分。我国高度重视智能电网建设，温家宝总理在 2010 年政府工作报告中强调：“大力发展低碳技术，推广高效节能技术，积极发展新能源和可再生能源，加强智能电网建设。 ”作为实现智能电网中有源配网的有效方式，微电网有利于引入大量可再生能源发电，使得电力系统更加可靠、安全、清洁和经济。1.1 微电网的提出微电网的提出随着电力需求的不断增长，大电网（或称为公用电网）在过去数十年里体现出来的优势使其得以快速地发展，成为主要的电力供应渠道。然而，集中式大电网也存在一些弊端：微电网技术浅析2成本高，运行难度大，难以满足用户越来越高的安全性和可靠性要求。尤其是近几年来，世界范
5、围内接连几次发生大面积停电事故以后，大电网的脆弱性充分地暴露出来，特别是在发生自然灾害、电网事故的紧急情况下，军工、医院、金融等系统突然断电造成的不仅仅是经济损失，还会危及社会的安全和稳定。因此，人们开始对电网的发展模式另辟蹊径。2003 年北美大停电以后，国际上的专家们得到一个结论发展分布式电源比通过改造电网来加强安全更加简洁、快捷。我国 2008 年 1 月南方雪灾的教训也说明在继续发展集中式大机组的同时，要注重在负荷中心建设足够的分布式电源，以在出现非常规灾害或战时攻击情况下，保证居民最小能源供应和最基本生活条件，并将这种电源保障电网安全的重要措施和手段。分布式发电具有污染少、能源利用率
6、高、安装地点灵活等优点，并且与集中式发电相比，节省了输配电资源和运行费用，减少了集中输电的线路损耗。分布式发电可以减少电网总容量，改善电网峰谷性能，提高供电可靠性，是大电网的有力补充和有效支撑。进 20年来，大部分国家已经把分布式发电提上了日程，人们开始对分布式发电系统的潜在效益展开认真研究。无疑，分布式发电是电力系统的发展趋势之一。分布式电源尽管优点突出，但本身存在诸多问题。例如，分布式电源单机接入成本高、控制困难等。另外，分布式电源相对大电网来说是一个不可控源，因此大系统往往采取限制、隔离的方式来处置分布式电源, 以期减小其对大电网的冲击。分布式电源与用户混杂而形成的有源型配网为电力系统带
7、来了新的挑战，为解决分布式电源接入问题，协调大电网和分布式电源的矛盾，充分挖掘分布式电源为电网和用户带来的价值与效益，在本世纪初，学者们提出了微电网的概念。微电网将额定功率为几十千瓦的发电单元微源、负荷、储能装置及控制装置等结合，形成一个单一可控的单元，同时供给电能和热能。基于微电网结构的电网调整能够方便大规模的分布式电源（DER）互联并介入中低压系统中，提供了一种充分利用 DER 单元的机制。1.2 微电网的定义微电网的定义由于世界各国发展微电网的侧重点有所不同，所以对微电网的定义也有所差别。美国对微电网的研究着重于利用微电网提高电能质量和可靠性，美国电力可靠性技术解决方案协会（CERTS）
8、给出的定义为：微电网是一种有负荷和卫星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，并提微电网技术浅析3供必需的控制；微电网相对于外部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要求。日本的微电网研究在世界范围内处于领先地位。由于国内能源日益紧缺、负荷日益增长的原因，日本着重于控制与储能技术。日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）的定义为：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。欧洲互联电网中的电源大体上靠近负荷，比较容易形成多个微电网，所以欧洲微电网的研究更关注多个微电网的互联和市场交
9、易问题。欧盟科技框架计划（FP）给出的定义为：利用一次能源；使用微型电源，并可冷、热、电三联供；配用储能装置；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。1.3 微电网基本结构微电网基本结构微电网的基本结构如下图 1 所示。图 1 微电网的基本结构上图是由 CERTS 提出的微电网基本结构，图中包含了多个分布式电源（DG）和储能元件，这些系统和元件联合向负荷供电，这个微电网相对大电网来说是一个整体，通过一个断路器和上级电网相连接。图中微电网包括 3 条馈线 A、B 和 C，整个网络呈放射线。馈线通过微电网主隔离装置与配电系统相连，可实现孤网与并网运行模式间的平滑无缝转换。微电网
10、技术浅析4其中 A 和 B 是敏感负荷（重要负荷） ，安装有多个 DG，馈线 A 中含有一个运行于热电联产的 DG，该 DG 向用户提供热能和电能。馈线 B 为非敏感性负荷，孤网情况下微电网内不过负荷运行时，可以切断系统对 C 的供电。当外界大电网出现故障停电或电力质量问题时，微电网可以通过主断路器切断与电网的联系，孤网运行。此时微电网的负荷全部由 DG 承担，馈线 C 继续通过母线得到来自主网的电能并维持正常运行。如果孤网情况下无法保证电能的供需平衡，可以断开馈线 C，停止对非重要负荷的供电。当故障消除后，主断路器重新合上，微电网重新恢复和主电网功角同步运行，保证系统平稳过渡到孤网运行前的状
11、态。在微电网的这种结构下，多个 DG 局部就地向重要负荷提供电能和电压支撑，这在很大程度上减少了直接从大电网买电和电力线传输的负担，并可增强重要负荷抵御来自主网故障影响的能力。此外在大电网发生故障或电能质量不符合系统标准的情况下，微电网可以以孤网模式运行，保证微电网自身和大电网的正常运行，从而提高供电可靠性和安全性。2 智能电网与微电网智能电网与微电网2.1 智能电网智能电网针对电力系统在新世纪面临的分布式电源并网、电网利用系数低以及数字化技术的广泛应用等诸多挑战，北美和欧洲提出智能电网的概念，并展开了相关的研究工作。智能电网，就是电网的智能化，也被称为“电网 2.0” 。它是建立在集成的、高
12、速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好的使用目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足 21 世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。与传统电网相比，智能电网将进一步优化各级电网控制，构建结构扁平化、功能模块化、系统组态化的柔性体系结构，通过集中于分散相结合的模式，灵活变换网络结构、智能重组系统构架、优化配置系统效能、提升电网服务质量，实现与传统电网截然不同的电网运营理念和体系。智能电网将实现对电网全景信息（指完
13、整、准确、具有精确时间断面、标准化的电力微电网技术浅析5流信息和业务流信息等）的获取，以坚强、可靠的物理电网和信息交互平台为基础，整合各种实时生产和运营信息，通过加强对电网业务流的动态分析、诊断和优化，为电网运行和管理人员展示全面、完整和精细的电网运营状态图，同时能够提供相应的辅助决策支持、控制实施方案和应对预案。智能电网的核心是实现对电网运行的快速响应，提高与分布式能源的兼容能力，从而提高整个系统的经济型、可靠性和安全性。2.2 智能电网与微电网的关系智能电网与微电网的关系未来智能电网有大量的分布式电源并于中压或低压配电网上运行，将彻底改变传统的配电系统单向潮流特点，要求系统使用新的保护策略
14、、新的频率和电压控制技术来满足双向的潮流流动。若能把这些分布式电源成功无缝地集成到电网中并协调运行，将带来巨大的经济和社会效益。智能电网将安全、无缝地允许各种不同类型的发电和储能系统接入系统，简化联网过程，类似于“即插即用” （如下图 2 所示） ，这一特征对电网提出了严峻的挑战。改进的互联标准将使各种各样的发电和储能系统容易接入。由小到大各种不同容量的发电和储能系统在所有的电压等级上都可以互联，包括分布式电源如光伏发电、风电、先进的电池系统、即插式混合动力汽车和燃料电池。商业用户要安装自己的发电设备（包括高效热电联产装置）和电力储能设施将更加容易和更加有利可图。在智能电网中，大型集中式发电厂
15、，如风电和大型太阳能电厂以及先进的核电厂将继续发挥重要的作用。加强输电系统的建设使这些大型发电厂仍能够远距离传输电力。同时各种各样的分布式电源的接入一方面减少了对外来能源的依赖，另一方面提高了供电可靠性和电能质量，特别是应对战争和恐怖袭击具有重要和意义。微电网技术浅析6图 2 多种微源即插即用微电网示意图研究和时间表明：将分布式发电系统以微电网形式接入到大电网并网运行，与大电网互为支撑，是发挥分布式发电系统效用的最优方式。智能电网的技术框架既包括传统输电系统的模拟和仿真、数据采集与监控系统(SCADA)、广域测量系统(WAMS)等，也包括配电系统的快速模拟和仿真（DFSM） 、高级配电自动化（
16、ADO） 、微电网运行和用电系统的高级测量体系（AMI） 、自动读表（AMR）等技术。微电网作为智能电网的配电网的核心部分，是智能电网的重要组成部分。微电网先进的控制系统和灵活的运行方式恰好满足了智能电网的要求，并且整合了高比重的可再生能源发电，提高了系统的整体效率和灵活性。两者之间既相互联系又相互区别，具有安全、可靠、经济、灵活的共同目标，应开展相关技术的研究，并相互借鉴和促进。3 中国微电网的发展中国微电网的发展3.1 发展原因发展原因根据国外微电网定义的特点，结合我国电力系统发展现状及趋势，我国的微电网定义为：微电网是通过本地分布式微型电源或中、小型传统发电方式的优化配置向附近负荷提供电能和热能的特殊电网，是一种基于传统电源的较大规模的独立系统；在微电网内部通过电源和负荷的可控性，再充分满足用户对电能质量和供电安全要求的基础上，实现微电微电网技术浅析7网的并网运行和独立自治运行；微电网对外表现为一个整体单元，并且可以平滑并入住网运行。微电网技术经过近十年的发展，以其在节能、环保和在提高传统电网可靠性和电能质量的方面存在的巨大潜力而得到了许多发达国家政府和专家的重视。美
