电科院微电网示范项目方案

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1、云南电力试验研究院光蓄示范 项目及微网试验平台 可行性方案研究 目 录 目 录 2 1 简介 . 3 1.1项目概述 3 1.2项目研究定位 . 3 1.3 研究内容 . 4 2 微网技术综述 . 5 2.1微网系统的结构特征 . 5 2.2微网控制策略 . 8 3 储能技术综述 . 19 3.1储能技术发展状况 . 19 3.2储能设备的主要应用情况 . 25 3.3储能系统的并网技术 . 31 3.4 储能设备并网监控系统 37 3.5储能系统的高级应用技术 . 40 4 AMI、DFACTS 和智能电器相关技术 49 4.1AMI 技术 . 49 4.2 DFACTS技术 54 4.3智

2、能电器技术 . 58 5 小型风力发电系统和柴油发电机 . 64 5.1小型风力发电机 . 64 5.2柴油发电机 66 6 云南电科院现状 . 70 6.1园区配电系统现状 . 70 6.2实验室现状（场地设备条件15kw 测试平台） 72 6.3示范工程场地现状 . 73 6.4园区通信系统现状 . 73 7 科技园智能微网示范工程方案设计 . 75 7.1网架结构与运行方式 . 75 7.2满足联络线功率控制约束下的储能设备功率和容量最小配置方案 . 79 7.3保护配置 92 7.4系统监控 94 7.5通信系统 94 8 科技园智能微网实验室方案设计 . 96 8.1设计要求 96

3、8.2中低压配电系统典型接线模式及微网实验室设计方案 . 96 8.3基于逆变电源的微网试验系统 . 116 9、项目实施计划及投资估算 123 10 附录 . 125 09年 2 月 17号数据图表 125 09年 3 月 30日数据图表： 126 09年 4 月 16日的数据图表： 128 1简介 1.1项目概述 随着分布式发电技术的不断创新及常规能源的逐渐衰竭和环境污染的日益加重，世界各国日益关注分布式发电技术 (Distributed Generation DG)。 分布式发电一般是指发电功率在数千瓦至50兆瓦的小型化、模块化、分散式、布置在用户附近为用户供电的连接到配电系统的小型发电

4、系统。现有研究和实践已表明，将分布式发电供能系统以微网的形式接入大电网并网运行，与大电网互为支撑，是发挥分布式发电供能系统效能的最有效方式。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发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与大电网并网运行，也可以孤立运行。 微网是分布式发电的重要形式之一，微网既可以通过配电网与大型电力网并联运行，形成一个大型电网与小型电网的联合运行系统，也可以独立地为当地负荷提供电力需求。该灵活运行模式大大提高了负荷侧的供电可靠性。同时，微网通过单点接入电网，可以减少大量小功率分布式电源接入电网后对传统电网的影

5、响。另外，微网将分散的不同类型的小型发电源（分布式电源）组合起来供电，能够使小型电源获得更高的利用效率。 电力研究院已建成了 160kW光伏发电系统以及相关的监控系统，并投入运行，具备了开展分布式电源实验研究的基础。在适当扩充的基础上，可以形成完善的微网示范系统，对研究分布式电源和微网系统对配电网的影响，制定相关技术导则有着非常大的指导意义。同时，对电力公司本身而言，为了应对未来大量分布式电源的接入，积极培养相关技术人才，也有着非常现实的指导意义。由此可见，开展与分布式电源和微网并网相关课题的研究，建设分布式电源和微网实验室符合未来南方电网公司智能电网发展规划战略方向，本项目中所建成的智能微网

6、示范工程与微网实验室以及所取得的研究成果将为未来智能电网的研究和发展奠定坚实的基础。 1.2项目研究定位 项目依托科技园 160kW 光伏发电系统平台， 建设科技园智能微网示范工程， 并在此基础上开展微网特性的研究；在试验楼，建设进行微网功能测试和研究微网实验及研究分布式发电对配电网影响的配电网模拟仿真实验室。通过项目建设，最终达到以下功能定位： ? 智能微网和智能电网的展示中心； ? 智能微网和智能电网的研究中心； ? 智能用电的展示中心； ? 智能配电网的展示中心。 1.3 研究内容 1.3.1智能微网示范工程 以科技园 160kW 光伏发电系统为基础， 采用小型风力发电、 太阳能光伏发电

7、、 柴油发电机及储能设备等多种形式的分布式电源，建设多种分布式能源互补的微网示范工程。同时，结合科技园现具有多种类型用电负荷的特点，选择在专家楼试点智能用电和智能电表，并选用合适的通信网络，建成有示范意义智能配电和高级量测体系AMI 。 在智能微网示范工程上主要开展的研究内容： ? 开展多种分布式电源并网运行时的协调优化控制技术，例如风光蓄互补优化控制，利用储能系统充放电的特性，有效抑制由于太阳光、风力等自然条件变化引起光伏发电和风力发电输出功率的波动性，推动可再生能源技术的发展； ? 通过接受配调的调度，实现与大电网潮流交换的可控； ? 开展智能微网的并网运行和独立运行双模式运行能力的研究；

8、 ? 研究微网的双向计量； ? 智能用电示范； ? 各类 DFACTs装置的应用示范； ? 多类通信网络方式的展示。 1.3.2实验室建设方面 实验室建设架构首先要求实验系统结构灵活、可实现不同DG重新组合，且其运行方式可变化；其次要求选择的分布式电源类型全面，可研究不同类型分布式电源的特性；同时，实验室建设尽可能与现有 15kW测试系统进行功能整合， 并与配电网模拟实验室相结合。 实验室主要开展的研究工作包括： （1） 开展各种分布式电源并网特性的研究，研究各种类型分布式电源，如光伏发电、小型风力发电、储能装置在并网运行和系统故障时的电气特性； （2） 开展含有分布式电源的高级配电自动化技术

9、研究，研究以提高用户供电质量、降低网损、提高供电可靠性为目标的配电网运行优化重构技术； （3） 研究含分布式电源、微网的配电系统动态仿真技术，对微网系统进行动态建模，研究分布式接入对配电网的影响，为含分布式电源的配电系统保护配置，线路规划设计提供依据； （4） 利用各种模拟故障，可开展含分布式电源配电系统保护研究，研究分布式电源接入电力系统对传统配电保护的影响和相应措施； （5） 研究微网中电能质量控制装置控制的控制效果，并通过测试获取第一手的运行数据，为后续研究做好数据支撑。2微网技术综述 2.1微网系统的结构特征 2.1.1直流微网 直流微网的结构如图 2-1 所示，其特征是系统中的DG、

10、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 和负荷的波动可由储能装置在直流侧补偿。 直流负荷DC DCDCACDC DCDC AC交流 DG直流 DGDC DCDC AC交流 储能直流 储能单相交流母线配电网直流母线DCAC DCAC三相交流母线图 2-1 直流微网结构 考虑到 DG 的特点以及用户对不同等级电能质量需求， 两个或多个直流微网也可以形成双或多回路供电方式， 如图 2-2 所示。图中，直流馈线 1 上接有间歇性特征比较明显的DG，用于向普通负荷供电，

11、 直流馈线 2 连接运行特性比较平稳的DG 以及储能装置，向要求比较高的负荷供电。相较于交流微网， 直流微网由于各 DG 与直流母线之间仅存在一级电压变换装置， 降低了系统建设成本， 在控制上更易实现；同时由于无需考虑各 DG 之间的同步问题，在环流抑制上更具优势。 配电网配电网 DC ACDC ACDC DCPVAC DC风机AC DC一般负荷DC DCPVAC DCDC DC燃料电池微燃机AC DC重要负荷DC DC储能直流馈线 2直流馈线 1混合式 限流断路器混合式 限流断路器图 2-2多直流馈线微网结构 2.1.2交流微网 目前，交流微网仍然是微网的主要形式，其典型结构如图2-3 所示

12、。在交流微网中，DG、储能装置等均通过电力电子装置连接至交流母线，通过对公共联结点(PCC 端口)处开关的控制，可实现微网并网运行与孤岛运行模式的转换。 20kV配电网ACACAC DC飞轮 储能AC AC风机AC DCPVAC DC燃料 电池ACDC光伏PCC400V一般负荷ACDC蓄电池 储能燃机图 2-3 交流微网结构 2.1.3交直流混合微网 在图 2 所示的微网中，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， 因此可称为交直流混合微网。 但从整体结构分析， 实际上仍可看作是交流微网，直流微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。 D

13、CAC直流负荷DC DC直流母线DGDC AC交流负荷储能DGn电力电 子接口配电网电力电 子接口GDG1电力电 子接口储能电力电 子接口电压动 态调节直接联 网DG电力电 子接口直 流 微 网交流母线图 2-4 交直流混合微网结构 2.1.4简单结构与复杂结构微网实验系统 1、简单结构微网 所谓简单结构微网是指系统中DG 的类型和数量较少， 控制和运行比较简单的微网， 其典型结构如图 2-5 所示。事实上，这种简单结构的微网系统在实际中应用很多，例如：DG为微型燃气轮机的CCHP 系统，在向用户提供电能同时，还满足用户热和冷的需求。但与传统的 CCHP 系统不同，当形成微网后，系统必须能够具

14、备并网和孤网运行两种模式，并且可在两种模式间灵活切换，这可以在保证能源有效利用的同时，提高用户的供电可靠性。 配电网其它远端负荷电力 电子 接口本地负荷可控 DG图 2-5 简单结构的微网 2、复杂结构微网 所谓复杂结构微网是指系统中DG 类型多，DG 接入系统的形式多样，运行和控制相对复杂的微网。 图 2-6给出了可称为复杂结构的德国DeMotec微网实验系统，系统通过 175kVA和 400kVA 的变压器与外部电网相连，系统中的80kVA 和 15kVA 的电源用于模拟与之相连其它微网， DG 包括光伏、风机、柴油机、微燃机等多钟类型，储能装置采用蓄电池储能。在这一微网中，按照电气特性和

15、位置的不同将DG 和储能装置组成了三种类型的小型微网嵌入到系统中： （1）三相光伏-蓄电池 -柴油机微网； （2）单相光伏 -蓄电池带负荷微网；（3）单相光伏-蓄电池不带负荷微网。 该微网存在一个上层控制器， 与底层的各 DG、储能装置和负荷之间通过 INTERBUS 总线通讯，可以实现网络结构重组。 DCAC DCPV1.7kWDCAC DC蓄电池 175kVA上层中央 控制器400V，50Hz5.5kVA 燃气轮机AC AC模拟 风机5kVAAC ACDC ACPV三相光伏400kVA10kV10kVACAC30kVA柴油发电机组20kVA变速发电机组配 电 网电网模拟80kVA15kVA

16、微型电网 模拟DCAC DCPV1.4kWDCAC DC蓄电池单相光伏-蓄电池系统线路模拟DCAC DCPV2.3kWDCAC DC蓄电池三相光伏-蓄电池-柴油机系统单相光伏-蓄电池系统DC AC蓄电池虚拟蓄电池 95V，30kWDC ACDC模拟 PV20kWDC ACDC蓄电池单相光伏-蓄电池系统12.5kVA电阻 电感电容图 2-6 Demotec微网结构 在复杂结构微网中含有多种不同电气特性的DG，具有结构上的灵活多样性。但对控制提出了相对较高的要求， 需要保证微网在不同运行模式下安全、 稳定的运行。此类微网实验系统还包括法国 ARMINES 微网，西班牙 Labein微网，意大利 CESI微网等。 对当前世界范围内的微网实验系统的结构特征和运行控制模式进行了系统的总结和分析，可得到如下几点启示： （1）交流微网为目前微网实验系统建设的主流结构，但直流微网系统以其特有优势，在微网实验系统建设中也应得到重视， 组建交直流混合