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1、山东电力集团公司科学技术项目可行性研究报告项目名称：申请单位：起止时间：项目负责人：通信地址：邮政编码：联系电话：传 真：申请日期： 一、 目的和意义1、 项目研究内容紧密相关的国家电网公司实际生产力水平和今后的发展方向近年来随着科技的发展、人们环境保护意识的加强和对能源危机的不断关注，集中供电的大电网自身存在的一些弊端逐渐暴露出来，如可靠性差局部事故易扩散、不能灵活跟踪负荷的变化、对于偏远地区不能进行理想供电、多采用不可再生能源环保效益差等。如今大电网和分布式发电系统相结合是节省投资，降低能耗，提高系统安全性和灵活性的主要方法。随着智能电网概念的提出，分布式能源包括生物质能、太阳能、风能、小
2、水电、地热能及海洋能等，他们资源丰富、可以再生、清洁干净，是最有前景的替代能源。近年来越来越多的分布式能源接入配电网，但由于其本身的不稳定性，对原有配电网的运行、管理造成了很大的影响。小型分布式可再生能源发电的随机性和波动性、潮流流动的双向性、保护配置的复杂性、不可调度性等等，都对现有配电网供电的可靠性、电能质量造成严重影响。所谓微网，是指基于分布式供能技术，由分布式电源、储能单元、负荷、控制系统等构成，通过它们之间的相互组合，就构成了一个小型的供能系统。该系统既可以独立运行，由相应的电源向系统内部的负荷供能；也可以并网运行，向电网供出多余的电力或由电网补充自身发电量的不足。因此，微网不仅能够
3、有效提高能源的综合利用效率，而且可作为主电网的有效互补电网,提高供电可靠性和电能质量,是国内外电气工程研究领域的最新前沿课题之一。目前，分布式终端供能系统关键技术及实验室、示范工程建设受到欧盟、美国、日本、中国等世界多个国家的重视和推广。2、项目成果对该现状和技术发展的作用微网是一种经济、可靠、环保的供电系统，主要利用的是风力发电、光伏发电、生物质能发电等清洁能源，因此可以大大减少了CO2、SO2等物质的排放量，实现节能减排，减少对环境的破坏；由于微网的特殊设计，其在大电网出现故障时仍然可以保持正常运行，保障重要负荷的电源供应，同时在边远地区，通过微网还可以解决低电压问题和无电问题，因此微网可
4、以提高供电的安全性和可靠性。3、 成果应用和推广的途径分布式终端供能系统可以应用在建筑、园区、煤油气田等能源产区, 以及工艺过程等较广泛的领域。虽然在相当长一段时间内, 微网还不是我国主要的能量供应形式, 但随着我国经济的增长、人民生活水平的提高, 以及天然气和新能源的普遍开发利用, 以燃气轮机、内燃机和燃料电池技术为核心的微网, 将首先在发达的沿海和中部地区大中城市、大企业中推广应用, 也将用于电网所不能经济送达的西部、山区、海岛等偏远地区, 同时在太阳能、地热等资源丰富的地区得到发展应用。更值得注意的是, 微网为重要部门和单位，医院、机场等能源保障可靠性要求高的用户提供了更先进的能源供应方
5、式。微网的应用使其成为大规模集中式供电系统的一个重要补充。世界电力工业将由传统的“大电厂、大电网、城市热网”等集中式能源系统, 向依靠大型发电和小型分布式发电广泛结合的“多模式互补系统”转变。分布式终端供能系统是由多种能量转换技术有机地整合的, 能够同时实现冷、热、电等多种能源产品输出的复杂系统，系统性能除了微小型动力技术、中低温余热转换利用技术等单元技术外, 更关键的是其系统集成的水平。单元技术影响着分布式终端供能系统的普及与发展, 而系统集成技术是实现分布式终端供能系统大幅节能、发挥系统优势的核心技术。微网的发展必须与可再生能源发电紧密结合，但由于可再生能源分布广、能量密度较低，特别是具有
6、随机性和间歇性，如何使可再生能源发电给终端用户优质可靠的电能，并友好地融入大电网系统，是微网发展的一项重要任务。4、 成果推广后的直接和间接效益本次研究的目的是在满足电网调度的前提下，实现各类分布式能源的有效供给和优化调度，提高新能源的使用效率，在满足可靠供电的前提下，进一步提高供电效率，实现降损节能。将解决在并网运行方式下，能以各类分布式电源的基础上，以系统运行费用最小为目标的调度方式，提高系统的经济效益。在离网运行方式下，系统能在满足安全约束的前提下，实现继续可靠供电，大大提高供电可靠性和社会效应。为实现我国分布式终端供能系统能量优化管理系统国产化研究和大规模工程应用提供技术支撑。二、 国
7、内外研究水平综述1、 项目研究内容紧密相关的技术发展历史的简要回顾光伏发电电源、风力发电等接入配电网后，会带来各种扰动，影响系统电能质量，主要体现在电压闪烁和谐波、电压脉冲、浪涌、电压跌落、频率偏移、瞬时供电中断等动态电能质量问题。此类间歇性电源的接入不但会影响稳态电压分布，还会引起系统电压波动，特别是大规模光伏电站并网后，可能导致系统电压越限等。 分布式终端供能系统优化规划设计研究的目的是在满足差异化用户供电可靠性要求的前提下，开展科学化的分布式终端供能系统系统结构设计和设备选型。其核心工作包括分布式终端供能系统综合评价指标体系、分布式终端供能系统优化规划设计方法。目前，欧美发达国家虽然建立
8、了很多分布式终端供能系统实验及示范工程，开展了诸如分布式终端供能系统运行和交易模式分析、投资和效益评价等研究，但在分布式终端供能系统综合评价指标体系方面的研究还很初级。我国在分布式终端供能系统评价与规划设计方面的研究还处于起步阶段，在方法和理论上的研究还缺乏深度，在量化评价体系和规划设计工具方面还属空白。大量光伏发电的接入对供电的可靠性和优质性构成了挑战，对用电企业的生产造成了影响，因此，急需在分布式终端供能系统集成优化设计技术上进行研究以满足用户的要求。由于分布式能源采用可再生能源，并且环保等优点，必将成为今后发展的重点，因此研究对分布式终端供能系统集成优化设计技术，具有现实的理论和实际应用
9、价值。2、 国内外研究水平的现状和发展趋势目前欧美、日本等许多国家和地区把改善能源消费结构、发展分布式终端能源作为经济和社会可持续发展的一个重要突破点。欧盟在第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(ABB、西门子等)、电力公司，研究内容涵盖分布式发电与分布式终端供能系统系统的集成设计、标准制定、设备测试等多个方面。供给系统的智能化、能量利用的多元化是欧洲分布式终端能源供给系统的重要特点。日本专门成立了新能源与工业技术发展组织（NEDO），设在经济产业省，统一协调国内高校、企业与国家重点实验室对新能源及其应用的研究。NEDO在分布式终端能源供给系统研究方面已取得了很多成
10、果， 在2003年的 “Regional Power Grid with Renewable Energy Resources Project” 项目中，分别在青森县、爱知和京都3个地方建设基于分布式可再生能源发电的分布式终端供能系统示范系统。日本积水化学工业株式会社（SEKISUI），其推出了完全依赖分布式终端能源供电的智能屋，更在近期宣布，将与NEC公司合作，开发下一代智能屋。目前日本在分布式终端能源供给系统研究与示范工程建设方面处于世界领先地位。国内对分布式终端能源供给系统的研究的起步较晚。目前，电力公司和很多高校、研究所都关注这一领域，并在国家“973”、“863”计划的支持下在该领域
11、开展一些研究工作，其中合肥工业大学、天津大学、国网电力科学研究院、许继电气等一些高校和机构已经取得了一些阶段性的研究成果。 3、 国外研究机构对本项目的研究情况美国能源部和国家可再生能源实验室（NREL）资助威斯康星大学、橡树岭国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室等研究机构开展分布式发电与分布式终端供能系统关键技术的研究。威斯康星大学实验和测试了在微型电网不同运行状态下的多种分布式电源控制器。橡树岭国家实验室和劳伦斯伯克利国家实验室则主要开展分布式终端供能系统能量管理系统（EMS）的研究，研究内容集中在MGEMS的需求、热电匹配与建筑暖通空调系统（HVAC）管理、分布式终端供能系统与公共电网能量
12、交换、内部分布式电源效率最优化、最小化环境污染等方面。另外美国能源部与GE公司共同资助了第二个“GE全球研究”计划。GE已经开发出一套分布式终端供能系统能量管理系统，包括电气和热能的性能和成本优化控制，与公用电网的并网控制及对可再生能源间歇性发电的管理。4、 国内研究机构对本项目的研究情况目前，合肥工业大学的研究人员提出一种基于同步发电机暂态模型的新型分布式逆变型电源控制器，具有功率控制和调频调压双重功能。同时依托教育部光伏系统工程研究中心建立分布式发电与分布式终端供能系统实验系统，在此基础开展分布式发电与分布式终端供能系统运行控制、能量管理、安全保护等关键技术的研究。天津大学是国内较早开展分
13、布式发电与分布式终端供能系统技术研究的高校，集中对分布式终端供能系统建模，分布式终端供能系统控制方法进行了研究。根据分布式电源的类型以及储能装置的不同组合方式，采用不同的控制策略分别进行了相应的控制器设计，并研究了多个分布式电源参与系统调频时分布式终端供能系统的小信号频率稳定问题，在此基础上，提出了分布式电源逆变器的多环反馈控制策略并得到了仿真验证。国网电力科学研究院依托国家能源太阳能发电研发（实验）中心建有光储联合分布式终端供能系统实验研究平台，开发分布式发电与分布式终端供能系统综合监控平台，开展分布式发电与分布式终端供能系统仿真计算、运行控制、能量管理等关键技术的研究。同时承担国家能源智能
14、电网研发（实验）中心分布式终端供能系统技术研究检测实验室的建设，开展分布式终端供能系统基础研究、装备开发、标准制定、实验检测等方面的工作。许继电气依托国家电网河南光储分布式终端供能系统示范工程开展了并网光伏发电系统、储能系统和分布式终端供能系统控制管理系统设计，实现分布式终端供能系统双向潮流环境下控制保护协调工作的综合监控。 三、 项目的理论和实践依据1、 项目研究内容的原理简述本项目首先研究包含风电、光伏发电、小水电、分布式储能系统以及其它类型供电、供热系统的不同类型分布式供能系统的体系结构、功能规范、模式标准，研究不同应用类型、不同规模分布式供能系统典型技术方案。其次，研究分布式终端供能系
15、统不同能源类型不同并网电压等级情况下对电网的影响，提出微网并网技术援助；通过对电网运行安全、可靠性影响等关键因素的分析，结合不同方案成本考虑给出分布式电源并网方案建议。根据微网内部典型结构，并分布式电源局部可靠性、经济性等综合比较，给出典型分微网推荐接线模式及适用范围。最后，建立微网并网评估模型，从供电可靠性、电能质量、经济效益、节能减排、电网友好性、方案适应性等方面水平的评价指标体系，研究各项指标量化计算方法，构建科学的评价方法体系，为分微网划设计创造条件。通过各项评价体系进行针对供能系统的评估，确立微网的并网方案。微网优化规划设计研究的目的是在满足电网安全运行需求、系统用户电力电量需求的前
16、提下，科学合理地实施微网并网方案，以保证大电网、微网建设及运行的安全性和经济性。该系统不仅能够有效提高能源的综合利用效率，而且可作为主电网的有效互补电网,提高供电可靠性和电能质量。2、 项目研究内容的理论或者实践依据微网具有如下特点：1) 与终端用户融合作为服务于当地的能量供应系统, 微网直接面向用户的需求, 布置在用户的附近, 由此形成了一些特点，例如一般无需大型电网、热网, 简化了能量的输送环节；与用户的各类能源需求相结合, 易于实现能量供应多样化和系统的多功能。同样,微网与终端用户的融合也要求其具备高的安全性、可靠性和优异的环保性能, 达到极低的NOx排放和噪声污染等; 还应该具有灵活、智能的控制手段和可维护性, 以满足用户负荷的动态变化和自动控制等要求
