分布式电源与微电网朱桂萍 副教授清华大学电机系2013-05-22提 纲概述分布式发电并网对配网的影响分布式发电相关政策和技术规定微电网中的电能质量问题微电网中的储能装置微电网的电源规划和运行优化结论与展望Ø 分布式电源定义分布式电源指接入35kV及以下电压等级的小型电源， 分布式电源包括光伏电池、小型风力发电机、微型燃气轮 机、燃料电池和储能设备等光伏电池小型风力发电机燃料电池微型燃气轮机储能设备一、概述技术类型一次能源输出方式与系统的接口风力发电可再生能源DC逆变器光伏发电可再生能源DC逆变器水力发电可再生能源AC直接相连地热发电可再生能源AC直接相连小型燃汽轮机可再生能源,化石燃料AC直接相连燃料电池可再生能源,化石燃料DC逆变器太阳热发电可再生能源AC直接相连蓄电池储能电网或DGDC逆变器电容器储能电网或DGDC逆变器飞轮储能电网或DGDC逆变器超导电磁储能电网或DGDC逆变器常见的分布式发电类型分布式发电的优点1.分布式发电发电 系统统中各电电站相互独立，用户户由于可以自行控制 ，不会发发生大规规模停电电事故，所以安全可靠性比较较高； 2.分布式发电发电 可以弥补补大电电网安全稳稳定性的不足，在意外灾害 发发生时继续时继续 供电电，已成为为集中供电电方式不可缺少的重要补补充 ； 3.可对对区域电电力的质质量和性能进进行实时监实时监 控，非常适合向农农村 、牧区、山区，发发展中的中、小城市或商业业区的居民供电电， 可大大减小环环保压压力； 4.分布式发电发电 的输输配电损电损 耗很低，无需建配电电站，可降低或避 免附加的输输配电电成本，同时时土建和安装成本低； 5.调调峰性能好，操作简单简单 ，由于参与运行的系统统少，启停快速 ，便于实现实现 全自动动。
截至2009年底，国家电网公司经营范围内接入35kV及以下 配电网的分布式电源总装机容量4593.4万千瓦，总发电量1422 亿千瓦时，各类分布式电源装机容量和发电量见下表资资源类类型装机容量发电发电 量 容量 （万千瓦）比例（% ）发电发电 量 （亿亿千瓦时时）比例（%）小水电电2165.747.257040.1 小型热电热电 机组组1544.933.756539.8 余热热、余压压、副产产 煤气616.313.421715.3生物质质105.12.346.73.3 风电风电1002.212.30.8 燃油、燃气50.81.19.10.6 其它10.60.11.90.1 总计总计4593.41001422100国内分布式发电现状微网(Microgrid)是指由一簇负荷、分布式电源、储能 装置通过电气网络紧密集成为单一可控的供电系统，是一 个能实现自我保护、控制和管理的自治系统，可同时向负 荷供给电能和热能，既可以通过单一接口与大电网并网运 行，也可以配合储能单元稳定自主地孤网运行，是智能电 网的重要组成部分 • 联网 • 孤岛稳态运行暂态过程•并网 •解列1999 年，美国可靠性技术解决方案协会CERTS（the Consortium for Electric Reliability Technology Solutions ） 第 一次对微电网在可靠性、经济性及其对环境的影响等方面 进行了研究；2002 年较为完整全面的微电网概念被提出来 。
微电网概念的提出微电网的国内外研究现状美国的微电网研究CERTS给出的微电网定义：微电网是一种由负荷和微型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，并提供必要的控制；微电网相对于外部大电网表现为单一的受控单元，并可同时满足用户对电能质量和供电安全等方面的要求从美国电网现代化角度来看，提高重要负荷的供电可靠性，满足用户定制的多种电能质量需求降低成本，实现智能化，将是美国微电网的发展重点日本的微电网研究日本在微电网示范工程的建设方面处于世界领先地位日本政府十分希望可再生能源（如风能和光伏发电）能够在本 国的能源结构中发挥越来越大的作用，但是这些可再生能源 的功率波动性与电能质量和供电的可靠性相矛盾，而微电网 能够通过控制可再生能源的输出和储能平衡负载的波动来达 到电网的能量平衡，以上这些理念促进了微电网在日本的发 展，使日本的微电网研究对于储能和控制特别重视；有日本 学者提出了灵活可靠性和智能能量供给系统FRIENDS（ Flexible Reliability and Intelligent Electrical Energy Delivery System ）利用柔性交流输电系统元件快速灵活的控制性以实现对配电网能量结构的优化。
欧洲的微电网研究欧洲的微电网研究和发展主要考虑的是欧洲的环保要求和电网的稳定，以及有利于满足能源用户对电能质量的 多种要求等智能微电网之所以被认为是未来电网的有效 支撑，就在于它能很好地协调电网和DG 之间的矛盾，充分 发挥DG的优势；因此欧洲各国对微电网的研究越来越重视欧盟微电网项目给出的定义是：利用一次能源，使用微型电源，分为不可控、部分可控和全控三种，并可冷、 热、电三联供；配有储能装置；使用电力电子装置进行能 量调节欧洲提出通过电力电子设备将集中供电和分布式 发电相结合，鼓励社会参与微电网的建设我国的分布式发电和微电网研究现状目前，中国的电网还主要以大机组、大电网的集中供电 为主，分布式发电在我国处于刚起步阶段, 但分布式发电的 特点适应中国电力发展的需求与方向, 在中国有着广阔的发展前景一方面, 充分利用可再生能源发电对于中国调整能源结构，保护环境，开发西部，解决农村用能及边远地区用电， 进行生态建设等均具有重要意义；另一方面,中国可再生能源总的储量丰富，发展潜力十分巨大我国的分布式发电相 关的技术研究和开发已经广泛的展开由于我国不同地区的气候等自然条件以及产业结构不同，使得我国各地电力负荷特性差异较大，需要根据不同电力 系统的具体需求给出具有针对性的解决方案。
电压等级容量主要目的微电源类型城市 片区 微网中压配电网 （10kV）几百kW 至 10MW事故状态下保障重要 负荷的供电，提高供 电质量、可靠性和抗 灾能力，实现节能减 排补充能源发电（ 燃气机轮、电池 ）和可再生能源 发电（太阳能）农村 微网低压配电网 （400V）几kW至 几百kW利用可再生能源为当 地供电，促进城镇化 建设可再生能源发电 （风力、太阳能 、沼气发电）企业 微网中压配电网 （10kV及以 上）几百kW 至 10MW提高供电质量和发电 效率，降低成本传统电源中国微电网的分类和特点 ：二、分布式发电并网对配网的影响Area EPS：区域电力系 统 PCC：公共联结点 DR：分布式资源 Load：负荷分布式发电的并网分布式发电发电 并网对对配网产产生影响的根本原因：我国的中、低压压配电电网主要是中性点不接地(或 经经消弧线线圈接地)系统统，采用单侧电单侧电 源辐辐射型供 电电网络络分布式新能源电电站接入配电电网，使配电电系统统从 放射状结结构变为变为 多电电源结结构，潮流和短路电电流大 小、流向以及分布特性均会发发生改变变原有的调压调压 方案不能满满足接入分布式电电源后的配电电网电压电压调节调节 要求。
因此必须评须评 估分布式电电源对对配电电网电压电压 的影响，研究新的调压调压 策略对对有载调压载调压 分接头动头动 作影响：高电压电压 ：DG接入馈线馈线 ，变压变压 器一次电压电压 接近上限时时低电压电压 ：DG安装在LTC或者电压电压 调节调节 器侧侧对对VQC影响：DG启停，无功变变化造成VQC动动作次数越界电压调节问题线路发发生故障后，继电继电 保护护以及重合闸闸的动动作行为为都会 受到光伏发电发电 系统统的影响对对基于断路器的三段式电电流保护护的 影响最为显为显 著 u导导致本线线路保护护的灵敏度降低及拒动动； u导导致本线线路保护误动护误动 ； ü 如继电器不具备方向敏感性能（原系统为放射型的， 末端无电源，不会产生转移电流）则并联分支故障时 ，会引起本分支继电器的误动 u导导致相邻线邻线 路的瞬时时速断保护误动护误动 并失去选择选择 性； u导导致重合闸闸不成功 ü 在系统故障时，DG的切除必须早于重合时间，否则会 引起电弧的重燃，使重合闸不成功（快速重合闸0.2秒 - 0.5秒)继电保护问题日本2.2MW太阳城项项目：大量配电电网保护护更换换； 浙江示范工程：加装低周、低压压解列、过过流等保护护；校核和 调调整10kV电电流速断、延时电时电 流速断、过过流保护护、反向故障保 护护定值值。
孤岛岛引起的安全问题问题 ：u线线路维护维护 人员员人身安全受到威胁胁；u与孤岛岛地区相连连的用户户供电质电质 量受影响（频频率和电压电压 偏出正常运行范 围围）；u孤岛岛内部的保护护装置无法协调协调 ；u电电网供电电恢复后会造成相位不同步；u孤岛电岛电 网与主网非同步重合闸闸造成操作过电压过电压 ；u单单相分布式发电发电 系统统会造成系统统三相负载负载 欠相供电电非计划孤岛问题孤岛检测标准：IEEE std.929-2000/UL1741对孤岛效应最大检测时间的限制1.VN指电网电压幅值的额定值，我国为交流220V(有效值) 2. fN指电网电压频率的额定值，国际60Hz，我国为50Hz孤岛检测原理：但是当逆变器与负载功率匹配的情况下，P=0，Q=0， 由于断网后公共节点PCC的电压幅值和相位不发生变化， 检测孤岛失败被动检测： • 欠/过频，欠/过压 • 功率/频率变化率检测 • 相位突变检测 • 谐波检测优点：对电网无影响， 易于实现 缺点：检测盲区大，门 槛值的设定局部检测基于通信被动检测（内部无源法）主动检测（内部有源法）孤岛检测方法：• 幅值偏移法 ü 阻抗测量法 ü Sandia电压偏移法 • 频率偏移法 ü 主动移频法 ü 转差频率漂移 ü Sandia频率漂移法 • 相位偏移法有功无功检测主动检测：通过向系统注入特定扰动信号，并检测扰动引起的系统中某些电气量的变化来判断是否产生了孤岛。
优点：检测盲区小缺点：对电网有干扰，有 可能导致不同步， 不适用于多DG开关状态检测（基于通信）： • 电力线载波通信 • 跳闸信号检测 • SCADA优点：对电网无干扰，对单个或多个DG的孤岛检测都有效 缺点：成本高，操作复杂，经济性低过/欠压和过/欠频技术是最常用的北美制造商一般采用基于频率、相角、电压偏移等主动检测 技术欧洲制造商一般采用德国标准的ENS检测装置（阻抗测量） ，并采用频率变化率或主动检测方法作为补充日本制造商一般至少一种被动检测和一种主动检测相结合孤岛检测方法的有效性指标：指标一：检测盲区（Non-detection Zone, NDZ）， 即系统中有孤岛产生，却不能实时检测出来原 因之一就是小系统内功率匹配，电压和频率在允 许的变化范围内，致使孤岛产生后，孤岛系统能 稳定运行，而不能检测孤岛指标二：检测方法的稀释性，即是否适用于多DG 对于一些需要加入扰动的检测方法，对于多逆 DG来说可能扰动不同步，产生相互作用，而使有 效性降低u分布式发电发电 通过电过电 力电电子逆变变器并网，易产产生谐谐波、三 相电电流不平衡；输输出功率随机性易造成电电网电压电压 波动动、闪闪 变变；u分布式电电源直接在用户侧户侧 接入电电网，电电能质质量问题问题 直接 影响用户户的电电器设备设备 安全。
浙江示范工程：在10kV接入、400V接入、 220V接入系统统中，都检测检测 到 谐谐波电电流总总畸变变率偏高的问问 题题随着容量的增大，谐谐波 电电流对电对电 网的影响将进进一步 加大电能质量问题uDG与配电电网的继电继电 保护护配合不好，可能使继电继电 保护误动护误动 作，反而使可靠性降低；u不适当的安装地点、容量和连连接方式会使配网可靠性变变坏 ；uDG可部分消除输输配电电网的过负过负 荷和堵塞，增加输输配电电网 的裕度，使系统统可靠性提高；u在一定。