微电网能量管理系统概述

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1、微电网能量管理系统概述一、 微电网能量组成微电网是近年来出现的一种新型能源网络化供应与管理技术的简称， 它能够 利地将可再生能源和清洁能源系统的接入， 实现需求侧管理以及现有能源的最大 化利用。微电网将发电子系统、储能系统及负荷相结合 ,通过相关控制装置间的 配合 ,可以同时向用户提供电能和热能 ,并能够适时有效地支撑大电网 ,起到消峰 填谷的作用。所以微电网概念一经提出 ,就引起世界能源专家和电力工业界的广 泛重视 ,世界很多国家都加强了相关基础科学研究的力度 ,对微电网的认识随着研 究的进行在不断地具体化、 深入化和系统化。 而微电网对于解决我国现有大电网 运行中凸显的问题 ,以及能源危机

2、等相关问题 ,无疑是提供了一个好的解决途径。1.1 风能风能是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量。 空气流具有的动能 称风能。空气流速越高， 动能越大。 人们可以用风车把风的动能转化为旋转的动 作去推动发电机， 以产生电力， 方法是透过传动轴， 将转子（由以空气动力推动 的扇叶组成）的旋转动力传送至发电机。到 2008 年为止，全世界以风力产生的 电力约有 94.1 百万千瓦，供应的电力已超过全世界用量的 1%。风能虽然对大 多数国家而言还不是主要的能源， 但在 1999年到 2005 年之间已经成长了四倍以 上。风能优点：1. 风能为洁净的能量来源。2. 风力发电是可再生能源，很环保

3、。3. 风能设施多为不立体化设施，可保护陆地和生态。4. 风能设施日趋进步，大量生产降低成本，在适当地点，风力发电成本已 低于发电机。风能缺点：1. 风力发电需要大量土地兴建风力发电场，才可以生产比较多的能源。2. 进行风力发电时，风力发电机会发出庞大的噪音，所以要找一些空旷的 地方来兴建。3. 在一些地区、风力发电的经济性不足：许多地区的风力有间歇性，更糟 糕的情况是如台湾等地在电力需求较高的夏季及白日、是风力较少的时 间；必须等待压缩空气等储能技术发展。1.2 光伏光伏是太阳能光伏发电系统的简称。 是一种利用太阳电池半导体材料的光伏 效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统，

4、有独立运行和并网 运行两种方式。光伏能量的来源由光伏板组件， 它是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发 电装置，由几乎全部以半导体物料 （例如硅 ）制成的薄身固体光伏电池组成。由于 没有活动的部分， 故可以长时间操作而不会导致任何损耗。 简单的光伏电池可为 手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并为电网供电。 光伏板组件可以制成不同形状， 而组件又可连接， 以产生更多电力。 近年，天台 及建筑物表面均会使用光伏板组件， 甚至被用作窗户、 天窗或遮蔽装置的一部分， 这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。光伏优点：1. 普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无

5、论高山或 岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且无须开采和运输。2. 无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污 染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。3. 巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于 130 万亿吨煤，其总 量属现今世界上可以开发的最大能源。4. 长久：根据目前太阳产生的核能速率估算， 氢的贮量足够维持上百亿年， 而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是 用之不竭的。光伏缺点：1. 分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大， 但是能流密度很低。 平均说来，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳 辐射的辐照度最大，

6、在垂直于太阳光方向 1 平方米面积上接收到的太阳 能平均有 1000W 左右；若按全年日夜平均，则只有 200W 左右。而在冬 季大致只有一半，阴天一般只有 1/5 左右，这样的能流密度是很低的。 因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当 大的一套收集和转换设备，造价较高。2. 不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限 制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳 辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了 难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规 能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能

7、问题，即把晴朗白天的 太阳辐射能尽量贮存起来，以供夜间或阴雨天使用，但目前蓄能也是太 阳能利用中较为薄弱的环节之一。3. 效率低和成本高：目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可 行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成 本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段 时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。1.3 柴油发电机柴油发电机是一种小型发电设备，系指以柴油等为燃料，以柴油机为原动机 带动发电机发电的动力机械。 整套机组一般由柴油机、 发电机、控制箱、燃油箱、 起动和控制用蓄电瓶、保护装置、应急柜等部件组成。整体可以固定在基础上

8、， 定位使用，亦可装在拖车上， 供移动使用。柴油发电机组属非连续运行发电设备， 若连续运行超过12h，其输出功率将低于额定功率约 90%。尽管柴油发电机组的 功率较低，但由于其体积小、灵活、轻便、配套齐全，便于操作和维护，所以广 泛应用于矿山、 铁路、野外工地、 道路交通维护、 以及工厂、企业、医院等部门， 作为备用电源或临时电源。柴油发电优点：1. 燃油经济、热效高、工况变化时，燃油消耗率曲线变化比较平坦，低负 荷下也经济。2. 工作可靠、耐久。3. 因为没有点火系统，故障低。4. 使用范围广。有害排放物较低。5. 防火安全性好。1.4 生物质生物质发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电

9、， 是可再生能源发电 的一种，包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、 垃圾填埋气发电、沼气发电。1.5 电网联系发电和用电的设施和设备的统称。属于输送和分配电能的中间环节，它 主要由联结成网的送电线路、 变电所、 配电所和配电线路组成。 通常把由输电、 变电、配电设备及相应的辅助系统组成的联系发电与用电的统一整体称为电力 网。简称电网。二、 微电网负载组成2.1 负载概述负载是指连接在电路中的电源两端的电子元件。 电路中不应没有负载而直接 把电源两极相连， 此连接称为短路。 常用的负载有电阻、 引擎和灯泡等可消耗功 率的元件。不消耗功率的元件，如电容，也可接上去，但此情

10、况为断路。把电能 转换成其他形式的能的装置叫做负载。 电动机能把电能转换成机械能， 电阻能把 电能转换成热能， 电灯泡能把电能转换成热能和光能， 扬声器能把电能转换成声 能。电动机、电阻、电灯泡、扬声器等都叫做负载。晶体三极管对于前面的信号源来说，也可以看作是负载。对负载最基本的要求是阻抗匹配和所能承受的功率。2.2 负载组成与分部根据负荷对电力需求的特性可将负荷分为基本两大类： 敏感负荷：对这一级负荷断电，将造成人身事故、设备损坏，将生产废品， 使生产秩序长期不能恢复， 人民生活发生紊乱等。 这是这是敏感负荷中的重要负 荷。 由于供电中断会造成大量减产、人民生活会受到较大影响的用户负荷，这

11、是敏感负荷中的比较重要的负荷。一般负荷（非敏感负荷） ：敏感负荷以外的属于一般负荷。可视为一个可控 的负荷参与微电网的能量调度， 并且在适当的时候 （孤网模式时） 可中断其供电， 以此确保敏感负荷的正常供电。负荷接入设备功能：1. 负荷通断控制：在正常情况下，敏感负荷与一般负荷均应正常供电，当 微电网系统因事故出现功率缺额或运行在孤岛模式，应采取切断一般负 荷，确保敏感负荷的正常供电。2. 负荷保护：具有自动跳闸和电动合闸功能，可切断故障电流，发挥保护 作用。3. 微电网功率平衡控制自动低频减载：当微电网系统因事故出现功率缺 额时，其频率将随之急剧下降，自动低频减载装置的任务是迅速断开相 应数

12、量的一般负荷，使系统频率在不低于某一允许值的情况下，达到有 功功率的平衡，以确保微电网系统安全运行。4. 负荷监测：提供微电网线路负荷的实时数据包括负荷功率，线路电流情 况。对所有线路进行监控，对大负荷及超负荷提供预警和报警信号。微电源分类、工作方式及接入设备功能3.1 微电源典型工作方式光伏电池具有MPPT和定电压两种工作方式。当工作在 MPPT工作方式且无 功功率可调时遵循Q-V下垂特性。当工作在定电压工作方式时遵循 P-f下垂特性。1. 当工作在功率可调的方式时遵循 P-f 下垂特性和 Q-V 下垂特性。在此工 作方式下，风力发电机可作为具有自适应调节功能的调节电源，快速跟 踪负荷有功功

13、率和无功功率的变化。2. 当工作在定功率的方式时按照设定值输出有功功率和无功功率。 风力发电机组采用PQ控制策略为保证最大限度地利用可再生能源。3.2 微电源接入设备功能由于光伏电池电压等级低，需采用 DC-DC中的Boost电路升压至合适的电压 等级，然后通过逆变把直流电变换为标准的交流电， 供给负荷或并入电网。 即经 过DC-DC-AC变换接入微电网。并可根据系统稳定运行要求自动切换工作方式的 功能。3.3 微电源控制功能微电源的基本控制由微电源控制器完成， 主要功能包括微电源自身的调节功 能即微电源机组工作方式的切换。能量调节功能包括有功 /无功控制、电压 /频率 调节、孤岛模式下负荷分

14、配 /电压、频率调节等。3.4 微电源工作方式的切换根据微电网负荷用电需求并结合微电源控制策略切换微电源的工作方式。1. 对于光伏电池在MPPT和定电压模式之间切换。2. 风力发电机可工作在定功率与功率可调的模式两种方式下。 在功率可调时可工作低位运行和高位运行两种方式下。3. 储能装置根据蓄电池的荷电状况以及此时的负荷是需求， 蓄电池可工作在充 电模式与放电模式。3.5 能量调节功能1、有功功率调节：在并网运行模式时，系统的频率是固定，微电源发送分 配好的有功功率，在孤网运行模式下，通过快速的电力电子装置，根据 P-f 下垂 特性，调节微电源的输出有功功率使功率输出与负荷需求保持平衡。2、无

15、功功率调节：在并网运行模式下，能量控制器监测负荷和无功的变化， 通过储能装置进行无功调节，并补偿无功，维持系统功率平衡。3、在孤网运行模式下，应具备三个功能： 据预先设定的 Q-V 特性阻止末端电压偏压； 参与特定负荷线路的电压调整； 根据负荷设定的功率因数补偿无功。4、电压调节：通过调节微电源电压的幅值，相角，与系统要求相匹配，而 且负荷和微电网的功率因数可得到控制。5、功率因数调节：当电动机启停时负载的功率因数是变化的，可以影响到 微电网的电压稳定。 通过调节微电源无功输出使负载的功率因数保持在预先设定 的工作点。对分布式电源的控制除了满足以上要求外，微电源自身还应具有以下功能：(1) 通

16、信功能，接受能量管理系统的调度，同时上传自身的各种状态信息。(2) 辅助的电能质量改善功能，微电源在自身不对电网造成污染的前提下， 能在一定程度上对电网进行谐波抑制和不平衡补偿等。(3) 保护功能， 微电网内部有数量众多的分布式电源， 且它们之间的距离短， 这就造成了短路电流的急剧增大， 而传统的继电保护装置因时效性难以起到应有 的保护作用， 严重威胁了电力电子设备的安全， 所以分布式电源自身必须具备各 种可靠的保护功能 (如过压、过流及故障等 )。四、储能装置分类、工作方式及接入设备功能4.1 储能装置的分类与特点铅酸蓄电池尽管能量密度小，但功率密度高、放电时间长、由于技术成熟性 价比高， 因此成为当今使用最为广泛的蓄电池。 当蓄电池作为调节电源时， 每次