微網(wǎng)控制講義

1、712022年2月20日星期日1-2 1-2 微電網(wǎng)背景微電網(wǎng)背景第一章第一章 緒論緒論1-1 1-1 引言引言722022年2月20日星期日1-1 1-1 引言引言一、一、分布式發(fā)電系統(tǒng)的起源分布式發(fā)電系統(tǒng)的起源 傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的規(guī)約和運(yùn)行環(huán)境的發(fā)展變化傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的規(guī)約和運(yùn)行環(huán)境的發(fā)展變化 小型發(fā)電系統(tǒng)如微型渦輪發(fā)電機(jī)組、燃料電池、光伏發(fā)電系小型發(fā)電系統(tǒng)如微型渦輪發(fā)電機(jī)組、燃料電池、光伏發(fā)電系統(tǒng)和生物燃料發(fā)電系統(tǒng)等的涌現(xiàn)統(tǒng)和生物燃料發(fā)電系統(tǒng)等的涌現(xiàn) 分布式發(fā)電系統(tǒng)包括各種類型的小型發(fā)電機(jī)、能量存貯系統(tǒng)、分布式發(fā)電系統(tǒng)包括各種類型的小型發(fā)電機(jī)、能量存貯系統(tǒng)、負(fù)荷控制以及小型發(fā)電機(jī)和大電網(wǎng)之間的

2、先進(jìn)的電力電子接負(fù)荷控制以及小型發(fā)電機(jī)和大電網(wǎng)之間的先進(jìn)的電力電子接口裝置?？谘b置。 二、二、微電網(wǎng)的定義微電網(wǎng)的定義 微電網(wǎng)可以定義為一組負(fù)荷和微型發(fā)電系統(tǒng)作為一個(gè)單一的微電網(wǎng)可以定義為一組負(fù)荷和微型發(fā)電系統(tǒng)作為一個(gè)單一的系統(tǒng)運(yùn)行，為用戶同時(shí)提供電能和熱能，微電網(wǎng)中大部分微系統(tǒng)運(yùn)行，為用戶同時(shí)提供電能和熱能，微電網(wǎng)中大部分微型發(fā)電系統(tǒng)必須基于電力電子接口，從而保證作為單一集合型發(fā)電系統(tǒng)必須基于電力電子接口，從而保證作為單一集合系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)提供一定的適應(yīng)能力。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)提供一定的適應(yīng)能力。 微電網(wǎng)采用自適應(yīng)控制，允許微電網(wǎng)呈現(xiàn)到大電網(wǎng)時(shí)，作為微電網(wǎng)采用自適應(yīng)控制，允許微電網(wǎng)呈現(xiàn)到大電網(wǎng)時(shí)，作為一

3、個(gè)單一的控制單元，滿足局部電力系統(tǒng)的可靠性和安全性一個(gè)單一的控制單元，滿足局部電力系統(tǒng)的可靠性和安全性的需要。的需要。 732022年2月20日星期日1-1 1-1 引言引言三、微電網(wǎng)與集成三、微電網(wǎng)與集成分布式發(fā)電系統(tǒng)的區(qū)別分布式發(fā)電系統(tǒng)的區(qū)別 集成的分布式發(fā)電系統(tǒng)，傳統(tǒng)的方法主要考慮少量的微型分集成的分布式發(fā)電系統(tǒng)，傳統(tǒng)的方法主要考慮少量的微型分布式發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響。布式發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響。 IEEE P1547標(biāo)準(zhǔn)草案給出了分布式發(fā)電與電力系統(tǒng)互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)草案給出了分布式發(fā)電與電力系統(tǒng)互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)主要考慮如果電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，如何保標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)主要考慮如果電力系統(tǒng)發(fā)生

4、故障時(shí)，如何保證并網(wǎng)發(fā)電機(jī)自動(dòng)切機(jī)。證并網(wǎng)發(fā)電機(jī)自動(dòng)切機(jī)。 設(shè)計(jì)微電網(wǎng)時(shí)，應(yīng)考慮若電力系統(tǒng)發(fā)生故障，微電網(wǎng)應(yīng)能不設(shè)計(jì)微電網(wǎng)時(shí)，應(yīng)考慮若電力系統(tǒng)發(fā)生故障，微電網(wǎng)應(yīng)能不受影響地與大電網(wǎng)分裂開(kāi)來(lái)，處于孤島運(yùn)行狀態(tài)，一旦故障受影響地與大電網(wǎng)分裂開(kāi)來(lái)，處于孤島運(yùn)行狀態(tài)，一旦故障恢復(fù)時(shí)，微電網(wǎng)可立即與電力系統(tǒng)并列運(yùn)行?；謴?fù)時(shí)，微電網(wǎng)可立即與電力系統(tǒng)并列運(yùn)行。 微電網(wǎng)的重要特性來(lái)源于包含分布式電源在內(nèi)的配電網(wǎng)可作微電網(wǎng)的重要特性來(lái)源于包含分布式電源在內(nèi)的配電網(wǎng)可作為一個(gè)自我控制的實(shí)體，即對(duì)于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)其表現(xiàn)為與常規(guī)的為一個(gè)自我控制的實(shí)體，即對(duì)于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)其表現(xiàn)為與常規(guī)的用戶具有不可區(qū)分的特點(diǎn)。用戶具有不可區(qū)分的

5、特點(diǎn)。 四、設(shè)計(jì)微電網(wǎng)時(shí)應(yīng)考慮的因素四、設(shè)計(jì)微電網(wǎng)時(shí)應(yīng)考慮的因素 電力系統(tǒng)中發(fā)生故障之前微電網(wǎng)中包含多少分布式發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中發(fā)生故障之前微電網(wǎng)中包含多少分布式發(fā)電機(jī)是可以允許的，這些問(wèn)題包括過(guò)電流以及隨之引起的故障和電可以允許的，這些問(wèn)題包括過(guò)電流以及隨之引起的故障和電壓波動(dòng)。壓波動(dòng)。 742022年2月20日星期日1-1 1-1 引言引言 微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)該遵守電網(wǎng)的運(yùn)行規(guī)約以及除了對(duì)已存在的微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)該遵守電網(wǎng)的運(yùn)行規(guī)約以及除了對(duì)已存在的用戶具有可接受的影響外沒(méi)有任何危害。用戶具有可接受的影響外沒(méi)有任何危害。 微電網(wǎng)應(yīng)能夠提供不間斷電源的性質(zhì)。微電網(wǎng)應(yīng)能夠提供不間斷電源的性質(zhì)。 五、

6、微電網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)五、微電網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn) 為配電網(wǎng)提供電能阻塞的緩解作用，延緩新發(fā)電設(shè)備或輸電為配電網(wǎng)提供電能阻塞的緩解作用，延緩新發(fā)電設(shè)備或輸電容量的投資以及跟隨負(fù)荷變化和局部電壓的支持等。容量的投資以及跟隨負(fù)荷變化和局部電壓的支持等。 從電網(wǎng)的觀點(diǎn)來(lái)看，微電網(wǎng)主要優(yōu)點(diǎn)是能夠在電力系統(tǒng)中作從電網(wǎng)的觀點(diǎn)來(lái)看，微電網(wǎng)主要優(yōu)點(diǎn)是能夠在電力系統(tǒng)中作為一個(gè)集中的負(fù)荷運(yùn)行，從而可將其視為可控制的實(shí)體。為一個(gè)集中的負(fù)荷運(yùn)行，從而可將其視為可控制的實(shí)體。 用戶可從微電網(wǎng)受益，微電網(wǎng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行不僅可滿足本地用戶可從微電網(wǎng)受益，微電網(wǎng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行不僅可滿足本地用戶的電能和熱能的需要，還可實(shí)現(xiàn)不間斷電源的功能，增用戶的電能

7、和熱能的需要，還可實(shí)現(xiàn)不間斷電源的功能，增強(qiáng)本地供電可靠性，減少線路損耗和維持本地電壓等。強(qiáng)本地供電可靠性，減少線路損耗和維持本地電壓等。 752022年2月20日星期日1-2 1-2 微電網(wǎng)背景微電網(wǎng)背景一、技術(shù)背景一、技術(shù)背景 微電網(wǎng)的關(guān)鍵特性取決于電力電子、控制和通信等技術(shù)，從微電網(wǎng)的關(guān)鍵特性取決于電力電子、控制和通信等技術(shù)，從而使得微電網(wǎng)可作為半自主式電力系統(tǒng)。而使得微電網(wǎng)可作為半自主式電力系統(tǒng)。 往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)在將來(lái)的應(yīng)用中具有一定競(jìng)爭(zhēng)能力，但由于缺往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)在將來(lái)的應(yīng)用中具有一定競(jìng)爭(zhēng)能力，但由于缺少電力電子接口，從而使得它們?cè)谖㈦娋W(wǎng)中的作用減弱。少電力電子接口，從而使得它們?cè)谖㈦娋W(wǎng)

8、中的作用減弱。 1. 微型渦輪發(fā)電機(jī)組微型渦輪發(fā)電機(jī)組 目前微型渦輪發(fā)電機(jī)組的額定容量在目前微型渦輪發(fā)電機(jī)組的額定容量在25-100kW，而更大型的，而更大型的微型渦輪發(fā)電機(jī)組正在開(kāi)發(fā)研究中微型渦輪發(fā)電機(jī)組正在開(kāi)發(fā)研究中 。 微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)為簡(jiǎn)單的單軸機(jī)械裝置，具有螺旋槳軸承，微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)為簡(jiǎn)單的單軸機(jī)械裝置，具有螺旋槳軸承，其轉(zhuǎn)速可高達(dá)其轉(zhuǎn)速可高達(dá)50000-100000rpm。采用商業(yè)飛機(jī)的輔助發(fā)電。采用商業(yè)飛機(jī)的輔助發(fā)電單元，具有低成本的自動(dòng)渦輪增壓器。單元，具有低成本的自動(dòng)渦輪增壓器。 微型渦輪發(fā)電機(jī)組采用低污染的清潔燃料，主要燃料為天然微型渦輪發(fā)電機(jī)組采用低污染的清潔燃料，主要燃料

9、為天然氣，某些應(yīng)用中也可采用丙烷或液體燃料。氣，某些應(yīng)用中也可采用丙烷或液體燃料。 762022年2月20日星期日1-2 1-2 微電網(wǎng)背景微電網(wǎng)背景2.燃料電池燃料電池 燃料電池效率高，污染物排放低，但目前價(jià)格較高。燃料電池效率高，污染物排放低，但目前價(jià)格較高。 主要的燃料電池有：磷酸鹽燃料電池、高溫固體氧化物熔融主要的燃料電池有：磷酸鹽燃料電池、高溫固體氧化物熔融碳酸鹽燃料、低溫質(zhì)子交換膜碳酸鹽燃料、低溫質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池等。燃料電池等。 燃料電池效率高，與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合具有較低的污染排放。燃料電池效率高，與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合具有較低的污染排放。 3.可更新能源發(fā)電可更新能源發(fā)電 光

10、伏發(fā)電系統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng) 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 生物燃料微型發(fā)電系統(tǒng)生物燃料微型發(fā)電系統(tǒng)4.能量存儲(chǔ)系統(tǒng)能量存儲(chǔ)系統(tǒng) 蓄電池、超級(jí)電容蓄電池、超級(jí)電容 、超導(dǎo)電磁線圈和高速飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)。、超導(dǎo)電磁線圈和高速飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)。 能量存儲(chǔ)系統(tǒng)在微型發(fā)動(dòng)機(jī)的直流母線上可提供當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷能量存儲(chǔ)系統(tǒng)在微型發(fā)動(dòng)機(jī)的直流母線上可提供當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷改變時(shí)所需要的容量。改變時(shí)所需要的容量。 5.熱能回收技術(shù)熱能回收技術(shù) 為使微電網(wǎng)能夠持續(xù)發(fā)展，應(yīng)用于熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中的熱能回為使微電網(wǎng)能夠持續(xù)發(fā)展，應(yīng)用于熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中的熱能回收技術(shù)十必不可少的收技術(shù)十必不可少的 。如低溫和高溫?zé)峤粨Q技術(shù)等。如低溫和高溫?zé)峤粨Q技術(shù)等。 7

11、72022年2月20日星期日1-2 1-2 微電網(wǎng)背景微電網(wǎng)背景二、二、熱電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP） 微電網(wǎng)的重要的潛在優(yōu)點(diǎn)是可利用生產(chǎn)電能所產(chǎn)生的廢熱進(jìn)微電網(wǎng)的重要的潛在優(yōu)點(diǎn)是可利用生產(chǎn)電能所產(chǎn)生的廢熱進(jìn)行回收行回收 一半到四分之三的一次能源在電能的生產(chǎn)過(guò)程中將排放掉一半到四分之三的一次能源在電能的生產(chǎn)過(guò)程中將排放掉 增加的轉(zhuǎn)換效率所取得的經(jīng)濟(jì)效益可從三個(gè)方面考慮增加的轉(zhuǎn)換效率所取得的經(jīng)濟(jì)效益可從三個(gè)方面考慮 ： 由于用戶所需燃料的購(gòu)買將下降，使得對(duì)燃料的總的消耗由于用戶所需燃料的購(gòu)買將下降，使得對(duì)燃料的總的消耗減小從而引起價(jià)格的下降；減小從而引起價(jià)格的下降； 氧化炭的排放將減少；氧化炭的排放將減少； 大型電廠排放到環(huán)境中的廢熱所引起的環(huán)境問(wèn)題將減小。大型電廠排放到環(huán)境中的廢熱所引起的環(huán)境問(wèn)題將減小。 熱能通常以蒸汽或熱水的形式出現(xiàn)，不易實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的遠(yuǎn)距離熱能通常以蒸汽