全套課件·智能微電網(wǎng)技術(shù)與實驗系統(tǒng)

1、 智能微電網(wǎng)技術(shù)與實驗系統(tǒng)智能微電網(wǎng)技術(shù)與實驗系統(tǒng)第一章 概述第二章 分布式發(fā)電第三章 微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與分類第四章 微電網(wǎng)的運行與控制第五章 微電網(wǎng)保護第六章 微電網(wǎng)的監(jiān)控與能量管理2第一章 概述 微 網(wǎng) 定 義 微網(wǎng)是以分布式發(fā)電技術(shù)為基礎(chǔ)，以靠近分散型資源或用戶的小型電站為主，結(jié)合終端用戶電能質(zhì)量管理和能源梯級利用技術(shù)形成的小型模塊化、分散式的供能網(wǎng)絡(luò)。微網(wǎng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，能實現(xiàn)內(nèi)部電源和負荷的一體化運行，并通過和主電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制，可平滑接入主網(wǎng)或獨立自治運行，充分滿足用戶對電能質(zhì)量、供電可靠性和安全性的要求。 3第一章 概述 微電網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)4燃汽輪機柴油發(fā)電機風力發(fā)電光伏發(fā)電沼氣發(fā)

2、電波浪能發(fā)電生物質(zhì)能發(fā)電數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）自動發(fā)電控制（AGC）經(jīng)濟調(diào)動控制（EDC）電力系統(tǒng)狀態(tài)故估計（State Estimator）安全分析（Security Analysis）數(shù)字化變電站智能繼電保護系統(tǒng)電力線路在線監(jiān)測系統(tǒng)電力故障實時報警系統(tǒng)智能調(diào)度系統(tǒng)智能電表遠程抄表系統(tǒng)負荷監(jiān)測系統(tǒng)無功補償系統(tǒng)分布式微能源 能量管理系統(tǒng) 輸配電系統(tǒng) 用戶負載 智能微電網(wǎng) 第一章 概述5發(fā)展微電網(wǎng)的意義第一章 概述 市場化前景6第一章 概述 微電網(wǎng)技術(shù)已取得了一定的理論和應(yīng)用成果，但在諸如微電網(wǎng)的運行與控制、微電網(wǎng)電能質(zhì)量、微電網(wǎng)保護以及微電網(wǎng)的接入標準等方面仍存在很多問題和不足。因此

3、，進一步深入推進微電網(wǎng)技術(shù)的研究和開發(fā)應(yīng)用必須發(fā)展微電網(wǎng)新技術(shù)，如大容量的多級混合微電網(wǎng)技術(shù)、智能微電網(wǎng)技術(shù)、微電網(wǎng)的多代理控制技術(shù)、面向整個微電網(wǎng)系統(tǒng)的各種仿真和應(yīng)用工具軟件及微電網(wǎng)多方向潮流交換的高智能型繼電保護技術(shù)等。7第二章 分布式發(fā)電2.1 分布式發(fā)電的基本概念 2.2 分布式發(fā)電技術(shù) 2.3 分布式發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù) 2.4 發(fā)展分布式發(fā)電的意義2.5 分布式發(fā)電研發(fā)重點與應(yīng)用前景 82.1 分布式發(fā)電的基本概念 9一般指發(fā)電容量較小(幾十千瓦至一百兆瓦之間) 、 與配電網(wǎng)連接、分散在負載附近的發(fā)電形式。在許多國家分布式發(fā)電一般不經(jīng)規(guī)劃或中央調(diào)度。與遠距離輸電和大電網(wǎng)互聯(lián)的電力系統(tǒng)相區(qū)

4、別，稱之為分布式發(fā)電。 2.1 分布式發(fā)電的基本概念10含有分布式電源的電力系統(tǒng)2.1 分布式發(fā)電的基本概念11 分布式發(fā)電供能系統(tǒng)與常規(guī)電力系統(tǒng)并網(wǎng)運行，實現(xiàn)功率的雙向交換，具有很多優(yōu)勢。提高分布式發(fā)電系統(tǒng)供能質(zhì)量，有助于可再生能源的高效利用。有助于防止大面積停電，增強電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害的能力。 2.1 分布式發(fā)電的基本概念12幾種常見的分布式電源 2.2 分布式發(fā)電技術(shù) 13燃氣輪機：燃氣輪機是以連續(xù)流動的氣體為工質(zhì)帶動葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將燃料的能量轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ膬?nèi)燃式動力機械，是一種旋轉(zhuǎn)葉輪式熱力發(fā)動機。燃氣輪機的工作過程是，壓氣機(即壓縮機)連續(xù)地從大氣中吸入空氣并將其壓縮；壓縮后的空氣進入

5、燃燒室，與噴入的燃料混合后燃燒，成為高溫燃氣，隨即流入燃氣渦輪中膨脹做功，推動渦輪葉輪帶著壓氣機葉輪一起旋轉(zhuǎn)；加熱后的高溫燃氣的做功能力顯著提高，因而燃氣渦輪在帶動壓氣機的同時，尚有余功作為燃氣輪機的輸出機械功。燃氣輪機由靜止起動時，需用起動機帶著旋轉(zhuǎn)，待加速到能獨立運行后，起動機才脫開。燃氣輪機有輕型燃氣輪機和重型燃氣輪機兩種類型。輕型燃氣輪機為航空發(fā)動機的轉(zhuǎn)型，有點事裝機快、體積小、啟動快、快速反應(yīng)性能好、簡單循環(huán)效率高，適合在電網(wǎng)中調(diào)峰、調(diào)節(jié)或應(yīng)急備用。重型燃氣輪機為工業(yè)型燃機，優(yōu)點是運行可靠、排煙溫度高、聯(lián)合循環(huán)效率高，主要用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)。 2.2 分布式發(fā)電技術(shù)14內(nèi)燃機

6、：內(nèi)燃機是通過在熱功轉(zhuǎn)換空間內(nèi)部的燃燒過程將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并通過一定的機構(gòu)使之再轉(zhuǎn)化為機械功的一種熱力發(fā)動機。內(nèi)燃機發(fā)電的工作原理是將燃料與壓縮空氣混合，點火燃燒，使其推動活塞做功，通過氣缸連桿和曲軸驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。由于較低的初期投資，在容量低于5MW的發(fā)電系統(tǒng)，柴油發(fā)電機占據(jù)了主導(dǎo)地位。然而隨著對排放的要求越來越高，天然氣內(nèi)燃機市場占有量不斷提升，其性能也在逐步提高。在效率方面，相同跑量和轉(zhuǎn)速條件下，柴油發(fā)電機有較高的壓縮比，因而具有更高的發(fā)電效率。微燃機：微燃機是指發(fā)電功率在幾百千瓦以內(nèi)（通常為100200kW以下），以天然氣、甲烷、汽油、柴油為燃料的小功率燃氣輪機。微燃機由徑

7、流式葉輪機械、單筒形燃燒室和回熱器構(gòu)成，可分為單軸型和分軸型兩種。2.2 分布式發(fā)電技術(shù)15熱電聯(lián)產(chǎn)與冷熱電三聯(lián)產(chǎn)：熱電聯(lián)產(chǎn)(Combined heat and Power，簡寫為CHP)是指熱能與電能的聯(lián)合生產(chǎn)。CHP系統(tǒng)已在能源密集工業(yè)如造紙、紙漿和石油等行業(yè)應(yīng)用了一百多年，滿足了這些行業(yè)對于蒸汽和電力的需求。生產(chǎn)電能的動力裝置的排熱與余熱用于工業(yè)生產(chǎn)供熱與冬季采暖，使不同品質(zhì)的能量得到階梯利用。燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)為的能源利用率達到70%以上，而即便當今世界上最高效率的燃煤發(fā)電產(chǎn)廠，也只有50%的效率。為進一步提高能源利用效率，在熱電聯(lián)產(chǎn)的基礎(chǔ)上，發(fā)展起來了通過鍋爐產(chǎn)生的蒸汽在背壓汽輪機或抽汽汽

8、輪機發(fā)電的冷熱電三聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，其排汽或抽汽，除滿足各種熱負荷外，還可做吸收式制冷機的工作蒸汽，生產(chǎn) C冷水用于空調(diào)或工藝冷卻，便于減少冷凝損失、降低煤耗、提高能源利用率。2.2 分布式發(fā)電技術(shù)光伏（Photo-Voltaic，PV）發(fā)電技術(shù) 光伏發(fā)電具有不需燃料、環(huán)境友好、無轉(zhuǎn)動部件、維護簡單、維護費用低、由模塊組成、可根據(jù)需要構(gòu)成及擴大規(guī)模等突出優(yōu)點，其應(yīng)用范圍十分廣泛，如可用于太空航空器、通信系統(tǒng)、微波中繼站、光伏水泵、邊遠地區(qū)的無電缺電區(qū)以及城市屋頂光伏發(fā)電等。光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏電池陣列、控制器、儲能元件（蓄電池等）、直流-交流逆變器、配電設(shè)備和電纜等組成，如下圖2-1所示。16圖2-1

9、光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖2.2 分布式發(fā)電技術(shù)燃料電池（Fuel Cell）發(fā)電技術(shù)燃料電池主要包括堿性燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池、磷酸燃料電池、融入碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池等。燃料電池的分類及特性參見下表：17電池類型堿性燃料電池質(zhì)子交換膜燃料電池磷酸燃料電池熔融碳酸鹽燃料電池固體氧化物燃料電池英文名及簡稱Alkaline Fuel (Cell) AFC Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEM) Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC)Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) Solid Oxid

10、e Fuel Cell (SOFC)電解質(zhì)KOH質(zhì)子交換膜PEM磷酸Li2CO3-K2CO3 YSZ(氧化鋯等)電解質(zhì)形態(tài)液體固體液體液體固體燃料氣體H2H2H2、天然氣 H2、天然氣、煤氣H2、天然氣、煤氣工作溫度（）502006080150220650 9001050應(yīng)用場合空間技術(shù)、機動車輛機動車輛，電站， 便攜式電源機動車，輕便電源，發(fā)電發(fā)電發(fā)電2.2 分布式發(fā)電技術(shù)燃料電池發(fā)電技術(shù)在電動汽車等領(lǐng)域中有所應(yīng)用，其基本流程如下圖2-2所示。18圖2-2 燃料電池發(fā)電的基本流程這種靜止型發(fā)電技術(shù)的發(fā)電效率與容量大小幾乎無關(guān)，因此在小規(guī)模分布式發(fā)電的應(yīng)用中有一定的優(yōu)勢，是一種很有前途的未來型

11、發(fā)電技術(shù)。2.2 分布式發(fā)電技術(shù)生物質(zhì)（Biomass）發(fā)電技術(shù) 生物質(zhì)能發(fā)電有多種方式，其基本工藝流程為：生物質(zhì)能預(yù)處理生物質(zhì)能生產(chǎn)裝置動力機發(fā)電機發(fā)電。目前生物質(zhì)能發(fā)電的主要包括直接燃燒發(fā)電、混合燃燒發(fā)電、氣化發(fā)電、沼氣發(fā)電、垃圾發(fā)電等五種形式。生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)裝置主要包括：(1)能源轉(zhuǎn)換裝置。不同生物質(zhì)發(fā)電工程的能源轉(zhuǎn)換裝置是不同的，如垃圾焚燒電站的轉(zhuǎn)換裝置為焚燒爐，沼氣發(fā)電站的轉(zhuǎn)換裝置為沼氣池或發(fā)酵罐。(2)原動機。如垃圾焚燒電站用汽輪機，沼氣電站用內(nèi)燃機等。(3)發(fā)電機。(4)其他附屬設(shè)備。生物質(zhì)發(fā)電的工藝流程圖如圖2-3所示。19圖2-3 生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)工藝流程圖2.2 分布式發(fā)電技

12、術(shù)風力發(fā)電技術(shù) 風力發(fā)電主要是通過原動機(風力機)捕獲風能，并將其轉(zhuǎn)化為機械能，然后再由發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能，最后并網(wǎng)運行。風力發(fā)電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。風力發(fā)電機一般分為鼠籠式異步發(fā)電機、轉(zhuǎn)差可調(diào)的繞線式異步發(fā)電機、雙饋異步發(fā)電機、低速同步發(fā)電機等。按其并網(wǎng)方式將其分為二類：直接并網(wǎng)和通過逆變器并網(wǎng)。通過逆變器并網(wǎng)的風力發(fā)電機由于逆變器的自身特性，不可能承受電網(wǎng)短路電流，所以，通過逆變器并網(wǎng)的風機在系統(tǒng)發(fā)生故障時，將會迅速關(guān)斷，使系統(tǒng)恢復(fù)到無DG的狀態(tài)。202.3 分布式發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)分布式發(fā)電接入配電網(wǎng)的基本要求 (1) 與

13、配電網(wǎng)并網(wǎng)時，可按系統(tǒng)能接受的恒定功率因素或恒定無功功率輸出的方式運行。分布式發(fā)電本身允許采用自動電壓調(diào)節(jié)器，但在運行電壓調(diào)節(jié)時應(yīng)遵循已有的相關(guān)標準和規(guī)程，不應(yīng)造成在公共連接點（Point of Common Coupling，PCC）處的電壓和頻率頻繁越限，更不應(yīng)對所聯(lián)配電網(wǎng)的正常運行造成危害。（2） 采用同期或準同期裝置與配電網(wǎng)并網(wǎng)時，不應(yīng)造成電壓過大的波動。（3）分布式發(fā)電的接地方案及相應(yīng)的保護應(yīng)與配電網(wǎng)原有的方式相協(xié)調(diào)。(4)容量達到一定大?。ㄈ鐜装貹VA至1MVA）的分布式發(fā)電，應(yīng)將其連接處的有功功率、無功功率的輸出量和連接狀態(tài)等方面的信息傳給配電網(wǎng)的控制調(diào)度中心。(5)分布式發(fā)電應(yīng)

14、配備繼電器，以使其能檢測何時應(yīng)與電力系統(tǒng)解列，并在條件允許時以孤島方式運行。(6)與配電網(wǎng)間的隔離裝置應(yīng)該是安全式，以免設(shè)備檢修時造成人員傷亡。212.3 分布式發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)22分布式發(fā)電相關(guān)的電能質(zhì)量問題主要考慮以下方面： 供電的暫時中斷 電壓調(diào)節(jié) 諧波問題 電壓暫降2.3 分布式發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)23分布式發(fā)電并網(wǎng)運行時與電網(wǎng)的相互影響 對電能質(zhì)量的影響 對繼電器保護的影響 對配電網(wǎng)可靠性的影響 對配電系統(tǒng)實時監(jiān)視、控制和調(diào)度方面的影響 孤島運行問題 其他方面影響(1) 短路電流 （2）鐵磁諧振 (3)變壓器的連接和接地 (4)調(diào)節(jié)配合 2.4 發(fā)展分布式發(fā)電的意義24提高經(jīng)濟效益和能源利用

15、效率并減少對環(huán)境影響是對電力工業(yè)發(fā)展的一貫要求，而融合了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息技術(shù)的分布式發(fā)電，以其能源利用效率高，直接面向終端用戶的優(yōu)點，將電力工業(yè)的綜合效益尋優(yōu)由單變量函數(shù)變?yōu)榱司C合考慮分布式發(fā)電和傳統(tǒng)大電網(wǎng)相協(xié)調(diào)的多變量函數(shù)的最優(yōu)解，從而獲得經(jīng)濟效益、環(huán)境效益等的進一步優(yōu)化。經(jīng)濟性：有些分布式電源，如以天然氣或沼氣為燃料的內(nèi)燃機等，發(fā)電后工質(zhì)的余熱可用來制熱、制冷，實現(xiàn)能源的階梯利用，從而提高利用效率（可達60%90%）。此外，由于分布式發(fā)電的裝置容量一般較小，其一次性投資的成本費用較低，建設(shè)周期短，投資風險小，投資回報率高?？拷脩魝?cè)安裝能夠?qū)崿F(xiàn)就近供電、供熱，因此可以降低網(wǎng)損（包括輸電和配

16、電網(wǎng)的網(wǎng)損以及熱網(wǎng)的損耗）。 2.4 發(fā)展分布式發(fā)電的意義25環(huán)保效益 ：采用天然氣作燃料或以氫能、太陽能、風能為能源，可減少有害物（NOx、SOx、CO2等）的排放總量，減輕環(huán)保壓力。大量的就近供電減少了大容量、遠距離、高電壓輸電線的建設(shè)，也減少了高壓輸電線的線路走廊和相應(yīng)的征地面積，減少了對線路下樹木的砍伐經(jīng)濟性：有些分布式電源，如以天然氣或沼氣為燃料的內(nèi)燃機等，發(fā)電后工質(zhì)的余熱可用來制熱、制冷，實現(xiàn)能源的階梯利用，從而提高利用效率（可達60%90%）。此外，由于分布式發(fā)電的裝置容量一般較小，其一次性投資的成本費用較低，建設(shè)周期短，投資風險小，投資回報率高。靠近用戶側(cè)安裝能夠?qū)崿F(xiàn)就近供電、

17、供熱，因此可以降低網(wǎng)損（包括輸電和配電網(wǎng)的網(wǎng)損以及熱網(wǎng)的損耗）。 能源利用的多樣性: 由于分布式發(fā)電可利用多種能源，如潔凈能源（天然氣）、新能源（氫）和可再生能源（生物質(zhì)能、風能和太陽能等），并同時為用戶提供冷、熱、電等多種能源應(yīng)用方式，對節(jié)約能源具有重要意義。 2.4 發(fā)展分布式發(fā)電的意義26調(diào)峰作用 :夏季和冬季往往是電力負荷的高峰時期，此時如采用以天然氣為燃料的燃氣輪機等冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)，不但可解決冬、夏的供熱和供冷的需要，同時能夠提供電力，降低電力峰荷，起到調(diào)峰的作用。 安全性和可靠性:當大電網(wǎng)出現(xiàn)大面積停電事故時，具有特殊設(shè)計是分布式發(fā)電系統(tǒng)仍能保持正常運行。雖然有些分布式發(fā)電系

18、統(tǒng)由于燃料供應(yīng)問題（可能因泵站停電而使天然氣供應(yīng)中斷）或輔機的供電問題，在大電網(wǎng)故障時也會暫時停止運行，但由于其系統(tǒng)比較簡單，易于再啟動，有利于電力系統(tǒng)在大面積停電后的黑啟動，因此可提高供電的安全性和可靠性。邊遠地區(qū)的供電:許多邊遠及農(nóng)村、海島地區(qū)遠離大電網(wǎng)，難以從大電網(wǎng)直接向其供電，采用光伏發(fā)電、小型風力發(fā)電和生物質(zhì)能發(fā)電的獨立發(fā)電系統(tǒng)是一種優(yōu)選的方法。 2.5 分布式發(fā)電研發(fā)重點與應(yīng)用前景27分布式發(fā)電技術(shù)的研究與開發(fā)的重點 分布式發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)字模型和仿真技術(shù)研究。規(guī)劃研究?？刂坪捅Ｗo技術(shù)研究電力電子技術(shù)研究微電網(wǎng)技術(shù)研究。分布式電源并網(wǎng)規(guī)程和導(dǎo)則的研究與制定。2.5 分布式發(fā)電研發(fā)重點與

19、應(yīng)用前景28隨著分布式發(fā)電技術(shù)水平的提高、各種分布式電源設(shè)備性能不斷改進和效率不斷提高，分布式發(fā)電的成本也在不斷降低，應(yīng)用范圍也將不斷擴大，可以覆蓋到包括辦公樓、賓館、商店、飯店、住宅、學(xué)校、醫(yī)院、福利院、療養(yǎng)院、大學(xué)、體育館等多種場所。目前，這種電源在我國僅占較小比例，但可以預(yù)計未來的若干年內(nèi)，分布式電源不僅可以作為集中式發(fā)電的一種重要補充，而且將在能源綜合利用上占有十分重要的地位。第三章 微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與分類293.1 微電網(wǎng)設(shè)備組成3.2 微電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)3.3 微電網(wǎng)分類1.3 微電網(wǎng)現(xiàn)狀3.1 微電網(wǎng)設(shè)備組成 微電網(wǎng)是指由分布式電源、用電負荷、配電設(shè)施、監(jiān)控和保護裝置等組成的中、小型發(fā)、配

20、、用、輸電力網(wǎng)系統(tǒng)（很多設(shè)計中還含有儲能裝置）。根據(jù)建設(shè)目的和現(xiàn)場環(huán)境不同，微網(wǎng)的形狀結(jié)構(gòu)可能各不相同，但是技術(shù)架構(gòu)大體類似。微電網(wǎng)的基本組成包括以下幾個部分：（1）分布式電源（2）儲能裝置（3）用電負荷及設(shè)備（4）控制裝置及管理系統(tǒng)303.2 微電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) 31硬件體系微電源公共電網(wǎng)(可外接)儲能元件開關(guān)電力電子裝置通信設(shè)施負荷3.2 微電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) 按照微電網(wǎng)系統(tǒng)不同的應(yīng)用場合，我們將將微電網(wǎng)的體系架構(gòu)分為四種：(1)單個設(shè)施級微電網(wǎng)，指所帶負荷量小于2MW，應(yīng)用于小型工業(yè)或商業(yè)建筑、大的居民樓以及醫(yī)院等單幢建筑物的網(wǎng)絡(luò)。(2)多個設(shè)施級微電網(wǎng)，指所帶負荷量在25MW范圍內(nèi)，應(yīng)用于包含多

21、種建筑物、多樣負荷類型的網(wǎng)絡(luò)，如校園、軍事基地、工業(yè)和商業(yè)綜合區(qū)及居民區(qū)等。(3)饋線級微電網(wǎng)，容量在510MW范圍內(nèi)，它管理一條配電網(wǎng)母線內(nèi)所有單元的運行。(4)變電站級微電網(wǎng)，容量在510MW范圍內(nèi)，管理連接到配電網(wǎng)變電站的所有發(fā)電和/或負荷單元的運行情況。323.2 微電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) 按照微電網(wǎng)系統(tǒng)控制體系的設(shè)計及網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，我們將微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)分為三層，如圖3-1所示。 最上層稱作配電網(wǎng)調(diào)度層，從配電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟運行的角度協(xié)調(diào)調(diào)度微電網(wǎng)，微電網(wǎng)接受上級配電網(wǎng)的調(diào)節(jié)控制命令。 中間層稱作集中控制層，對DG發(fā)電功率和負荷需求進行預(yù)測，制訂運行計劃，根據(jù)采集電流、電壓、功率等信息，對運行計劃實

22、時調(diào)整，控制各DG、負荷和儲能裝置的啟停，保證微電網(wǎng)電壓和頻率穩(wěn)定。 下層稱作就地控制層，負責執(zhí)行微電網(wǎng)各DG調(diào)節(jié)、儲能充放電控制和負荷控制。333.2 微電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)34圖3-1 微電網(wǎng)三層控制方案結(jié)構(gòu)3.3 微電網(wǎng)分類 一般在微電網(wǎng)項目建設(shè)時，我們都是根據(jù)不同的建設(shè)容量、建設(shè)地點、接入電壓等級、分布式電源種類，對微電網(wǎng)進行分類，但是因為這些參數(shù)都不固定，也沒有具體的規(guī)范，所以分類也就沒有統(tǒng)一標準，但是目前最科學(xué)的分類是按微電網(wǎng)系統(tǒng)中的用戶及分布式發(fā)電的電流類型進行分類。所以我們就將微電網(wǎng)分為直流微電網(wǎng)、交流微電網(wǎng)和交直流混合微電網(wǎng)。353.3 微電網(wǎng)分類直流微電網(wǎng) 直流微電網(wǎng)的特征是系統(tǒng)中

23、的DG、儲能裝置、負荷等均通過電力電子變換裝 置連接至直流母線，直流母線再通過逆變裝置連接至外部交流電網(wǎng)。典型結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。36圖3-2 直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)3.3 微電網(wǎng)分類直流微電網(wǎng)的優(yōu)點：1)DG控制只取決于直流電壓，無需考慮各DG之間的同步問題；2)微電網(wǎng)的DG較易協(xié)同運行，在環(huán)流抑制上更具優(yōu)勢；3)只有與主網(wǎng)連接處需要使用逆變器，系統(tǒng)成本和損耗大大降低，DG和負荷的波動由儲能裝置在直流側(cè)補償。直流微電網(wǎng)的缺點：1)不能用變壓器改變電壓等級，換流站設(shè)備昂貴；2)換流裝置消耗大量無功功率，換流裝置運行時在交流或直流 側(cè)會產(chǎn)生諧波電流電壓，換流裝置幾乎沒有過載能力；3)缺乏高壓直流開關(guān)，直

24、流系統(tǒng)無電流過零點，滅弧困難。373.3 微電網(wǎng)分類交流微電網(wǎng) 交流微電網(wǎng)是微電網(wǎng)的主要形式，典型結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。交流微網(wǎng)中，DG、儲能裝置等均通過電力電子裝置連接至交流母線，通過對公共聯(lián)結(jié)點(PCC端口)處開關(guān)斷路器的控制，可實現(xiàn)微電網(wǎng)并網(wǎng)運行與孤島運行模式的轉(zhuǎn)換。38圖3-3 交流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)3.3 微電網(wǎng)分類交流微電網(wǎng)的優(yōu)點：1)交流微電網(wǎng)不需要采用昂貴的換流站，不存在換流時產(chǎn)生的諧波電流電壓影響；2)存在電流自然過零點，滅弧容易。交流微電網(wǎng)的缺點： 交流微網(wǎng)存在系統(tǒng)穩(wěn)定問題，短路電流幅值具有隨機性，有無功損耗和集膚效應(yīng)等。393.3 微電網(wǎng)分類交直流混合微電網(wǎng) 交直流混合微電網(wǎng)是指采

25、用交流母線和直流母線共同構(gòu)成的微電網(wǎng)。圖3-4所示為交直流混合微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，含有交流母線及直流母線，可以直接給交流負荷及直流負荷供電。整體上看，交直流混合微電網(wǎng)是特殊電源接入交流母線，仍可以看作是交流微電網(wǎng)。40圖3-4 交直流混合微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)3.3 微電網(wǎng)分類交直流微電網(wǎng)的優(yōu)點：1）分布式電源以交流、直流形式產(chǎn)生電能。2）電力儲能以交流、直流形式產(chǎn)生電能。3）負荷類型多樣，有交流和直流負荷。4）微網(wǎng)中的直流系統(tǒng)沒有無功問題，損耗減少，電壓易控。5）交直流混合微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單，省略了許多變換環(huán)節(jié)，切換更容易，具有控制靈活、損耗較低，可靠性高等優(yōu)點。41第四章 微電網(wǎng)的運行與控制4.1 微電網(wǎng)的運行方

26、式4.2 微電網(wǎng)的控制技術(shù)4.3 微電網(wǎng)控制模式42第四章 微電網(wǎng)的運行與控制 微電網(wǎng)在實際運行中需要解決的關(guān)鍵問題之一就是控制問題。當微電網(wǎng)中的負荷或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，如何通過對微電網(wǎng)中各種分布式電源進行有效的協(xié)調(diào)控制，以保證微電網(wǎng)在不同運行模式下都能夠滿足負荷的電能質(zhì)量要求，是微電網(wǎng)能否可靠運行的關(guān)鍵。微電網(wǎng)的控制應(yīng)該做到分布式電源自身根據(jù)本地信息對電網(wǎng)中的信息作出自主反應(yīng)，例如對于電壓跌落、故障、停電等，其利用自身逆變器采集的信息自動轉(zhuǎn)到獨立運行狀態(tài)，而不像傳統(tǒng)方式一樣由電網(wǎng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)調(diào)度。這就要求微電網(wǎng)能夠?qū)Ρ镜匦畔⒆鞒隹焖俜磻?yīng)。43第四章 微電網(wǎng)的運行與控制因此，微電網(wǎng)的控制應(yīng)當保證

27、：（1）新的微電源的接入不對現(xiàn)有系統(tǒng)造成影響（2）能夠自主的選擇運行點（3）能夠快速平穩(wěn)地在并網(wǎng)和孤島兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換（4）能夠?qū)τ泄?、無功可以根據(jù)動態(tài)負荷的要求進行獨立的控制 針對微電網(wǎng)的特點，目前各專家學(xué)者已提出了幾種較為有效的微電網(wǎng)控制策略，主要包括:基于下垂特性的電壓頻率控制、PQ控制、主從站控制、基于多代理技術(shù)的控制等。當然，微電網(wǎng)的運行控制策略與微電源類型、負荷特性和電能質(zhì)量約束條件有關(guān)，不管采用哪種控制策略，微電網(wǎng)控制系統(tǒng)必須保證其在并網(wǎng)和孤島兩種運行模式下都能夠穩(wěn)定運行。444.1 微電網(wǎng)運行方式一般的微電網(wǎng)系統(tǒng)有三種運行方式。第一種為并網(wǎng)運行 并網(wǎng)運行控制是微電網(wǎng)在并網(wǎng)運行狀

28、態(tài)下對整個系統(tǒng)的綜合控制和協(xié)調(diào) 第二種為孤島運行 孤島運行控制是微電網(wǎng)在孤島運行狀態(tài)下，為了維持系統(tǒng)自身穩(wěn)定運行對分布式電源的控制第三種為微電網(wǎng)并離網(wǎng)切換運行 由于主網(wǎng)故障或電能質(zhì)量等原因，微電網(wǎng)需要快速與主配網(wǎng)斷開，為了能快速檢測出孤島，國內(nèi)外許多專家學(xué)者提出了多種孤島檢測方法，大體可分為兩類：被動式孤島檢測和主動式孤島檢測。離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)控制流程圖如圖4-1所示。454.1 微電網(wǎng)運行方式46圖4-1 離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)控制流程圖4.1 微電網(wǎng)運行方式4.1.1 并網(wǎng)運行方式下微電網(wǎng)運行特性 微電網(wǎng)的運行可以通過與公共并網(wǎng)點PCC連接，這樣就可以和大電網(wǎng)聯(lián)接起來，當出現(xiàn)負載大于分布式發(fā)電提供的負荷時，

29、大電網(wǎng)就可以來彌補。另一方面，當負載小于分布式發(fā)電提供的負荷時，多余的負荷就可以送到大電網(wǎng)中。在電網(wǎng)正常運轉(zhuǎn)的情況下，它能夠根據(jù)社會的實際用電情況來進行供電，保證人民生活的正常使用電源，減少了不必要的供電或供電不足引起的電能質(zhì)量下降或者電網(wǎng)安全，從而取得了更大的經(jīng)濟實用價值。474.1 微電網(wǎng)運行方式4.1.2 孤島運行方式下的微電網(wǎng)運行特性 孤島運行模式可以分為在計劃內(nèi)孤島運行和計劃外的孤島運行。當大電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者電能不符合用電質(zhì)量和需求的時候，這個時候微電網(wǎng)從大電網(wǎng)分離開來，它的負載全部由分布式發(fā)電的負荷承擔。此時對頻率的控制具有很大的挑戰(zhàn)。頻率響應(yīng)基于旋轉(zhuǎn)體是大電網(wǎng)的頻率控制的重要

30、因素，要想有一個很穩(wěn)定的系統(tǒng)，控制好頻率是其中的一個重要條件。相比之下，微電網(wǎng)基本上是一個非常小或沒有直接連接的轉(zhuǎn)子的基于轉(zhuǎn)換器的網(wǎng)絡(luò)。484.2 微電網(wǎng)控制技術(shù)4.2.1恒功率(P/Q)控制 介紹恒功率控制之前，先介紹一下常用的三相橋式電壓型逆變器。逆變器主要由DC/AC逆變電路和濾波電路組成。DC/AC逆變電路由6個帶有反向并聯(lián)二極管的開關(guān)器件組成，六個開關(guān)器件組成三個半橋，每個半橋上下橋臂互補導(dǎo)通，同一時刻均有三個開關(guān)器件導(dǎo)通，一個周期內(nèi)，六個開關(guān)管一次導(dǎo)通，相位相差60。經(jīng)過濾波等適當處理，將直流電轉(zhuǎn)換成所需要的交流電。49圖4-2 三相橋式電壓型逆變器4.2 微電網(wǎng)控制技術(shù) 圖4-2

31、所示為一經(jīng)典三項橋式逆變器，經(jīng)過逆變器，直流信號被轉(zhuǎn)換成三相交流信號，經(jīng)過濾波處理，得到所需要的正弦交流信號，給負載和電網(wǎng)供電。 其中L1為濾波電感，C1為濾波電容，R1為濾波電阻，Z為負載，L2，R2為輸送線路上的感抗和阻抗。U1為逆變器輸出端的端電壓，U2為負載端的端電壓。I1、I2分別是濾波電感和濾波電容上的電流，而I3則是負載端和電網(wǎng)端電流之和。根據(jù)電感上電壓和電容上電流列出方程：504.2 微電網(wǎng)控制技術(shù)根據(jù)電感上電壓和電容上電流列出方程： 其中U1，U2，I1，I3均是三相交流矢量514.2 微電網(wǎng)控制技術(shù)將U1，U2，I1，I3帶入式（4-1）中可得：524.2 微電網(wǎng)控制技術(shù)

32、三相逆變器在靜止坐標系下的數(shù)學(xué)模型，有直觀易懂等優(yōu)點，但是數(shù)學(xué)模型中的各個交流信號均是時變的，控制起來比較復(fù)雜，所以一般是將三相靜止坐標系下的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換為兩相（d,q）旋轉(zhuǎn)坐標系下進行控制，又稱dq變換。dq變換公式為：534.2 微電網(wǎng)控制技術(shù)經(jīng)過dq變換后，可以得到：544.2 微電網(wǎng)控制技術(shù)在三相靜止坐標系下，三相逆變器的輸出功率為：55將其轉(zhuǎn)換到兩相轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)坐標系下，得到：三相電壓從三相靜止坐標系轉(zhuǎn)變到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系4.2 微電網(wǎng)控制技術(shù) 由上式可知，通過三相靜止坐標系轉(zhuǎn)變到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下，把逆變器的輸出功率控制，轉(zhuǎn)變?yōu)閷δ孀兤鞯妮敵鲭娏骺刂?，只要實現(xiàn)了對Id和Iq的跟蹤控制，就可以實

33、現(xiàn)功率控制。 恒功率控制一般運用在微電網(wǎng)主從控制或者并網(wǎng)控制模態(tài)下，整個微電網(wǎng)的電壓和頻率由電網(wǎng)或者其他單元支撐，所以控制功率這一目標就可以通過控制逆變器的輸出電流來實現(xiàn)。所以需要設(shè)計一個電流閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)對參考電流的實時跟蹤。56圖4-3 恒功率控制原理框圖4.2 微電網(wǎng)控制技術(shù) 如圖4-3所示，控制器主要包括鎖相環(huán)、dq變換器、電流環(huán)控制以及SPWM控制。 （1）鎖相環(huán) 鎖相環(huán)(簡稱PLL)本質(zhì)上是一種反饋電路，它的作用是調(diào)節(jié)電路上的時鐘，使其與另一外部時鐘實現(xiàn)相位差同步。傳統(tǒng)鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)如圖4-4所示，是由三個部分構(gòu)成的：鑒相器環(huán)節(jié)（下面統(tǒng)稱為PD）、環(huán)路濾波器（下面統(tǒng)稱為LF)和壓控振蕩

34、器（以下面統(tǒng)稱為VCO),57圖4-4傳統(tǒng)鎖相環(huán)閉環(huán)系統(tǒng)4.2 微電網(wǎng)控制技術(shù)（2）SPWM控制 SPWM控制（又稱正弦脈寬調(diào)制）技術(shù)的理論基礎(chǔ)就是面積等效原理，就是將一些脈沖信號加到慣性環(huán)節(jié)上，這些脈沖信號形狀不同但是脈沖的面積相同，由此產(chǎn)生的結(jié)果是與原信號一致的，即通過SPWM調(diào)節(jié)后的輸出相應(yīng)波形基本相同。58SPWM調(diào)制4.2 微電網(wǎng)控制技術(shù) SPWM控制技術(shù)根據(jù)信號極性的差異可以分為單極性SPWM調(diào)制和雙極性SPWM調(diào)制。 單極性SPWM調(diào)制如圖4-8所示，在一個周期內(nèi)，上下橋臂中間點的輸出電壓只包括0、正電壓或0、負電壓。59圖4-8單極性SPWM調(diào)制4.2 微電網(wǎng)控制技術(shù) 而雙極性

35、SPWM調(diào)制如圖4-9所示，在一個周期內(nèi)，上下橋臂中間點的輸出電壓既包含正電壓，也包含負電壓。60圖4-9雙極性SPWM調(diào)制SPWM調(diào)制方法原理易懂、簡單，算法成熟，適用范圍廣，可調(diào)節(jié)性強，頻率恒定，輸出電壓中只包含高次諧波，所需濾波器結(jié)構(gòu)簡單，是現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛的逆變器控制技術(shù)。4.2 微電網(wǎng)控制技術(shù)（3）電流環(huán) 一般情況下P/Q控制應(yīng)用在微電網(wǎng)的主從控制模式或者是并網(wǎng)模式下，在這幾種控制模式中，微電網(wǎng)的電壓和頻率被鉗制住，只需要控制調(diào)節(jié)逆變器的輸出電流，就可以達到控制功率的效果，因此只需一個控制器，實現(xiàn)逆變器的輸出電流時刻跟蹤上給定電流。具體電流環(huán)控制框圖如圖4-10所示。61圖4-10

36、解耦控制4.2 微電網(wǎng)控制技術(shù)4.2.2恒壓恒頻（V/f）控制 恒壓恒頻控制，顧名思義，這種控制方式的目標就是將分布式電源的電壓和頻率始終維持在一個固定水平。在微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時，由于恒壓恒頻控制的這一特性，使用該控制模式的微電源一般被用作為主從控制模式下的微電網(wǎng)中的主控制單元，支撐起整個微電網(wǎng)的電壓頻率，使其他從控制單元可以正常運行。62根據(jù)原理分析，可得V/f控制算法流程，如圖4-11所示。圖4-11 恒壓恒頻算法控制原理圖4.2 微電網(wǎng)控制技術(shù)4.2.3 下垂控制(Droop） 所謂下垂控制，就是模擬大電網(wǎng)頻率的一次調(diào)整，根據(jù)頻率和有功功率、電壓和無功功率之間的下垂曲線控制逆變器的輸出。

37、在孤島運行時，對等控制中的微電網(wǎng)各分布式電源均采用下垂控制，電壓幅值和頻率由所有微電源和負載根據(jù)下垂曲線來確定。 所以下垂控制技術(shù)的原理就是依據(jù)同步發(fā)電機的頻率和有功、電壓和無功的調(diào)節(jié)特性來對分布式電源并網(wǎng)逆變器的進行調(diào)節(jié)。其調(diào)控原理方程為：634.2 微電網(wǎng)控制技術(shù)式中，m為有功調(diào)節(jié)下垂系數(shù)；n為無功調(diào)節(jié)下垂系數(shù)；為額定角頻率；Pn為額定有功功率；Un為系統(tǒng)中無功輸出為零時的電壓幅值；、為分布式電源有功和無功實際輸出值。根據(jù)下垂系數(shù)由一個給定的量控制另一個參數(shù)跟蹤至下垂曲線上對應(yīng)的值稱為下垂控制。下垂控制方法調(diào)控過程如圖4-12所示。64 （a）頻率下垂特性 （b）電壓下垂特性 圖4-12

38、下垂控制曲線4.2 微電網(wǎng)控制技術(shù) 該控制方法借鑒了同步發(fā)電機的自下垂調(diào)節(jié)功能，其運算流程如圖4-13所示，首先通過采集并網(wǎng)側(cè)電壓、電流信號并進行功率計算，求得并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)側(cè)實際的有功、無功輸出，通過下垂控制方程求得得到頻率和電壓的指令值，經(jīng)過電壓電流雙閉環(huán)控制得到SPWM調(diào)制的輸入信號，進而對分布式電源的輸出進行調(diào)控。65圖4-13 下垂控制算法流程圖4.3 微電網(wǎng)控制模式 上一節(jié)介紹了對單個微電源的控制方法，然而僅僅對微電源單獨控制是無法維持微電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，因此需要在管理層面上對微電網(wǎng)進行控制。綜合考慮各個分布式電源輸出特性、微電網(wǎng)并網(wǎng)/離網(wǎng)運行模式特點，制定出穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟的微電網(wǎng)

39、控制策略。目前主流的微電網(wǎng)控制策略有對等控制以及主從控制。4.3.1主從控制模式 主從控制模式，是根據(jù)各個分布式電源的自身情況不同，運用不同的控制策略，實現(xiàn)其不同的作用。微電網(wǎng)中，一個分布式電源作為主控制單元，來測量網(wǎng)側(cè)的各種電氣量，根據(jù)電網(wǎng)的運行狀況進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，而其他從控制單元通過通訊線路與主控制單元相連接，按照給定進行輸出，使整個電網(wǎng)的負載和輸出達到功率平衡。664.3 微電網(wǎng)控制模式主從控制微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖4-14所示67圖4-14 主從控制微網(wǎng)結(jié)構(gòu)4.3 微電網(wǎng)控制模式4.3.2對等控制模式 對等控制模式，就是指在整個微電網(wǎng)系統(tǒng)中，各個分布式電源在控制上都有著相等的地位，不存在從屬關(guān)

40、系，每一個分布式電源都根據(jù)接入系統(tǒng)的電壓和頻率信息來進行控制。對等控制模式的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖如圖4-15所示。68圖4-15 對等控制結(jié)構(gòu)框圖第五章 微電網(wǎng)保護5.1在保護系統(tǒng)中的微電網(wǎng)運行模式選擇5.2 微電網(wǎng)運行保護策略5.3 微電網(wǎng)并網(wǎng)保護配置5.4并網(wǎng)保護的性能要求5.5微電網(wǎng)保護方案69第五章 微電網(wǎng)保護 微電網(wǎng)作為新興的、高效環(huán)保的發(fā)電技術(shù)，近年來獲得了迅速發(fā)展。然而，大量分布式發(fā)電的并網(wǎng)運行將深刻影響配電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及配電網(wǎng)中短路電流大小及分布，由此給配電網(wǎng)的運行、控制以及繼電保護工作帶來多方面的影響。微電網(wǎng)由于含有多種分布式電源，不同類型的分布式電源的特性也有所不同，微電網(wǎng)具有與傳統(tǒng)

41、電網(wǎng)不同的運行及故障特征，而且微電網(wǎng)運行模式切換時會導(dǎo)致線路的潮流和電壓發(fā)生變化。大多數(shù)傳統(tǒng)的配電網(wǎng)保護基于短路電流檢測。70第五章 微電網(wǎng)保護 在微電網(wǎng)的許多運行場合，可能會出現(xiàn)與保護系統(tǒng)的選擇性（對應(yīng)錯誤的、不必要的跳閘）、靈敏性（對應(yīng)未檢測到的故障）和速動性（對應(yīng)延遲跳閘）相關(guān)的問題。其主要問題可以概括如下：（1）短路電流大小和方向的變化，取決于是否有分布式電源接入。（2）在分布式電源接入處，故障檢測靈敏度和快速性的降低（3）由于分布式電源對故障的貢獻導(dǎo)致電網(wǎng)斷路器因臨近線路故障而產(chǎn)生不必要的跳閘。（4）增高的故障水平可能會超過開關(guān)設(shè)備目前的設(shè)計容量。（5）配電線斷路器的自動重合閘和熔斷

42、器動作策略可能失效。（6）基于換流器的分布式電源對故障電流貢獻的減少導(dǎo)致保護系統(tǒng)性能降低，尤其當微電網(wǎng)從公用電網(wǎng)斷開的時候更明顯。（7）饋線保護和電力公司在故障穿越的要求上存在矛盾，而許多分布式電源滲透率高的國家電網(wǎng)規(guī)程中對此有明確規(guī)定。 此外，微電網(wǎng)的保護還必須與微電網(wǎng)內(nèi)的各種控制環(huán)節(jié)相結(jié)合，根據(jù)微電網(wǎng)的運行模式、控制策略及故障特性來制定微電網(wǎng)的保護策略。715.1在保護系統(tǒng)中的微電網(wǎng)運行模式選擇 在微電網(wǎng)中，微電源有足夠的容量滿足當?shù)厮胸摵傻男枨?，微電網(wǎng)可以采用與并網(wǎng)模式和離網(wǎng)模式兩種模式運行。其運行原則是，正常情況下微電網(wǎng)采用并網(wǎng)模式運行。當主電網(wǎng)發(fā)生任何擾動時，其將無縫地斷開與主電網(wǎng)

43、在公共連接點（PCC）處的連接并繼續(xù)作為電力孤島運行。圖5-1示出了典型的微電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)保護系統(tǒng)。72圖5-1 典型微電網(wǎng)的保護5.1在保護系統(tǒng)中的微電網(wǎng)運行模式選擇 為確保微電網(wǎng)在發(fā)生意外事故期間穩(wěn)定運行必需解決兩個主要的保護問題，分別是：（1）確定在特定的意外事故情況下微電網(wǎng)什么時刻成為離網(wǎng)模式。（2）對離網(wǎng)運行模式下的微電網(wǎng)劃分區(qū)段并提供充分的故障協(xié)調(diào)保護。 雖然微電網(wǎng)大部分的保護設(shè)備的特征和性能與目前配電網(wǎng)中的保護設(shè)備相同，但卻因微電網(wǎng)中具有電力電子換流器系統(tǒng)而另有不同。原因如下：（1）換流器的特征可能與現(xiàn)有的傳統(tǒng)保護設(shè)備不同。（2）不同設(shè)計方案的換流器會有不同的參數(shù)，因此沒有任何統(tǒng)一的特

44、性可以將換流器表征為一類設(shè)備。（3）在系統(tǒng)中，由于換流器的設(shè)計與用途不同，其基本特性會發(fā)生顯著的變化。735.1在保護系統(tǒng)中的微電網(wǎng)運行模式選擇 對于離網(wǎng)模式下的微電網(wǎng)安全可靠運行，保護系統(tǒng)應(yīng)確保做到以下幾點：（1）獨立運行的微電網(wǎng)要有合理的接地方式。（2）微電網(wǎng)中故障檢測設(shè)備的運行必需服從于聯(lián)網(wǎng)運行時的故障檢測系統(tǒng)。（3）故障檢測的一種方法是不依賴于故障電流和最大負荷電流之間的大比值，而是必須能夠?qū)M入孤島模式后降低的電流水平作出響應(yīng)。（4）如果有必要，任何現(xiàn)有的反孤島方案都應(yīng)檢查和修改，以防止微電網(wǎng)運行不穩(wěn)定或者因敏感的整定值引起不希望的微電源損失。（5）在微電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)，所制定的任何減載方

45、案都必須密切協(xié)調(diào)配合。745.2 微電網(wǎng)運行保護策略 同大電網(wǎng)一樣，微網(wǎng)內(nèi)部發(fā)生故障時，通常不希望直接切掉電源，而是通過保護裝置的選擇性將故障部分切除，保障微網(wǎng)正常部分的穩(wěn)定運行。微網(wǎng)除供電負荷外，還有一些其他的負荷，例如醫(yī)院、軍事設(shè)施以及一些重要的熱負荷，因此更不能輕易切掉電源。故障按照微電網(wǎng)的運行方式可以分為聯(lián)網(wǎng)運行方式下的故障和孤島運行方式下的故障；按照故障類型可以分為線路故障，負荷故障，變壓器故障；按照故障位置可以分為位于分布式電源下游的故障和位于分布式電源上游的故障。755.2 微電網(wǎng)運行保護策略目前微電網(wǎng)系統(tǒng)主要的保護策略是：(1)如果配電網(wǎng)發(fā)生故障，將主動退出分布式發(fā)電單元，此時

46、傳統(tǒng)配電網(wǎng)的保護不受任何影響。(2)限制分布式發(fā)電的容量和接入位置，整個配電網(wǎng)不做任何調(diào)整。(3)采用故障電流限制措施，如使用故障限流器或者電流保護器，使系統(tǒng)發(fā)生故障時分布式發(fā)電的影響最低。765.2 微電網(wǎng)運行保護策略 在工程實際中，其實大多都是針對于多個微電網(wǎng)系統(tǒng)組成的配電網(wǎng)系統(tǒng)，其保護主要包括并網(wǎng)模式與孤島模式下配網(wǎng)保護與孤島保護，因為配電網(wǎng)系統(tǒng)接入分布式發(fā)電電源以后，改變了原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，原系統(tǒng)的潮流分布和短路電流的大小隨之改變，這些改變對過流保護的整定、配置和動作特性都有影響，而影響的大小取決于保護的位置、故障點和分布式發(fā)電電源的接入位置。此時在并網(wǎng)運行時，微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部若發(fā)生故障，

47、微電網(wǎng)保護應(yīng)可靠切除故障。775.3 微電網(wǎng)并網(wǎng)保護配置 并網(wǎng)保護包括防孤島保護、故障保護以及其他異常保護。由于微電網(wǎng)系統(tǒng)的接入，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)一次設(shè)備無法滿足快速故障隔離要求，因此配電網(wǎng)系統(tǒng)的一次設(shè)備配置為： (1) 對于直接接入到110kV及以上輸電網(wǎng)絡(luò)中的分布式電源，其并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線已配置了完善的保護系統(tǒng)，不需要專門的并網(wǎng)保護。因此上述并網(wǎng)保護主要針對接入35kV及以下電壓等級的分布式電源。 (2) 并網(wǎng)保護既不同于分布式電源的發(fā)電機保護，也不同于配電網(wǎng)饋線保護，本質(zhì)上是一種接口保護，所以并網(wǎng)保護與發(fā)電機保護、配電網(wǎng)饋線保護的保護配置方式要結(jié)合微電網(wǎng)系統(tǒng)的接入點綜合考慮。 (3) 在標準IEE

48、E 1547中，從反映系統(tǒng)側(cè)故障、防孤島以及電能質(zhì)量等3個方面，給出了并網(wǎng)保護的核心功能要求。 (4)并網(wǎng)保護的相間故障檢測可以采用過電流保護、低電壓起動的過電流保護或者阻抗保護實現(xiàn)。 (5)有些微電網(wǎng)保護方案中按照信號來源是否有主動激勵分為被動檢測法、主動檢測法和聯(lián)跳方案。785.4并網(wǎng)保護的性能要求5.4.1故障保護功能（1）可靠性要求 當配電網(wǎng)中分布式電源滲透率較高或分布式電源容量較大時，并網(wǎng)保護安全性的不足，會導(dǎo)致系統(tǒng)擾動時大量分布式電源脫網(wǎng)，從而嚴重影響配電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。 基于常規(guī)保護判據(jù)的并網(wǎng)保護難以兼顧可信賴性與安全性。目前可以采用兩種解決方法。一種方法是改進并網(wǎng)保護原理，另一種

49、方法是改造配電網(wǎng)保護，但是，由于傳統(tǒng)配電網(wǎng)保護按照單向潮流配置，上述改造需要很大的建設(shè)與運維投入，需進行技術(shù)與經(jīng)濟的比較。795.4并網(wǎng)保護的性能要求（2）速動性要求 很多國家開始要求分布式電源應(yīng)具備故障穿越能力，主要指低電壓穿越（LVRT）。LVRT能力的要求主要影響了并網(wǎng)保護故障檢測中電壓的整定值，以使在配電網(wǎng)發(fā)生故障或擾動后，公共耦合點處電壓在跌落到一定的范圍和時間間隔內(nèi)，分布式電源可以不脫網(wǎng)。我國在新的并網(wǎng)規(guī)則中已經(jīng)規(guī)定光伏發(fā)電站、風電場并網(wǎng)應(yīng)具備LVRT功能，并在LVRT期間，應(yīng)具有有功功率恢復(fù)和動態(tài)無功支撐能力。綜合以上要求可見，并網(wǎng)保護的動作時間存在上下限約束。其動作時間下限取決

50、于LVRT要求以及饋線保護和斷路器的動作時間，而動作時間上限取決于饋線重合閘時間。805.4并網(wǎng)保護的性能要求5.4.2防孤島保護功能（1）可靠性 在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)分布式電源滲透率的不同，在防孤島保護的可信賴性與安全性之間做出折衷。例如，當分布式電源容量較小或分布式電源滲透率較低時，可以適當降低對安全性的要求，而將可信賴性放在首位，以確保人員、設(shè)備安全。反之，則要對防孤島保護的安全性提出更高的要求，防止因孤島檢測過于靈敏而導(dǎo)致大量分布式電源脫網(wǎng)，損害系統(tǒng)安全性。（2）速動性 當配電網(wǎng)的功率不平衡度很低時，孤島特征不明顯，需要較長的檢測時間。我國標準要求最長的孤島檢測時間為2s。但是，孤島

51、檢測時間的增加勢必會延長配電網(wǎng)重合閘的時間設(shè)置。如果經(jīng)過校驗發(fā)現(xiàn)孤島檢測時間不能滿足重合閘要求，則應(yīng)考慮配置聯(lián)跳方案，或者為配電網(wǎng)饋線重合閘增配檢同期功能，以作為孤島檢測失效的后備。815.5微電網(wǎng)保護方案5.5.1區(qū)域縱聯(lián)保護方案 區(qū)域縱聯(lián)保護系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖5-12所示，其中保護主機負責故障的判斷和定位，從機負責向主機提供安裝點處故障方向信息，根據(jù)本地檢測的結(jié)果和主機信息，決定是否跳開相應(yīng)的開關(guān)。82圖5-12 變電站級區(qū)域縱聯(lián)保護的結(jié)構(gòu)5.5微電網(wǎng)保護方案 由于配電網(wǎng)的保護對動作時間的要求相對較低，為了簡化算法和保護邏輯，將采用分層縱聯(lián)比較的思路，保護的工作流程如下：(l)提取變電站各出線

52、電流、變壓器高低壓側(cè)電流和母線電壓進行分析判斷，根據(jù)分析結(jié)果判斷系統(tǒng)是否發(fā)生故障。(2)判斷母線故障。(3)若判斷為某一饋線故障，保護主機通過分析本饋線上各保護從機處方向元件的動作狀態(tài)，判斷出故障所在的區(qū)段。(4)在故障區(qū)段內(nèi)的保護從發(fā)電機方向元件動作時，說明一定是該保護的下游發(fā)生了故障，主機向該保護從發(fā)電機發(fā)出允許跳閘的命令，僅將其下游的微電網(wǎng)或負荷與主網(wǎng)隔離，而電網(wǎng)的其他部分繼續(xù)并網(wǎng)運行。835.5微電網(wǎng)保護方案 區(qū)域縱聯(lián)保護方案尤其適合獨立微電網(wǎng)的暫態(tài)故障保護控制。為了保證可靠性，集中控制層的區(qū)域差動保護采取雙重化冗余配置。區(qū)域差動保護采用微電網(wǎng)三層體系結(jié)構(gòu)，如圖5-13所示。84圖5-

53、12 基于三層控制的集中式區(qū)域差動保護系統(tǒng)圖5.5微電網(wǎng)保護方案 由于集中控制層的區(qū)域差動保護采集到主配電網(wǎng)系統(tǒng)各個節(jié)點的電流和狀態(tài)信息，其本質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)化的差動保護，能夠快速實現(xiàn)故障自動定位和隔離。 區(qū)域差動保護采用雙重化冗余配置，以防止區(qū)域差動保護因硬件故障退出運行導(dǎo)致全系統(tǒng)市區(qū)保護的情形發(fā)生。雙套保護正常運行時均投入，任意一套保護因故障退出運行時閉鎖其邏輯判別和跳閘開出，不影響另一套保護的安全運行。855.5微電網(wǎng)保護方案5.5.2后備保護方案 10kV及以上主配電網(wǎng)配置有雙套區(qū)域差動保護，其可靠性、速動性、靈敏性和選擇性是有保證的，從“強化主保護、簡化后備保護配置”的原則出發(fā)，主配電網(wǎng)可配

54、置簡單的帶時限過流或距離保護、方向過流保護作為后備保護，由智能采集單元實現(xiàn)，防止因整個主網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通訊中斷，集中式區(qū)域差動保護退出運行而導(dǎo)致的主配電網(wǎng)失去全部保護的情形發(fā)生。就地智能采集單元配置后備保護功能，線路就地采集單元配置距離保護或過流保護作為線路母線的后備保護。 變壓器就地采集單元配置過流保護作為變壓器的后備保護。配電升壓變壓器的高壓側(cè)配置定時限方向過流保護，作為變壓器內(nèi)部故障的后備保護，并對低壓母線故障保證一定的靈敏性，方向指向電源點，電流值可整定的靈敏一些，用以切除0.4kV母線故障。865.5微電網(wǎng)保護方案 由于這種方式自身存在著一些問題，所以在對其進行保護時，還要謹慎的使用這種方

55、法，原因如下：（1）由于在電網(wǎng)配電過程當中，電路的運輸方式單一，當系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，過流保護不能快速識別出具體的事故位置； （2）在組網(wǎng)之后，分布式電源的啟動停止將會嚴重影響故障的短路電流。（3）由于過流保護可以同時適用于孤島以及大電網(wǎng)，并且有著不同的電流差值，所以這種方法也缺少了一些適應(yīng)性。875.5微電網(wǎng)保護方案5.5.3公共連接點(PCC)的保護方案 公共連接點(PCC) 的保護方案主要配置有孤島保護、過流保護、同期并網(wǎng)合閘。孤島保護用于在并網(wǎng)運行時，檢測配電網(wǎng)失電后快速跳開PCC的斷路器，進入離網(wǎng)運行狀態(tài)。過流保護用于在并網(wǎng)運行時，低壓進線或低壓母線故障跳開PCC的斷路器。同期并網(wǎng)合閘用

56、于在離網(wǎng)運行時，配電網(wǎng)電源恢復(fù)由離網(wǎng)運行狀態(tài)自動轉(zhuǎn)為并網(wǎng)運行狀態(tài)。我國關(guān)于微電網(wǎng)的相關(guān)政策中有著詳細的劃定，微電網(wǎng)并網(wǎng)點在運行過程中應(yīng)該遵循這些規(guī)則。885.5微電網(wǎng)保護方案 根據(jù)相關(guān)規(guī)范可知，微電網(wǎng)內(nèi)的新能源絕大多數(shù)能夠在故障之后堅持并網(wǎng)至少0.15s。如果在0.15s內(nèi)將故障隔離將大大提高它的穩(wěn)定性，最新的微電網(wǎng)并網(wǎng)保護規(guī)范還規(guī)定：當電壓壓低于0.5pu時，最大分閘時間不大于0.1s；當電壓小于0.85pu時，最大分閘時間不大于2s。所以據(jù)此得出公共并網(wǎng)點的保護配置原則是：1）微電網(wǎng)內(nèi)保護使用快速保護（例如光纖縱差保護和縱聯(lián)方向保護）和后備保護（過流保護和低壓保護）相配合的多級保護模式。

57、2）它和主網(wǎng)之間的聯(lián)絡(luò)線使用光纖縱差等快速保護，確保主網(wǎng)故障快速切除，不影響其保護裝置。 3）并網(wǎng)點遵循有關(guān)分布式電網(wǎng)并網(wǎng)的具體要求，利用電壓保護和頻率保護實現(xiàn)主網(wǎng)和微電網(wǎng)的故障隔離。 895.5微電網(wǎng)保護方案4）當主網(wǎng)產(chǎn)生阻滯時，其自身的特定體系經(jīng)過遠跳功能，可以自覺的關(guān)閉系統(tǒng)；主網(wǎng)供電恢復(fù)之后，由其運行控制器完成孤網(wǎng)到并網(wǎng)的模式轉(zhuǎn)換，使其重新并網(wǎng)運行。 5）為了保持其可靠運行，要求其內(nèi)的分布式電源具有低電壓穿越能力，并建議盡量采用具有零電壓穿越能力的逆變器。孤島保護電氣量對孤島效應(yīng)檢測時間限制要求，分別是t1=2s、t2=0.04s、t3=0.1s。90 PCC連接點的孤島與保護邏輯圖第六

58、章 微電網(wǎng)的監(jiān)控與能量管理6.1 微電網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu) 6.2 微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)組成6.3 微電網(wǎng)能量管理91微電網(wǎng)監(jiān)控與能量管理系統(tǒng)在微電網(wǎng)中處于核心地位，是對微電網(wǎng)執(zhí)行測量、監(jiān)視、控制、保護以及高級策略實現(xiàn)的控制系統(tǒng)。是實現(xiàn)需求側(cè)管理以及現(xiàn)有能源的最大化利用的核心裝置。微電網(wǎng)監(jiān)控與能量管理系統(tǒng)采用分散式策略，包括三個部分：過程層、間隔層和監(jiān)控層。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)按分層開放系統(tǒng)配置。通過對系統(tǒng)中的分布式發(fā)電電源點、儲能裝置、外部負荷進行優(yōu)化控制，實現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，從而提高微電網(wǎng)系統(tǒng)中各種新能源的利用效率。92第六章 微電網(wǎng)的監(jiān)控與能量管理微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)與本地保護控制、遠程配電調(diào)度相

59、互協(xié)調(diào)，通過隔離變壓器、靜態(tài)開關(guān)和大電網(wǎng)相連接。微電網(wǎng)中絕大部分的微電源都采用電力電子變換器和負載相連接，使其控制靈活。每個微電源出口處都配有斷路器，同時具備功率和電壓控制器，在能量管理系統(tǒng)的控制下，調(diào)整各自功率輸出以調(diào)節(jié)饋線潮流。當監(jiān)測到大電網(wǎng)出現(xiàn)電壓擾動等電能質(zhì)量問題或供電中斷時，微電網(wǎng)轉(zhuǎn)入孤島運行模式，以保證微電網(wǎng)內(nèi)重要敏感負荷的不間斷供電，同時各微電源在能量管理系統(tǒng)的的控制下，調(diào)整功率輸出，保證微電網(wǎng)正常運行。其主要功能介紹如下。936.1 微電網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu) 實時監(jiān)控類：微電網(wǎng)內(nèi)所有設(shè)備實時數(shù)據(jù)采集和處理、安全報警處理、事件順序記錄和事故追憶、畫面顯示和制表打印、人機接口。 控制管

60、理類：分布式電源點的控制、管理功能、在線統(tǒng)計計算、時鐘同步、遠動功能、與繼電保護裝置的通信、系統(tǒng)的自診斷和自恢復(fù)、維護功能、網(wǎng)絡(luò)通訊功能、滿足微電網(wǎng)實時性和數(shù)據(jù)存儲要求、通訊協(xié)議解析，接收電網(wǎng)調(diào)度模塊、包括微電網(wǎng)潮流(聯(lián)絡(luò)線潮流、DG節(jié)點潮流、負荷潮流等)、DG發(fā)電預(yù)測、DG發(fā)電控制及功率平衡控制等。智能分析分析類：通用數(shù)據(jù)庫模塊、微電網(wǎng)決策分析模塊、能量管理多目標控制模塊、微電網(wǎng)發(fā)電計劃、功率預(yù)測、負荷預(yù)測等模塊、微電網(wǎng)能源優(yōu)化調(diào)度模塊等。946.1 微電網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu) 一般情況下微電網(wǎng)監(jiān)控與能量管理系統(tǒng)的特點是：a) 監(jiān)控系統(tǒng)具備并網(wǎng)和孤島兩種運行模式控制算法，并且可以控制兩種運行模式間