直流微電網(wǎng)課件

1、關(guān)于直流微電網(wǎng)第一張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月1 直流微電網(wǎng)的含義定義：直流微電網(wǎng)是以直流配電的形式，通過直流母線很好地將各分布式電源融合起來并加以協(xié)調(diào)控制，同時又能將直流電直接輸送給對電能質(zhì)量要求高的直流負荷。交流型微電網(wǎng)直流型微電網(wǎng)交直混合型微電網(wǎng)按配電方式劃分為第二張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月1 直流微電網(wǎng)的含義圖1.1 交流型微電網(wǎng)交流母線PCC并網(wǎng)和孤島模式切換第三張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月1 直流微電網(wǎng)的含義圖1.2 直流型微電網(wǎng)直流母線PCC第四張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月1 直流微電網(wǎng)的含義圖1.3 交直混合型微電網(wǎng)直流

2、母線交流母線PCC第五張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月1 直流微電網(wǎng)的含義直流微電網(wǎng)交流微電網(wǎng)雖然交流微電網(wǎng)是微電網(wǎng)的主要形式，但其不足之處逐漸凸顯，如電能轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多、網(wǎng)絡(luò)損耗大、電網(wǎng)運行控制復雜，這些都與用戶期望的高效、可靠和高電能質(zhì)量的供電服務(wù)存在矛盾。與交流電網(wǎng)相比，其主要優(yōu)勢體現(xiàn)在：分布式電源與直流母線的鏈接形式更簡便、易于實現(xiàn)分布式電源間的協(xié)調(diào)控制、線路成本和損耗低、沒有無功功率平衡和穩(wěn)定問題，電網(wǎng)運行可靠性更高。發(fā)展第六張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 國內(nèi)外直流微電網(wǎng)發(fā)展美國日本歐洲中國直流微電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀示范工程研究機構(gòu)2 目前國內(nèi)外在直流微電網(wǎng)領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)

3、研究和實驗系統(tǒng)、示范工程已經(jīng)逐步開展。第七張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 美國直流微電網(wǎng)發(fā)展2.1 微電網(wǎng)的概念最早是在2002年由美國電力可靠性技術(shù)解決方案學會（CERTS）提出的。機構(gòu)名稱橡樹嶺國家實驗室（ORNL）圣地亞哥國家實驗室（SDNL）西北太平洋國家實驗室（PNNL）勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）電力系統(tǒng)工程研究中心（PSERC）內(nèi)容研究故障檢測與保護技術(shù)儲能技術(shù)經(jīng)濟性能控制技術(shù)自主研發(fā)了基于電網(wǎng)健康實時監(jiān)測的GridEye技術(shù)，實現(xiàn)對美國三大主電網(wǎng)互聯(lián)及不同能源品種發(fā)電狀態(tài)的廣域可視化監(jiān)測GridEye技術(shù)，實現(xiàn)對美國三大主電網(wǎng)互聯(lián)及不同能源品種發(fā)電狀態(tài)的廣域可

4、視化監(jiān)測自主研發(fā)了一種微電網(wǎng)設(shè)計方法。主電網(wǎng)發(fā)生停電時，微電網(wǎng)與主電網(wǎng)斷開，但是微電網(wǎng)中可再生電源可持續(xù)發(fā)電且不會產(chǎn)生安全危害。研究工作包括兩方面：電網(wǎng)可再生能源儲存能力分析；儲能電池的材料研究。采用金屬氧化物和石墨烯優(yōu)化電池材料，研究更具經(jīng)濟效益的釩氧化還原電池。建立分布式電源用戶應(yīng)用模型（DER-CAM），實現(xiàn)現(xiàn)場發(fā)電和熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)運行成本最低的模型，適用于微電網(wǎng)。DER-CAM），實現(xiàn)現(xiàn)場發(fā)電和熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)運行成本最低的模型，適用于微電網(wǎng)。主要研究微電網(wǎng)組件的控制與設(shè)計，優(yōu)化微電網(wǎng)各組件對等與即插即用運行模式的自主控制。此外，可重構(gòu)的微電網(wǎng)測試系統(tǒng)研究也是其研究重點之一。表2.1.1 C

5、ERTS組成第八張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 美國直流微電網(wǎng)發(fā)展2.1 美國也是最早提出直流微電網(wǎng)的概念，而且對直流微電網(wǎng)的研究起步也比較早。2007美國弗吉尼亞理工大學CPES中心提出了“Sustainable Building Initiative(SBI)”研究計劃，主要為未來住宅和樓宇提供電力 2008美國EMerge Alliance 公司開始在美國推廣直流微電網(wǎng)，來改善建筑和內(nèi)部設(shè)備的供電方式。2010CPES中心將SBI發(fā)展為系統(tǒng)直流母線采用DC380V和DC48V兩種電壓等級的SBN(Sustainable Building and Nanogrids)。2011

6、美國北卡羅來納大學提出了“The Future Renewable Electric Energy Delivery and Management(FREEDM)”系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以直流供電為基礎(chǔ)用于構(gòu)建未來自動靈活的可再生能源傳輸和管理網(wǎng)絡(luò)。2014美國EMerge Alliance 公司與當?shù)亟M織合作，開始向東南亞推廣直流微電網(wǎng)。第九張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 日本直流微電網(wǎng)發(fā)展2.2 日本在國內(nèi)能源日益緊缺、負荷日益增長的背景下、也展開了微電網(wǎng)研究、但其發(fā)展目標主要定位于能源供給多樣化、減少污染、滿足用戶的個性化電力需求。 日本政府專門成立了新能源與工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織（NEDO）

7、來較好利用新能源，它負責統(tǒng)一協(xié)調(diào)國內(nèi)高校、企業(yè)與國家重點實驗室對新能源及其應(yīng)用的研究。 2003年，NEDO與日本經(jīng)濟、貿(mào)易和工業(yè)部共同著手于可再生能源和本地配電網(wǎng)之間互聯(lián)的3個微電網(wǎng)測試平臺。微電網(wǎng)項目選址在八戶、青森、愛知和京都四地，主要的成果是開發(fā)了最佳的運行和控制系統(tǒng)。第十張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 日本直流微電網(wǎng)發(fā)展2.2日本對直流微電網(wǎng)的研究主要集中于家庭領(lǐng)域。200420062008日本東京工業(yè)大學、大阪大學等機構(gòu)提出了一種雙極結(jié)構(gòu)的直流微電網(wǎng)配電系統(tǒng)構(gòu)想，并實現(xiàn)了一套10kW直流配電系統(tǒng)樣機。日本開始了對直流生態(tài)住宅的研究，夏普公司在日本電子展中兩次展示“直流生

8、態(tài)住宅”技術(shù)和產(chǎn)品。日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省宣布開展制定直流生態(tài)住宅（DC eco-house）補貼政策的政策咨詢，正式啟動了DC eco-house開發(fā)項目。第十一張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 歐洲直流微電網(wǎng)發(fā)展2.3自2008年以來，歐盟開展一項名為UNIFLEX (Universal and Flexible Power Management)的研究項目，研究通過新型功率變換技術(shù)適應(yīng)未來有大量分布式電源接入的歐洲電網(wǎng)的功率流動管理。2012年，由德國、荷蘭等國的高效和企業(yè)聯(lián)合開展一項為期3年的名為“DC Components and Grid”(DCC+G)的研究項目，旨在通過高效的

9、半導體和電力電子技術(shù)，設(shè)計和發(fā)展380V直流配用電系統(tǒng)的高能效建筑。第十二張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 中國直流微電網(wǎng)發(fā)展2.42013由深圳供電局承擔的國家863項目“基于柔性直流的智能配電關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”正式啟動，研究重點集中在以直流微電網(wǎng)為核心的低壓直流配電網(wǎng)方面。中丹聯(lián)合研究國家政府間國際科技合作專項智能直流微電網(wǎng)設(shè)計與實證第一次中丹雙方技術(shù)交流會在北京召開。該項目中方由中國電科院、華北電力大學和丹方團隊奧爾堡大學組成，旨在推動智能直流微電網(wǎng)技術(shù)在未來住宅和工業(yè)園區(qū)等方面的發(fā)展和應(yīng)用。廈門大學建立全國首個光伏發(fā)電/直流微電網(wǎng)珠海東澳島微電網(wǎng)項目。廣東電網(wǎng)已成功完成我國

10、首例直流微網(wǎng)系統(tǒng)測試，這次測試填補了行業(yè)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的空白，為微網(wǎng)技術(shù)標準制定提供了可靠數(shù)據(jù)和實踐依據(jù)。2015由浙江省電力公司承擔的國家863項目“高密度分布式能源接入交直流混合微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)”正式啟動，項目主要圍繞高密度分布式可再生能源接入，重點攻克交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)架配置優(yōu)化、穩(wěn)定控制等理論與技術(shù)難點。國家863課題項目-紹興上虞交直流混合微電網(wǎng)示范工程完成可研評審。該項目研究在國網(wǎng)公司系統(tǒng)內(nèi)屬先例，其難點在于交直流混合系統(tǒng)的優(yōu)化協(xié)調(diào)運行、大型電力電子變壓器研發(fā)以及微電網(wǎng)高級能量管理技術(shù)。2014第十三張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 直流微電網(wǎng)示范工程2.5直流微網(wǎng)示范工

11、程國家研究內(nèi)容Boston Bar IPP加拿大通過69/25kV變電站供電，通過60km的69kV線路連接到BC Hydro高壓系統(tǒng)。當?shù)仉娏?yīng)Boston Bar 有兩臺3.45MW水力發(fā)電機，峰荷為3.0MWCERTS 試驗基地美國480V系統(tǒng)，包括3個60kW MT，有三條饋線，其中兩條含有微電源并能孤網(wǎng)運行。這兩條中的一條饋線上帶有兩個微電源，通過170m電纜間隔；另一條饋線上有一個微電源，這樣可以進行微電源并行運行的測試。該系統(tǒng)用于測試微電網(wǎng)各個部分的動態(tài)特性。Mad River 公園美國6個商業(yè)和工業(yè)廠區(qū)，12個居民區(qū)，280kW、100kW發(fā)電機，30kWMT，PV。接入7.

12、2kW配網(wǎng)。既可孤網(wǎng)運行，也可聯(lián)網(wǎng)運行。Hachinohe 計劃（八戶）日本污水處理廠配有3個170kW燃氣輪機，50kW PV,發(fā)出電力通過5km的配線輸送到學校及市政辦公樓，控制性能能過滿足6min內(nèi)供需不平衡控制在3%以內(nèi)Manheim德國包含6臺光伏發(fā)電單元，共40kW，將對基于代理器的分散控制進行測試，并進行社會、經(jīng)濟效益評估第十四張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 直流微電網(wǎng)示范工程2.3CESIRCER CA 試驗公司意大利具有PV,MT、柴油機、MCFC等微電源，并配有蓄電池、飛輪等儲能方式，可組成不同的拓撲結(jié)構(gòu)，進行穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)運行過程測試和電能質(zhì)量分析。LABEN 微

13、網(wǎng)中心西班牙單相PV，2.18MJ超級電容，1120Ah和1925Ah蓄電池儲能；55kW和150kW電阻負荷，2個36kVA電感負荷。用于測試聯(lián)網(wǎng)運行時集中和分散控制策略及電力市場中的能量交易。Kythnos 孤網(wǎng)希臘提供12戶島上居民用電，400V配網(wǎng)，包含6臺光伏發(fā)電單元，共11kW，1座5kW柴油機，1臺3.3kW/50kWh蓄電池/逆變器系統(tǒng)。通過微網(wǎng)運行控制以提高系統(tǒng)滿足峰荷能力和改善可靠性。EDP 微型電力公司葡萄牙鏈接到400V低壓網(wǎng)絡(luò)的天然氣站電網(wǎng)，具有80kW MT，多余電力可送往10kV中壓網(wǎng)，或提供當?shù)氐蛪恨r(nóng)村電網(wǎng)，可以聯(lián)網(wǎng)與孤島運行。MV/LV 電力公司荷蘭共4條38

14、0V饋線，以光伏發(fā)電為主，共裝335kW光伏發(fā)電單元?？梢月?lián)網(wǎng)與孤網(wǎng)運行，主要用于含有儲能系統(tǒng)的微網(wǎng)孤網(wǎng)運行性能的測試。廈門大學光伏建筑一體化直流微網(wǎng)中國提出了別具一格的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)架，該系統(tǒng)主要包含AC/DC整流、太陽能控制器及儲能單元，電動車充電單元，系統(tǒng)監(jiān)控單元和能耗測量單元，系統(tǒng)配電、檢測及保護單元，以及其他直流應(yīng)用單元第十五張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 直流微電網(wǎng)示范工程2.3昆明云電科技園直流微電網(wǎng)中國共兩根電壓等級為600V的直流母線，通過直流變換設(shè)備與微網(wǎng)內(nèi)DC、儲能裝置、直流負荷等連接起來，實現(xiàn)能量的傳遞與交換。母線上方為50kW逆變器，通過它將直流母線與外

15、部380V交流電網(wǎng)相連，實現(xiàn)直流微電網(wǎng)與外部電網(wǎng)的互聯(lián)。母線下方一次通過不同的DC/DC變換裝置連接蓄電池、光伏發(fā)電裝置和直流負荷海裝風電直流母線智能孤島微電網(wǎng)中國首個采用集中直流母線的智能孤島型微電網(wǎng)項目，主要配備3臺200kW變槳距風電機組和光伏發(fā)電，組成總?cè)萘繛?MW的發(fā)電單元，并輔以“儲能系統(tǒng)、能量調(diào)度和管理系統(tǒng)、智能監(jiān)控系統(tǒng)、安全系統(tǒng)”等廣東電網(wǎng)直流微網(wǎng)中國首例針對直流微網(wǎng)系統(tǒng)的測試，此次測試填補了行業(yè)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的空白，為微網(wǎng)技術(shù)標準制定提供了可靠的數(shù)據(jù)和實踐依據(jù)浙江舟山東福山島中國浙江省電力試驗研究院設(shè)計的浙江東福山島風光柴海水淡化綜合系統(tǒng)，安裝7臺單機容量30kW的風力發(fā)電機組、

16、100kWp的光伏發(fā)電系統(tǒng)及一套50t/d海水淡化系統(tǒng)，總裝機容量300kW，并裝設(shè)有蓄電池組進行調(diào)節(jié)，是國內(nèi)最大的離網(wǎng)型綜合微電網(wǎng)系統(tǒng)。工程提出了交直流混合微網(wǎng)，綜合考慮最大化利用可再生能源減少柴油發(fā)電，同時兼顧蓄電池使用特性最大化延長使用壽命的運行策略。第十六張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3 直流微電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)母線結(jié)構(gòu)運行控制保護技術(shù)第十七張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3.1 母線結(jié)構(gòu)母線結(jié)構(gòu)單母線結(jié)構(gòu)雙層式母線結(jié)構(gòu)雙母線結(jié)構(gòu)冗余式母線結(jié)構(gòu)第十八張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3.1.1 單母線結(jié)構(gòu)(a)(b)圖3.1.1 單母線結(jié)構(gòu)單母線結(jié)構(gòu)：是指直流

17、微電網(wǎng)中僅有1個直流母線電壓等級。特點：形式簡單組網(wǎng)較容易容易與現(xiàn)有的交流設(shè)備兼容。由于直流用電設(shè)備的電壓規(guī)格不同，需要設(shè)備電源適配器，即直流電壓降壓器（DC/DC）。經(jīng)轉(zhuǎn)換為較低電壓等級后再為其供電。第十九張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3.1.2 雙層式母線結(jié)構(gòu)(a)(b)圖3.1.2 雙層式母線結(jié)構(gòu)雙層式母線結(jié)構(gòu)：是指直流微電網(wǎng)中含有2個直流母線電壓等級。用變換器將高壓直流母線電壓轉(zhuǎn)換為較低電壓。特點：可以提高低壓設(shè)備供電的安全性減小電源適配器的體積相比單母線結(jié)構(gòu)適用于用電設(shè)備電壓等級相對單一的場合，對于具有多種電壓等級用電設(shè)備的情況，雙層式母線結(jié)構(gòu)更為合適。第二十張，PPT共

18、四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3.1.3 雙母線結(jié)構(gòu)(a)(b)圖3.1.3 雙母線結(jié)構(gòu)雙母線結(jié)構(gòu)：是指直流微電網(wǎng)采用雙極性的供電制式，相應(yīng)的直流母線有正、負2條線。特點： 可根據(jù)負荷端對供電電壓的不同需求靈活供電，既可取單極與大地之間的電壓，又可取正負極之間的電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的電力輸送第二十一張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3.1.4 冗余式母線結(jié)構(gòu)(a)(b)圖3.1.3 冗余式母線結(jié)構(gòu)雙母線結(jié)構(gòu)：是指為保證供電可靠性，采用多條母線結(jié)構(gòu)，通常為2條，其中1條母線帶電，另外1條母線為備用。特點：適用于高電能質(zhì)量要求的配電區(qū)域，如商業(yè)建筑、飛機、船舶等直流供電系統(tǒng)。當1條母線發(fā)生故

19、障或檢修時，可保證用電設(shè)備的不間斷供電。第二十二張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3.2 運行控制圖3.2.1 直流微電網(wǎng)運行控制運行控制第二十三張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3.2 運行控制系統(tǒng)級控制 主要目的是對系統(tǒng)進行集中管理和能量優(yōu)化，提升整體運行效率和可靠性，實現(xiàn)最優(yōu)運行。設(shè)備級控制 主要控制目標是維持直流母線電壓穩(wěn)定，實現(xiàn)系統(tǒng)功率平衡，保證直流微電網(wǎng)穩(wěn)定運行?；跓o互聯(lián)通信的直流微電網(wǎng)運行控制技術(shù)基于互聯(lián)通信的直流微電網(wǎng)分層運行控制技術(shù)實現(xiàn)第二十四張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3.2 運行控制 通過檢測直流微電網(wǎng)母線電壓的變化量，來決定各自運行和控制

20、模式，并保證任一時刻中均至少有一個變流器采用功率-電壓下垂特性控制直流母線電壓以確保系統(tǒng)內(nèi)的功率平衡。圖3.2.2 不同模式下直流微電網(wǎng)控制策略基于無互聯(lián)通信的直流微電網(wǎng)運行控制技術(shù)第二十五張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3.2 運行控制系統(tǒng)級控制設(shè)備級控制圖3.2.3 直流微電網(wǎng)分層控制結(jié)構(gòu)基于互聯(lián)通信的直流微電網(wǎng)分層運行控制技術(shù)第二十六張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3.2 運行控制第一層控制根據(jù)直流母線電壓控制策略不同：1）主從控制：直流微電網(wǎng)內(nèi)通常只有1個單元來控制直流母線電壓。（直流微電網(wǎng)并網(wǎng)運行時通常為DC-AC雙向變流器，獨立運行時則為可控型風不是電源或能量型

21、儲能系統(tǒng)）2）對等控制：系統(tǒng)中存在多個參與直流母線電壓控制的設(shè)備，這些單元均為主控制單元。第二層控制依據(jù)通信和控制方式不同，直流微電網(wǎng)二次協(xié)調(diào)控制策略分為以下三類：1）集中通信與控制2）集中通信與分布式控制3）分布式協(xié)調(diào)控制第三層控制 目的主要是根據(jù)分布式電源出力預測、系統(tǒng)內(nèi)負荷需求、儲能系統(tǒng)運行狀態(tài)、市場信息等數(shù)據(jù)，按照不同的優(yōu)化運行目標和約束條件作出決策，實時定制直流微電網(wǎng)運行調(diào)度策略，實現(xiàn)對分布式電源、儲能系統(tǒng)、負荷出力及交直流系統(tǒng)交換功率的靈活調(diào)度來保證系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行。第二十七張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3.2 運行控制（1）集中通信與控制第二十八張，PPT共四十一頁，

22、創(chuàng)作于2022年6月3.2 運行控制（2）集中通信與分布式控制第二十九張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3.2 運行控制（3）分布式協(xié)調(diào)控制第三十張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3.3 保護技術(shù)保護要求：快速性 選擇性 靈敏性 可靠性保護技術(shù)直流保護相關(guān)設(shè)備直流微電網(wǎng)接地方式故障類型保護方案第三十一張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3.3.1 直流保護相關(guān)設(shè)備直流用電設(shè)備直流保護設(shè)備民用：變頻空調(diào)、電視機、微波爐、電視機等商業(yè)：電子天秤、點鈔機、直流電焊機等工業(yè)：電解電鍍、直流電弧爐、直流弧焊機等農(nóng)業(yè)：直流水泵、收割機、直流噴霧機等直流斷路器、直流接觸器、直流隔離開關(guān)

23、、直流熔斷器、直流接近開關(guān)、直流繼電器、直流電涌保護器、直流過壓保護器、直流欠壓保護器、直流短路保護器等第三十二張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月品牌型號額定電壓/V額定電流AABBS800 PV-S/2P/3P/4P800/120010125施耐德C65H-DC/1P/2P125/250163德力西CDB7DC/1P/2P110/2200.563正泰NBIZ-63220163江蘇人名電氣有限公司TX-63Z/1P/2P/3P/4P250/500/750/1000163表1.直流斷路器的型號及參數(shù)3.3.1 直流保護相關(guān)設(shè)備第三十三張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月表2.直流接觸器的型號及參數(shù)品牌型號額定電壓/V額定電流/AABBA26-A300220450施耐德CZ0-100/10440100正泰CZ0-100/20440100上海人民電器廠CZ0-400B/102204503.3.1 直流保護相關(guān)設(shè)備第三十四張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月表3.直流電涌保護裝置的型號及參數(shù)品牌型號標稱電壓/V標稱放電電流/kAABBOVER215-75sPTS575施