微电网的应用现状与发展趋势的研究毕业设计(论文)

微电网的应用现状与发展趋势的研究毕业设计(论文)内容摘要：

和可靠性等方面的要求，对储能装置采取合适的优化组合，充分发挥各种储能方式的优点也是微电网规划及运行的重要方面。 目前，国外的微电网设计中多采用燃料电池和超级电容器。 微电网的模型 微电网从系统观点看问题 , 将发电机、负荷、储能装置及控制装置等结合 , 形成一个单一可控的单元 , 同时向用户供给电能和热能。 微电网中的电源多为微电源 , 亦即含有电力电子界面的小型机组（小于 100KW） , 包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池以及超级电容、飞轮、蓄电池等储能装置。 它们接在用户侧 , 具有低成本、低电压、低污染等特点。 微电网既可与大电网联网运行 , 也可在电网故障或需要时与主网断开单独运行。 它还具有双重角色对于公用电力企业 , 微电网可视为电力系统可控的“细胞”，例如，这个“细 胞”可以被控制为一个简单的可调度负荷，可以在数秒内做出响应以满足传输系统的需要对于用户，微电网可以作为一个可定制的电源，以满足用户多样化的需求，例如，增强局部供电可靠性，降低馈电损耗，支持当地电压，通过利用废热提高效率，提供电压下陷的校正，或作为不可中断电源。 由于微电网灵活的可调度性且可适时向大电网提供有力支撑 , 学者形象地称之为电力系统的“好市民”和“模范市民”。 此外，紧紧围绕全系统能量需求的设计理念和向用户提供多样化电能质量的供电理念是微电网的两个重要特征。 在接人问题上，微电网的人网标准只针对微电网与大电网的公共连接点（ PPC），而不针对各个具体的微电源。 微电网不仅解决了分布式电源的大规模接人问题，充分发挥了分布式电源的各项优势，还为用户带来了其他多方面的效益 [10]。 IEEE P1547标准针对分布式电源接入大电网的运行作了详细的规定，包括电压调节、频率调节、对故障情况的反应及电能质量等方面。 针华北电力大学本科毕业设计（论文） 9 对微电网不同于分布式电源的不同特点，目前 IEEE已重新修改了分布式电源的入网标准，其中，新标准的 IEEE 、运行及接入系统导则进行了详细规定。 微电网的优点 近年 来小规模发电装置、电力电子技术以及数字控制器的发展使微电网的实现成为可能，目前微电网已经引起电力行业相当大的兴趣。 从技术的角度出发，微电网是充分利用分布式发电的一种方式。 综合起来，微电网具有如下优点： a 从环境影响的角度出发，微电网比传统的热电站、水电站规模小，并且减少了有毒气体的排放，缓解了气候变化，从而增加了用户对绿色能源的关注。 b 从运作与投资的角度出发，微电网减少了发电系统与负载之间的距离，降低了电网的损耗，改善了电网的无功补偿，消除了配电、输电中存在的问题，减少或延缓了对输电网以及大规模发 电站的投资。 c 从供电质量的角度出发，微电网避免了突然供电中断带来的不利影响，增加了供电可靠性，提高了维修的质量。 d 从市场的角度出发，微电网可能通过市场的途径使分布式发电系统整体化，从而削弱了大公司的市场力，并且由于输配电的简化，最终使得电价降低。 华北电力大学本科毕业设计（论文） 10 第 3 章 微电网在各国的发展现状 负荷的持续增长、电力系统结构的不断老化、环保问题、能源利用效率瓶颈以及用户对电能质量的高标准要求 , 已成为世界各国电力工业所面临的严峻挑战 [11]。 微电网对分布式电源的有效利用及灵活、智能的控制特点 , 使其在解决上述问题 方面表现出极大潜能 , 是许多国家未来若干年电力发展战略的重点之一。 目前 , 一些国家己纷纷开展微电网研究 ,立足于本国电力系统的实际问题与国家的可持续发展能源目标 , 提出了各自的微电网概念和发展目标。 作为一个新的技术领域 , 微电网在各国的发展呈现不同特色。 微电网在美国的发展 美国 CERTS最早提出了微电网的概念 , 并且是众多微电网概念中最权威的一个。 美国 CERTS提出的微电网主要由基于电力电子技术且容量小于等于 500KW的小型微电源与负荷构成 ,并引人了基于电力电子技术的控制方法。 电力电子技术是美国 CERTS微电网实现智能、灵活控制的重要支撑 , 美国 CERTS微电网正是基于此形成了“即插即用”（ plug and play）与“对等” (peer and peer)的控制思想和设计理念。 美国 CERTS对其微电网的主要思想及关键问题进行了描述和总结 , 系统地概括了美国 CERTS微电网的定义、结构、控制、保护及效益分析等一系列问题。 目前 , 美国 CERTS微电网的初步理论研究成果已在实验室微电网平台上得到了成功检验 [12]。 由美国北部电力系统承建的 Mad River微电网是美国第 1个微电网示范工程 , 学者们希望通 过该工程进一步加深对微电网的理解 , 检验微电网的建模和仿真方法、保护和控制策略以及经济效益等 , 并初步形成关于微电网的管理政策和法规等 , 为将来的微电网工程建立框架。 美国的微电网工程得到了美国能源部的高度重视。 2020年，布什总统提出了“电网现代化（ grid modernization）”的目标，指出要将信息技术、通信技术等广泛引入电力系统，实现电网的智能化。 在最后出台的“ Grid 2030”发展战略中，美国能源部制定了美国电力系统未来几十年的研究与发展规划，微电网是其重要组成部分之一。 在 2020年的美国微电网会议上 , 美国能源部对其今后的微电网发展计划进行了详细剖析 . 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。 CERTS微电网中电力电子装置与众多新能源的使用与控制 , 为可再生能源潜能的充分发挥及稳定、控制等问题的解决提供了新的思路 [13]。 微电网在日本的发展 华北电力大学本科毕业设计（论文） 11 日本立足于国内能源日益紧缺、负荷日益增长的现实背景 , 也展开了微电网研究 , 但其发展目标主要定位于能源供给多样化、减少污染、满足用户的 个性化电力需求。 对于微电网的定义 , 日本三菱公司将微电网从规模上分为 3类 , 具体如表 31所示 [14]。 表 31 三菱公司对微电网的分类 类型 发电容量 /MW 燃料 应用场合 市场规模 大规模 1000 石油或煤 工业区 10 中规模 100 石油或煤，可 再生能源 工业区 100 小规模 10 可再生能源 小型区域电网，住宅楼 3000 从表中可看出 , 以传统电源供电的独立电力系统也被归人微电网研究范畴 , 大大扩展了美国 CERTS对微电网的定义范围。 基于该框架 , 目前日本已在其国内建立了多个微电网 工程。 此外 , 日本学者还提出了灵活可靠性和智能能量供给系统（ FRIENDSflexible reliability and intelligent electrical energy delivery system） , 其主要思想是在配电网中加人一些灵活交流输电系统(FACTS)装置 , 利用 FACTS控制器快速、灵活的控制性能 , 实现对配电网能源结构的优化 , 并满足用户的多种电能质量需求。 目前 , 日本已将该系统作为其微电网的重要实现形式之一 . 多年来 , 新能源利用一直是日本的发展重点。 为此 , 日本还专门成立了新能源与工业技术发展组织 (NEDO)统一协调国内高校、企业与国家重点实验室对新能源及其应用的研究。 NEDO在微电网研究方面已取得了很多成果。 日本对微电网定义的拓宽以及在此基础上所进行的控制、能源利用等研究 , 为小型配电系统及基于传统电源的较大规模独立系统提供了广阔的发展空间 [15]。 微电网在欧洲以及其它各国的发展 从电力市场需求、电能安全供给及环保等角度出发 , 欧洲于 2020年提出“ 聪明电网”计划 , 并在 2020年出台该计划的技术实现方略 [16]。 作为欧洲 2020年及后 续的电力发展目标 , 该计划指出未来欧洲电网需具备以下特点： a 灵活性：在适应未来电网变化与挑战的同时 ,满足用户多样化的电力需求。 b 可接人性：使所有用户都可接人电网 , 尤其是推广用户对可再生、高效、清洁能源的利用。 华北电力大学本科毕业设计（论文） 12 c 可靠性：提高电力供应的可靠性与安全性以满足数字化时代的电力需求。 d 经济性：通过技术创新、能源有效管理、有序市场竞争及相关政策等提高电网的经济效益。 基于上述特点 , 欧洲提出要充分利用分布式能源、智能技术、先进电力电子技术等实现集中供电与分布式发电的高效紧密结合 , 并积极 鼓励社会各界广泛参与电力市场 , 共同推进电网发展。 微电网以其智能性、能量利用多元化等特点也成为欧洲未来电网的重要组成。 欧盟资助的第 6个框架计划（ 2020年 2020年）名为“ Advanced Architectures and Control Concepts for MORE MICROGRIDS”的项目，对微电网的设计进行进一步细化，要求微电网具有灵活可变的多种拓扑连接方式，以适应在多种运行状态下可靠性、经济性和供电电能质量的综合最优[17]。 目前 , 欧洲已初步形成了微电网的运行、控制、保护、安全及通信 等理论，并在实验室微电网平台上对这些理论进行了验证。 其后续任务将集中于研究更加先进的控制策略、制定相应的标准、建立示范工程等，为分布式电源与可再生能源的大规模接人及传统电网向智能电网的初步过渡做积极准备。 除美国、日本、欧洲外，加拿大、澳大利亚等国也展开了微电网研究。 从各国对未来电网的发展战略和对微电网技术的研究与应用中可清楚看出 , 微电网的形成与发展绝不是对传统集中式、大规模电网的革命与挑战，而是代表着电力行业服务意识、能源利用意识、环保意识的一种提高与改变。 微电网是未来电网实现高效、环保、优质供电的一个 重要手段 , 是对大电网的有益补。 下表 32是国外几家实验室的微电网研究对比 [21]。 表 32 微电网研究对比 研究机构 建立时间 系统容量 电压等级 能源 威思康分校 2020 200KW 208V/480V 微染机，燃料 电池 芬兰工业大学 2020 96KW 400V 太阳能电池， 蓄电池 希腊雅典工业大学 2020 80KW 400V 燃料机，太阳能电池 欧盟微电网实验室 2020 210KW 400V 燃料电池，燃料机 加拿大多伦多大学 2020 微电网在我国的发展 华北电力大学本科毕业设计（论文） 13 分布式发电在电力系统中所古的份额还比较小，但是随着电力负荷的快速增长，电力市场的推行，以及分布式发电技术和电力电子技术的发展，分布式发电在未来十年内将会有实质性的发展，主要体现在以下几个方面： a 为城市配电网的工业、商业、企事业以及居民等用户提供电力，主要发电形式为小型燃气轮机、燃料电池以及太阳能发电等。 b 为农业、山区、牧区以及偏远用户提供电力，主要发电形式为小型燃气轮机、风力发电、化。