2020风光储系统运行特性.docx

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1、风光储系统运行特性微网（MicroGrid.简称微网）既可以与大电网并网运行.也可以孤立运行.是未来分布式发电或智能电网中的典型应用形式。微网的电压及频率稳定问题在微网电源为风电、光伏等可再生能源发电时更为突出，而储能系统的引入可以有效地解决该问题同时，储能不仅是一种产品，也是一类功能的集合，储能技术与风电、光伏发电等间歇式电源的联合并网应用，有助于提高电网对风电、光伏等的接纳能力.储能技术通过集成能量转换装置，可实现对电力系统各种平滑快速控制，给智能电网提供智能的基础，并进一步改进电网运行的安全性、经济性和灵活性，实现对电能使用的有效控制、可见，风光储系统的联合应用，将开启电力服务的新纪元。

2、1风光储分布式应用1.1分布式发电与微网分布式发电供能是指利用各种可用的分散存在的能源，包括可再生能源（如小型风能、太阳能.生物质能、小型水能、潮汐能等；和本地可方便获取的化石类燃料（主要指天然气）进行发电分布式发电系统既可发电，也可供冷、供热，是一种能源的高效利用方式。与传统电源相比，分布式发电是清洁、高效的能源利用方式，与传统集中供电方式相比，发展分布式发电具有以下作用：I）分布式发电是发展可再生能源的主要途径之一。和集中式大规模风力发电、光伏电站相比，分布式可再生能源发电同样重要，它可以根据当地的资源构成因地制宜地发展本地可再生能源发电2）在靠近负荷的区域发展分布式发电可以降低输变电设备

3、的投入.3）降低尖峰负荷对整个电力系统的压力，$降低电力资产投资的风险由于难以准确地预测远期的电力需求增长情况,为规避风险.电力公司往往不愿意投资大型的发电厂以及长距寓超高压输电线路.此外，高压线路走廊的选择也比较困难这都促使电力公司选择一些投资小、见效快的分布式电厂项目来就地解决供电问题然而，分布式发电技术的潜力尚未得到充分发挥。由于在目前的电网结构下，分布式发电改变了传统的发展方向，给电力系统的稳定运行增加了不确定因素，给电压调节、保护协调与能量优化带来很多问题另外，分布式的可再生能源发电很难作为独立电源，往往需要配置油机、微小型燃气轮机或蓄电池等作为备用或补借或者直接接入电网.以电网作为

4、能量支撑随着分布式可再生能源发电的快速发展及其并网渗透率提高，给电网带来了越来越多的稳定性和电能质量问题.制约了可再生能源的进一步发展为使分布式发电得到充分利用，微型电网应运而生.微网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置，相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统是一个具备自我协调运行的智能控制系统，能够实现能量互补、经济调度和优化管理微网作为分布式发电的高级组织形式，将发电单元和负荷通过控制有效地组织在一起，既可以独立运行，也可以与大电网并联运行.微网通过有效的资源配置、系统规划和能量管理，可以提高分布式发电的能源利用效能和运行稳定性，实现分布式发电与大电网高效、安全、可靠地互补运

5、行，已被视为分布式发电无缝集成到现有电力系统的重要组织方案和技术:通过微网合理的规划、组织、管理.能够使分布式发电对电力系统的负面影响最小化，并能使分布式发电的控制柔性发挥至从电网调度角度看，微网是电网中的一个可控电源或负载，它既可以从外电网获得能量.也可以向电网倒送电能在微网中配备适宜的储能可以维持系统能量的鼠时平衡，以平抑风电、光伏等间歇式电源发电出力波动或负荷突变，或者克服微型燃气轮机和燃料电池等响应速度较慢.负荷跟踪能力较差等问题，从而提高可再生能源发电的稳定性和电能质量，并减少其并网运行时对电网的影响，尤其是高渗透率下的电网稳定性。此外，由于储能单元具有稳定的和持续的功率输出能力，可

6、以在电网故障时作为微网的组网电源，为微网提供稳定的电压和频率，确保分布式电源和负荷的可靠工作：尤其值得关注的是.近年来各种新型储能技术如锂电池、液流电池、钠硫电池、超级电容器和飞轮储能等，在技术经济性上取得了长足的进步，同时它们也适宜于微网的储能应用：对于负荷来说，不管微网是孤岛运行模式还是并网运行模式，都要求有频率恒定、电压稳定的电源，可是由于微网规模一般较小，系统惯性不大，当大功率的电力负荷投切时，微网的电压和频率波动十分明显，对整个微网系统的稳定运行造成一定影响,我们总是期望微网中的主发电设备（一般为同步发电机）始终工作在其额定容量下，但是微网系统的负荷量并非一直不变的，它会随时间和天气

7、的变化而变化:为了满足高峰时的负荷供电.往往需要使用燃油.燃气的调峰电厂对高峰负荷用电进行调整但现在燃料的价格很高.这种高峰调节方式费用昂贵.微网电压、频率稳定的问题在微网电源为光伏等可再生能源发电时更为突出.储能系统可以有效地解决这个问题，即在负荷低落时储存分布式电源的多余电能.在负荷高峰时将储存的能量回馈给微网.以满足负荷和功率调节的需要储能系统作为微网必要的能量缓冲环节，增大了系统的惯性，可以提高系统的电能质量,使整个微网系统稳定运行.它不仅避免了为满足负荷高峰期而颖外安装的发电机组,同时充分利用了负荷低谷期系统的剩余发电量.避免了能量浪费同时.储能系统还可以作为备用电源使用，提高了微网

8、的供电可靠性，储能系统在微网中的作用日益重要可见，分布式发电是发展可再生能源的主要途径之一,而微网是分布式可再生能源发电的有效形式，可以控制分布式发电对电网的影响，使得微网成为电网的一个可控的发电单元或者负荷.而储能是微网的关键技术，未来随着微网规模的扩大必将带动适合微网的储能技术的发展。1.2微网的作用微网作为大电网的一种有益的补充形式，能够高效、经济地实现对用户的多样化、高可靠性的供电要求.其中较为突出的表现在以下几个方面：I.缓解高峰负荷压力随着经济发展和人民生活条件的不断改善，夏季空调器用电持续攀升，电网短时间的尖峰负荷越来越大，若采用增加发电装机容量的方法来满足高峰负荷是很不经济的，

9、而利用微网来充分调动分布式电源和负荷参与系统调峰.则能够有效地缓解峰谷差问题，缓解输配电线路的升级压力.2.提高电网抗灾能力的迫切需求在2008年春天我国南方冰灾和2008年5月份的汶川地震期间，我国电网都发生了大面积的停电事故.如何在极端恶劣的灾害条件下保障重要负荷的持续供电和提供可靠的应急电源，是提高电力系统的抗灾能力的关键，微网可以在故障时与大电网断开独立运行，在突发灾难时能够保障重要负荷的供电具有一定的抗灾能力，是建设抗灾型电网的一个重要手段。3.促进衣村电气化和配电网升级我国幅员广阔，气候等自然条件以及产业结构不同，导致各地电网负荷特性差异很大.在我国发展微网，需要针对我国电力系统的

10、特点，结合其不同区域的具体需求提出针对性的解决方案，给出典型设计规范与运行规范(1)城市区域微网和工业微网城市区域微网按居民小区、宾馆、医院、商场及办公楼等进行建设，这类微网在并网运行时主要通过大电网供电，而大电网故障时则与之断开进入孤岛运行模式，以保证重要负荷的供电可靠性和电能质量.此外，这类微网多接在IOkV低压配电网，容量为数百千瓦至IOMW等级，经济较发达的城市地区应该大力发展清洁能源发电，以减轻环境压力，同时应适当地发展当地可利用的可再生能源发电.例如可以在北京、上海、广州等大、中型城市，建设与建筑物一体化的屋顶太阳能并网光伏发电设施企业微网一般接在IOkV或35kV配电网，容量多在

11、数百千瓦至100MW(I-般分布在城市的郊区，多利用传统电源满足企业内部的用电需求微网能满足该类企业对电力安全性和可靠性较高的需求，并充分利用回热，有效地提高资源的利用效率，为企业降低成本、提高效益.(2)衣村草原山区配电网改造农村电网是农村重要的基础设施.关系到农民的生活、农业生产和农村繁荣充足的电能供应是建设社会主义新农村的能源保障前提值得注意的是，国家发展改革委关于实施新一轮农村电网改造升级工程的意见已经国务院同意其中提到：必须抓紧实施新一轮农村电网改造升级工程，进一步提升农村电网供电可靠性和供电能力，满足农民生活、农业生产用电需要L目前在我国农村地区及草原、山区等偏远地区仍有大量人口没

12、有得到足够的电力，而这些地区电力需求较低，将输配电系统延伸过去代价过大，一些已改造过的农村电网与快速增长的用电需求不相适应，又出现了新的线路卡脖子”和设备过负荷”问题而微网应用地点具有灵活性.所以适用于以较低成本利用当地可再生能源为用户供电.这类微网一般接在400V低压配电网.容量在数千瓦至数百千瓦，多用于解决当地用户的用电需求。偏远地区的可再生能源丰富可以充分利用当地的风能、太阳能.沼个、衣作物经济作物残渣进行发电例如在风力资源丰富的三北地区建设风电基地：在西藏.青海、新裾等省(自治区)建设户用光伏发电系统，解决偏远地区无电村和无电户的供电问题，促进农村城镇化的进程，如图5-1所示.(3)海

13、岛微网我国海洋能源非常丰富，具有孤岛发电和并网发电潜力，如果能够将潜在的海洋能源并网发电，与其他发电设备、储能装置以及当地负荷有机地结合起来，构建海岛微网将大大母解能源的紧张局面，对于我国的海洋经济、海洋战略起到重大的作用.小型风电微阳控制小型光伏光热沼气发电(人6粪便、食物残渣等)图5-1农村微网系统2011年国务院批准的我国首个以海洋经济为主题的国家故略层面新区一山群岛新区包括1390个岛屿，发展潜力巨大。随着我国海洋经济和旅游业的发展，用电需求也迅速增长。海上电能的远距离传输存在相当大的困难，如何开发海洋能源、如何利用海洋新能源是实现海洋经济快速发展的重要瓶颈之一。1.3微网研究现状I.

14、欧洲微网研究概况作为提高电网供电可靠性的重要实现方式，微网的相关研究近年来受到了欧盟各成员国的普遍重视，以能源，环境和可持续发展为指导思想的欧盟第五研究框架(19982002)和第六研究框架(20022006),分别资助了*Microgrid和MereMicrogrid项目，与之相关的还有Dispower、DGFACTS等项目对分布式电源控制策略和上层调度管理方面展开相关研究.2006年4月，欧盟发布了智能电网一欧洲未来电力发展战略及前景.绿皮书，阐述了智能电网的概念.提出了欧盟电力发展的远景规划：建立以集中式电站和微网为主导的供电可靠，少环境污染，高经济效益的智能电网形式，并将其作为欧盟第七

15、研究框架(20072013)的核心议题之一。作为欧盟微网项目的研究成果.欧盟的微网实验室和示范平台体现了欧盟在微网领域所做的有益探索.雅典国立大学是欧盟微网项目的先驱者，其建立的NTUA微网结构是欧盟所倡导的一种结构.NTUA实晚室微网的建设目的主要是对分层控制微网结构进行验证,对底层的光伏和储能装置在联网和孤岛模式下的不同控制策略进行验证分析，并实现微网的联网和孤岛之间的无缝切换.同时验证微网的上层调度管理策略对微网的经济性、降低环境污染方面的效益进行软件评估。位于德国的DeMoTeC微网示范平台，拥有各种不同的发电设备，如5.5kW微型热电联产电站、32kW柴油发电机组、多台蓄电池逆变器、

16、来自各公司的不同型号光伏逆变器、5kW风机模拟器、30kW虚拟电池模拟器、可控负载、IOkV配电线路模拟器、各种类型负载等其占地面积将近600平方米，是欧洲目前最大的一个微网实蜿平台。DeMoTec微网可以实现联网和孤岛模式无缝切换.并且联网运行时，当分布式电源出力大于负载消耗时，可以向电网倒送电能DemoTec微网实验室对欧盟微网理论的发展起到了巨大的推动作用.1.abein微网位于西班牙巴斯克地区的毕尔巴鄂市，是欧盟多微网项目的示范平台之一,通过100OkVA和45IkVA的两台变压器接入30kV网络.其结构如图5-2所示。Labein微网包括常规分布式电源(0.6kW和1.6kW的单相光伏，3.6kW的三相光伏，6kW的直驱式风机)，传统电源(2台63kVA的柴油发电机组)，储能装置(48V1925h和2