并网光伏发电微网系统

112009年 10月 30日并网光伏发电微网系统Grid-Connection Photovoltaic Micro-Grid System杭州电子科技大学 光伏发电微网系统技术中心报告人：刘士荣liushirong@hdu.edu.cn2n 分布式发电与微型电网n 并网光伏发电微网系统n 主要研究工作提纲23一、分布式发电与微型电网1、分布式发电技术（ Distributed Generation, DG)以清洁能源为主的分布式电源（ Distributed Energy Resources, DERs ）微型燃气轮机发电： 以天然气、甲烷、汽油（柴油）为燃料的超小型燃气轮机，发电效率可达 30%以上，实行热电联产，效率可进一步提高。特点：体积小、发电效率高、排污少、运行维护简单。燃料电池发电： 熔融碳酸盐型 MCFC 、磷酸盐型 PAFC 、固体氧化物型 SOFC、质子交换膜 PEMFC将燃料（天然气、煤制气、石油）中的氢气 借助 电 解 质与 空 气中的氧气发 生 化 学反应 ， 在生成水 的 同时 进行发电。除 电能 之外 ， 副 产 品 ：热、 水 、少 量 CO24太阳 能发电技术（光伏、光热）风力 发电技术生 物质能发电技术海洋 能发电技术地 热能发电技术分布式电源（ Distributed Energy Resources, DERs ）储 能 装置 ：蓄 电池 储 能、超 导储 能、 飞 轮 储 能35可再生能源减少 CO2 排放量节省能源 / 降低能源成本新能源自然能源分布式发电（ DG）6分布式发电（ DG）分布式发电（ DG） 是通过在配 电网 建立 单 独 的发电 装置来对重要负荷 进行 供 电，并 通过 PCC （ point of common coupling ） 和外界 电网进行能 量 交换。分布式发电特点：n 靠近负荷用户，通过电能和热能的综合利用提高能源利用效率n 提高电能质量和供电可靠性n 减少各种碳化物的排放，比较环保n 减少电能远距离传输带来的线损和各种稳定方面的问题n 延缓有负荷不断增长带来的电网不断扩建总之 , 大电网与分布式发电（ DG）相结合 ：降低能耗、提高电力系统的可靠性和灵活性 。47分布式发电的 不足 ：n 分布式电源 单机接入配 电网成本高， 控制困难n 分布式电源 对于 大电网 而言是 不可 控 源，通 常 大电网 是采取限制 、 隔 离的方式来 对待 DERs，减少 DERs对 大电网的 冲击n 当 电力系统 出现故障时 ， DERs必须马上退出运行。影响了 DERs作 用的发 挥分布式发电（ DG）82、微型电网（ Micro Grid ）微型电网（ Micro Grid ）微型 电网： 将 各 类 发电 装置 、 储 能 装置 、负荷 及控制装置集 成起 来， 形 成 一个单一 可 控 的 单元 ， 同时向 用户供 给 电能和热能 。生 物能 风 能储 能微型燃气轮机燃料电池光伏负荷 负荷热 力负荷 热 力负荷大 电网59微型电网特点： 除了 分布式发电的 优势之外n 配 电网 侧 ： 微型 电网相 当于 电网 中 的 一个 可 控单元 ， 它 可 以在数秒内动作 ， 以响应外部 输 配 电网的 需求n 用户 侧 ： 微型 电网相 当于 可定 制 的电源，可 满足 用户 多样 化的 要求。例如 增 加 供电可靠性，降低 馈 线损耗， 支持当地 电压 ， 及时 提供电 压下坍 的 校正 ，利用 废 热提高效率 。n 电 压等级 ： 适 合 于中 、低 压配 电网n 电源 容 量： 微 电源的 容 量 在几十 千瓦 ~几 百千瓦 ， 或 几个 兆瓦n 运行 模 式： 并 网 运行 、自 治 运行 （ 孤岛 运行 ）微型电网（ Micro Grid ）10一 种新 型的电 力 系统：? 将一 定区域内拥有 的发电 资 源联 结起来 ，并 通过配 电网与主 干大电网并网运行? 可以并网运行， 也 可以 孤岛 运行典 型微型电网 结构示意6113、 国外 微型电网 研究及 进 展美国 的微网 研究 – CERTS（ 美国 电 力 可 靠性 技术 解决方案协会 ）12对 微型电网的 定义 ： 微型电网 是 一 种有负荷和 微型电源 共同组成的系统，可 同时 提 供 电能 和 热能 ； 微网 内部 的电源 有 电 力 电子 装置负责 能 量 的 转 换，并提 供必要 的 控 制 ； 微电网 向对 于 外部配 电网（ 大 电网） 相当于 一 个受 控 单 元 ，并可 同时 满 足 用户 对 电能质量和供 电 安全 性 的 要 求 。CERTS 微电网的 设计 特点：n 分 散 的 即插即用 系统（ plug-and-play system）， 整个 系统 灵活性 很好n 不 采用快速 的电气 控 制n 单点并网 不 上网， 公 共 耦合 （ PCC）， 不外 送功 率n 清 晰 的 设计 以提 供不同 层次 的电能质 量和供 电可 靠性n 随 时 可 接入 DERs等美国 的微网 研究 – CERTS（ 美国 电 力 可 靠性 技术 解决方案协会 ）713美国 GE的微网 研究GE的微网架 构GE对微 网 研究 的 侧 重点主 要在于 大的 外 环路 的 监 控控制 ， 以及 能量利用和 控制 成本的 优 化14欧盟 的微网 研究 项目 （ 欧盟第五框架计划 ）（ I ）1998-20027个欧盟 国 家 ， 14个 成 员 ， NTUA组 织 实 施 ， 预算 450万欧元815德 国 ISET 大学 的微网实 验室欧盟 的微网 研究16主 要研究成 果 ：n DERs 的 模 型n 基于代理 的 控 制 策略 、 本 地 黑启动策略 、 接 地和 保 护 方案n 控 制 算法 ， 包括 分 层 式 和 分布n 分布式电网 内外 的能 量 管理n 装置 以 及 接口 的 响 应和 其它 要 求n 量 化 了 可 靠性 效 益 和 降低 的 损耗n 研 制 了 一 些稳态 和 动态 分 析工具欧盟 的微网 研究917欧盟第六框架计划 （ II ） - 多 微网2002-200611个欧盟 国 家 ， 22个 成 员 ， NTUA组 织 实 施 ，预算 850万欧元18多 微网 项目 的主 要 目标 ：n 研究成 熟 的分布式电源 控 制技术n 研究 多个 微网的 集 成n 研究 标准 和 基准 的 需 要n 现场 测试 的以 测试 应 用 在 实 际 微网中的 控 制技术n 微网 对 电 力 系统运行 和 计划 的 影 响 的 量 化欧盟 的微网 研究1019希腊 Kythnos岛 微 网系统欧 洲 的微网 示 范 项目20欧 洲 的微网 示 范 项目荷 兰 Continuon度假村 微 网系统1121欧 洲 的微网 示 范 项目德国 Mannheim-Wasttadt地 区 的 MVV 居民区示范 微 网系统22日 本 的微网 研究NEDO 的 并 网 研究项目1223主 要侧 重 与 控制以及 电能 存 储NEDO 组 织 的微网 研究NEDO 组 织 的微网 研究 项目 ：n 中 部 机 场 的 爱知世博 会 微电网 示 范 工 程2个 高 温 熔融碳酸盐型（ MCFC ）燃料电池（ 270kW+300kW ）、4个 磷酸盐型 ( PAFC) 燃料电池（ 各 200kW ）、 1个 固体氧化物型（ SOFC）燃料电池（ 50kW ），光伏发电 容 量 300kWp 、 1个钠硫磺 电池 组 （ 500kW ）。n 京都 微电网 示 范 工 程n 青森县 微电网 示 范 工 程24日本青森县八户市微网示意图1325日本清水建设技研所的 CHP 微网系统26二、太阳能光伏发电微型电网并网光伏发电微型电网系统n 以 太阳 光发电为主 要 电源，并 需 有 稳 定 电源（ 如 微型燃气轮机、燃料电池、 大 容 量储 能 装置 等 ） 配 合n 具 有 洁 净 、运行 成 本低 、可 直 接 分布 在 用户 负荷 中心附近 、 适 合 城市 化、 区域 化 应 用n 提高 灾变情况下 供 电系统可 靠性n 应 用场合 ： 公 共 设施 、 学 校 、 社 区 、 医院 、 商 场 、工 厂 、 农村 、 海岛 、 国 防军事 等1427電力会社timekW timekWtimekWtimekW大規模太陽光発電の導入建物蓄電装置打ち消しあうように、発電機等を制御蓄電池＋発電機受電点timekW平滑化し、電力品質維持并网光伏发电微型电网28先 进 稳 定 的并网光伏发电微网系统中日政府可再生能源科技合作项目2007年 中日政府可再生能源科技合作项目之一。国家发改委、浙江省发改委与日本新能源产业技术综合开发机构 ( 简称 NEDO）合作 。微网系统的电源容量 240kW太阳能发电： 120kW柴油发电机： 120kW光伏发电（自然变动能源）比率提升到 50%。中方执行单位：杭州电子科技大学日方执行单位：清水建设技术研究所1529光伏发电微网系统的 构成超 级 电 容EDLC100kW± 2sec铅 酸 蓄 电池50kW× 1h柴油发电机120kW质 量 调节装置100kVA太阳 能发电120kW干 扰 发 生装置负荷 B1631微网构 建 的位置实 证 实 验 系统的 构建第 6、第８教学楼32第 4变 电 所控 制 室４ F发电机 室蓄 电池 室配 电 盘 室太阳 能电池地 下电 缆实 证试 验 系统 配置 图1733太阳 能电池（ 120ｋ W)配置 图太阳能 电 池板的数量 : 728 张电 池板安装面 积 : 946m2固定 输 出功率 : 120ｋ W34屋顶 太阳 能光伏发电系统1835柴油发电机 组 、 蓄 电池系统柴油 发电 机 组蓄 电 池 系统36电 压跌落补偿 系统超 级 电 容、 质 量 调节 装置等EDLC控制系统、电压跌落补偿系统1937第 4变 电 所控制室逆变器、并网连接、综合控制室38实证研究的目标担心会 给 电网带来 影响今后能够大量引进太阳能发电等新能源构筑以太阳能等自然变动能源为主体的稳定微网系统对利用 微网 安全供 电 时所需 要的技术 性课题进 行实证 研究l 并 网 状态 ： 以 尽 量降低 对 电网的 影响 为前 提， 实 现 稳定供电l 独立 运行 ： 提供电 压 、 频 率稳定的高 品 质电力2039实证研究的内容n 对 微网稳定 供 电 对策 进 行验证n 对供需 的 控制方法 进 行验证n 对瞬间 、 短周期 （ 数秒内 ） 功 率（电 压 、 频 率）变动的 追随性 能进 行验证n 对在最 大 程度上利用 太阳能发电等自然变动电源的 供 电系统进 行验证n 对 并网 及 自 立运行时 的电 力供需状态模拟和 分 析40n 自立（孤岛）运行时，电能质量符合国标3～ 5%（综合）高次谐波△ V10≦ 0.32V（平均值）电压闪变± 0.1 ～ 0.3Hz（平均值）频率偏差标准电压 380V： 380V± 7%标准电压微网系统在独立（孤岛）运行的电能质量标准电能质量2141项目的特点n 构 建 微网系统 ， 把 光伏发电 比 率提 升到 50%? 太阳 能发电： 120kW 柴油发电机： 120kWn 对 并网 及独立运行状态下 的 供 电稳定 性 进 行验证? 通过供需控制 系统 实现 稳定 供 电? 利用蓄 电 池 、 超级 电容 追随负荷 变动? 通过质 量 调节 、 瞬间 电 压跌落补偿装置 提 高供 电 品质n 独立运行时，积极利用干扰 发生 装置验证供 电 品质? 通过 人工 性干扰 （电 压 变动、 频 率变动、 闪 变、 高次谐波等） ，? 对维护供 电 品质 的 对策 进 行验证42Constant power flow at the GP could be maintained.The power change of the GP was restrained to targeted purchase power less than ± 5kW并网点恒定潮 流 控制2243自立运行 试验自 立 （ 独 网）运行 时 ， 通过 柴油发电机、 蓄 电池 和 光伏发电的 配 合 ，达 到 负荷 平衡 ，电 压 和 频 率 保 持 在 稳 定水 平44三 、 主要 研究 工作n 光伏发电微网的 规划 、 设计 、分 析和 系统构 建 技术n 光伏发电微网系统 建模 与 仿真n 光伏发电微网系统的 独 网（ 孤岛 ）稳定 运行 （能量优化 、 管理和控制策略 等）n 光伏发电微网与电网（ 配 电网）的 协 调运行 、 控制和 保 护 技术研究n 光伏发电微网系统的 经济 运行n 光伏发电微网系统 实证 研究2345