新能源发电与控制技术第3版 惠晶第6章 分布式电源与微电网组网技术

第6章分布式电源与微电网组网技术第6章分布式电源与微电网组网技术机械工业出版社第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社主要内容6.1分布式能源的特征及其应用6.2分布式供电与储能技术6.3微电网与多单元混合组网技术6.4电能质量与控制技术6.5分布式能源的综合利用及经济技术评价第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社6.1分布式能源的特征及其应用6.1.1分布式能源的特征分布式能源也叫分布式资源（DER，DistributedEnergyResources），是一种能源的分布式应用系统，实现用户端的能源综合利用，相对于传统的集中供电方式而言，是指将冷--热--电系统以小规模、小容量（数kW—20MW）、模块化、分散式的方式布置在用户附近，可独立地输出冷（Cooling）、热（Heating）、电能（Power）的系统。*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社1.分布式能源的定义国际分布式能源联盟（WADE，WorldAllianceforDecentralizedEnergy）对“分布式能源”给出的定义是：发电系统能够在消费地点或很近的地方发电，并具有：①高效的利用发电产生的废能生产热和电；②现场端的可再生能源系统；③包括利用现场废气、废热以及多余压差来发电的能源循环利用系统。这些系统就称为分布式能源系统，而不考虑这些项目的规模、燃料或技术，及该系统是否联接电网等条件。*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社国际公认的发展前景良好、用途广泛、移动与固定供电兼具、能源转换高效、可热电综合利用的两种重要分布式能源利用形式： 微型燃气机发电机组，这是实现热电联产、高效利用能源和节能的主要形式； “燃料电池”技术，这也是未来主要的分布式能源利用技术之一。*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社微型燃气轮机发电机组*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社2.分布式能源主要特征： (1)高效性　 (2)环保性　 (3)能源利用的多样性 (4)调峰作用　 (5)安全性和可靠性 (6)减少国家输配电投资 (7)解决边远地区供电*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社分布式能源的先进技术包括太阳能利用、风能利用、燃料电池和燃气内燃机冷-热-电三联供等多种形式；主要技术有：电能有效利用（EUEE，EfficientUtilizationofElectricalEnergy）、智能通信技术（ICT，InformationandCommunicationsTechnology）、智能模块（SmartBox）、主动网络管理（ANM，ActiveNetworkManagement）以及微网（Micro-Grids）和智能电网（Smart-Grids），并实现整合预期能源发展的柔性电网（FENIX，FlexibleElectricityNetworkstoIntegratetheeXpected'energyevolution）。*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社3.分布式能源的综合利用：燃气-蒸汽联合循环发电燃料电池发电--余热利用技术整体煤气化联合循环（IGCC）煤炭气化多联产热--电--冷三联产风--光--燃气互补多联产发电等领域。*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社6.1.2分布式能源的应用1.分布式能源转换设备及装置（1）小型燃气轮机（2）微型燃气轮机（3）燃料电池（4）微型蒸汽轮机--蒸汽轮机（5）微型水轮机和微型抽水蓄能电站（6）太阳能发电系统（7）风力发电系统（8）余热制冷系统（9）热泵系统（10）能量回收系统*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社2.分布式能源中的系统优化技术（1）多种能源系统整合优化（2）将分布式能源与交通系统整合优化（3）分布式能源系统电网接入研究（4）储能技术（5）地源储能技术（6）网络式能源系统*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社3.分布式能源中的资源利用技术（1）天然气凝结水技术（2）将分布式能源与大棚结合的技术（3）利用发电制冷的冷却水生产生活热水的技术（4）空调系统废热回收技术（5）污水水源热泵系统（6）小型生物质沼气生产技术*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社4.分布式能源的主要应用形式热-电-冷联产技术燃气轮机发电系统微燃气机发电系统氢燃料电池发电系统风力发电系统小水电发电系统太阳能光伏发电系统地热能综合利用热-电联产系统生物质能源发电系统*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社6.2分布式供电与储能技术6.2.1天然气、燃气发电与控制技术天然气是指地层内自然存在的以碳氢化合物为主体的可燃性气体。组成天然气的成分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S等可形成单种或多种天然气水合物。形成天然气水合物的主要气体为甲烷，一般把甲烷分子含量超过99%的天然气水合物称为甲烷水合物（MethaneHydrate）。*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社天然气水合物样品纯净的天然气水合物*4/16/2008第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社夹杂着白色颗粒状“可燃冰”的海底沉积物海洋天然气水合物的形成机理*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社1天然气的特征与利用天然气的特征：天然气，也称为天然气水合物，在自然界发现的天然气水合物多呈白色、淡黄色、琥珀色、暗褐色等轴状、层状、小针状结晶体或分散状。它们可存在于零下，又可存在于零上温度环境。存在方式：（1）占据大的岩石粒间孔隙；（2）以球粒状散布于细粒岩石中；（3）以固体形式填充在裂缝中；（4）大固态水合物伴随少量沉积物。*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社气水合物与冰、含气水合物层与冰层之间有明显的相似性：（1）相同的组合状态的变化——流体转化为固体；（2）均属放热过程，并产生很大的热效应；（3）结冰或形成水合物时水体积均增大；（4）水中溶有盐时，二者相平衡温度降低，只有淡水才能转化为冰或水合物；（5）冰与气水合物的密度都不大于水，含水合物层和冻结层密度都小于同类的水层；（6）含冰层与含水合物层的电导率都小于含水层；（7）含冰层和含水合物层弹性波的传播速度均大于含水层。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社分子结构天然气水合物的结构: 结构I型:立方晶体结构，仅能容纳甲烷（C1）、乙烷这两种小分子的烃以及N2、CO2、H2S等非烃分子，这种水合物中甲烷普遍存在的形式是构成CH4·5.75H2O的几何格架 结构II型:菱形晶体结构,除包容C1、C2等小分子外，较大的“笼子”（水合物晶体中水分子间的空穴）还可容纳丙烷（C3）及异丁烷（i－C4）等烃类 结构H型:六方晶体结构，较大的“笼子”甚至可以容纳直径超过异丁烷（i－C4）的分子第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社墨西哥巴什山三种气水合物伴生气体ND：未检测到 样品 C1 C2 C3 i－C4 n－C4 i－C5 n－C5 水合物(H) 21.2 9.5 7.5 2.5 17.5 41.1 0.8 排放气体 88.0 8.0 2.1 0.3 1.2 0.4 ＜0.1 排放气体 88.0 7.5 2.2 0.5 1.1 0.6 ＜0.1 水合物(I) 71.8 3.4 18.8 5.7 0.3 ND ND 水合物(II) 73.9 4.9 16.3 4.6 0.2 ND ND*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社天然气的综合利用2010年世界各地发电用气占世界天然气消费比例*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社我国的能源消耗及能源结构趋势*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社我国天然气的使用构成(2006年)*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社我国天然气的现状（1）天然气在中国是一种稀缺资源（2）中国能否创造一条高效利用天然气的独特道路（3）电力与天然气应统筹安排合理利用（4）分布式能源供给体系发展长期滞后*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社世界天然气的利用历程世界天然气供给发展历程*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社世界天然气需求趋势第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社1985-2005世界天然气贸易量第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社世界天然气价格趋势第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社我国天然气的利用前景西气东输*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社广东LNG项目第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社2微型燃气轮机发电机组燃气轮机按功率分为：大型燃机(100MW以上)中型燃机(20～100MW)小型燃机(20MW以下)微型燃机(小于300kW)*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社燃气轮机又可分为轻型燃气轮机和重型燃气轮机 轻型燃气轮机为航空发动机的转型产品，如LM6000PC和FT8燃气轮机，其优势在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高，主要用于电力调峰、船舶动力。 重型燃气轮机为工业型燃机，如GT26和PG6561B等燃气轮机，其优势为运行可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高，主要用于联合循环发电、热电冷联产。轻型燃气轮机重型燃气轮机第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社燃气轮机的工作原理燃气轮机工作原理燃气轮机优点：效率高、功率大、体积小、投资省、运行成本低、寿命周期较长等。主要用于发电、交通和工业动力。燃气轮机由燃烧室、压气机、轮机装置组成����������������������������������������������*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社根据国际实际应用经验，发展热电联产特别是小型燃气轮机热电冷联产，是合理利用天然气资源的最佳途径和最有效手段。优势：提高能源利用效率，有效改善环境；提高天然气的储采比；降低开采、输送成本；实现全系统优化；降低气价、提高用户的市场竞争能力。*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社从我国西气东输沿线的能源设施布局看，主要是发展单机3～15MW、全厂总装机小于30MW、蒸汽供应能力200吨之内的小型燃气轮机热电冷联产项目，以现有区域、企业自备热电厂改造为主。小型燃气轮机热电冷联产的方式极为多样，小型燃气轮机热电联产是全世界新能源开发与利用的趋势。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社小型燃气轮机发电的特点小型燃气轮机正在进行三大技术革命：第一是回热利用技术——提高发电效率；第二是永磁发电机与大功率晶体管可控变频技术——保障并网的安全可靠，提高自动化控制能力，降低生产成本；第三是直接与余热溴化锂空调联合循环技术――省略了锅炉、化学水系统等设备，大大方便了用户。*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社（1）微型燃气轮机的工作原理微型燃气轮机发电是把飞机发动机的燃气轮机小型化，使用天然气等做燃料，产生高温、高压气体，推进发电机发电。技术特征：发电容量小，一般在30至80kW；占地面积少，设备大小犹如一台电冰箱；可以使用各种油、气作燃料；构成“热电并用系统”，从而提高能源综合利用效率；废气排出少，对环境污染程度较轻；适合于企业、医院、学校乃至家庭等分散使用。*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社美国的卡普斯顿(CAPSTONE)公司已经制造出65kW级微型燃气轮机发电装置，发电效率达到26%，年产量1万台。卡普斯顿燃气轮机*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社英国宝曼（BOWMAN）公司生产的80KW的燃气轮机BPS微型燃机的主要性能 单级径向压缩机 低排放环型燃烧器 单级径向透平 压比4：1 双润滑油系统轴承第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社微型燃气轮机发电机涉及5种关键技术： 液体或气体燃料； 用于发电的透平交流发电机； 产生高效热能的热交换器； 将电能转换成低压电能供给不同用户的功率调节器； 为天然气燃料提供合适压力的燃气涡轮增压机。*第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社微型燃气轮机的发展现状开发生产厂商主要集中在：北美、瑞典、英国和日本。具有代表性的厂家：英国的宝曼（BOWMAN）公司、美国的卡普斯通（CAPSTONE）和霍尼韦尔（HONEYWELL）公司。已商业化的容量为25～100kW，目前正在开发200～400kW的微型燃气轮机。我国的现状：我国已经具备一定的研究和生产能力，生产与制造水平有了长足的进步。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社国产QD70燃气轮机主要技术指标：输出功率：7060KW/最大8000KW，热效率31％，空气流量29Kg/s，动力涡轮转速：8300r/min。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社微型燃气轮机是一种将气体或液体燃料（如天然气、燃油）燃烧产生的热能转化为机械能的旋转式叶轮动力机械装置。主要结构有3部分：压气机（空气压缩机）、燃烧室、透平（动力涡轮）。微型燃气轮机的核心技术包括：利用空气轴承保持一个整体化的高速转子在6～15万r/min状态下运行，驱动小型永磁式中频发电机发电。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社微燃机及其涡轮发电机结构第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社（2）微型燃气轮机发电机组的特点1）与往复式燃机相比，微型燃机具有以下优点： 结构紧凑、体积小、重量轻、是传统燃机体积的1/4； 使用多种燃料、排放低，尤其是使用天然气； 可多台组合运行，加上蓄热水柜，能够灵活、可靠地对不断变化中的热、电需求进行适时调节； 能通过电话线和远程计算机通信系统实现自动运行、无需人员值守，运行费用低； 燃气不用增压，可以直接从燃气高压管网取气，也可从低压管网送气；第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社 直燃机可实现热电冷联产，也可通过生产热水，与热水空调组合运行； 投资低，用户端的能量利用效率高，设备运行效费比高； 环境效益极佳，氮氧化物的排放量仅为25mg／L，是燃气锅炉无法相比的； 无振动、寿命长、运行成本低；设计简单、备用件少、生产成本低；通过调节转速，即使不是满载负荷运转，效率也非常高。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社2）与电站相比，微型燃气轮机具有以下优势 没有或很低的输配电损耗； 可避免或延缓增加输配电成本； 利用燃机产生的热烟气可进行高效率的热电联产； 适合多种热电比的变化，可使系统根据热或电的需求进行调节，从而增加设备利用率；第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社 用户可自行控制； 可进行遥控和监测区域电力质量和性能； 分布式能源供给系统，具有灵活、安全、清洁、高效的特点； 在成本增加很小的情况下实现增加装机容量，建设周期短、环保压力小、土建和安装成本低。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社3）主要缺点： 技术相对较新，甚至不成熟； 发电效率偏低，目前不超过30%； 高度依赖信息与电子技术，必须与因特网技术同步发展，依靠网络和无线通信技术获得远程监控与技术支持。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社（3）微型燃气轮机发电应用 分布式能源供给系统；移动电站； 不间断供电系统； 航空工业用地面电力机组； 军队、学校、医院、机关、住宅等用户的备用电源； 新能源/环保项目（垃圾填埋/生物应用）等领域。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社3微型燃气发电机组的电气系统与控制技术微型燃气轮机发电机组具有灵活使用的特点，结合信息技术及物联网技术，在未来的能源系统中将占据重要的位置。各类电力电子变换电源的构成都离不开有源器件（电力电子器件、微电子器件）和无源器件（电容、电阻、电感和变压器），无源器件中的电感、变压器和电容器约占整机电源重量或体积的50%以上。发展趋势：微型燃机发电机组的中频化（1000Hz以上）、中压化（1000V以上）提高发电机转子转速和输出电压的幅值；降低输出电流、导线直径和发热。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社微型燃机控制与电力变换系统总体结构微型燃机发电机500-1200Hz400-900V100kW三相AC-DC变换器0-500Hz或50Hz/400V100kW三相DC-AC变换器50Hz/400V100kW三相变压器用户负载DC-DC可逆变换器三相AC-DC变换控制器0-50Hz/400V3kW三相DC-AC变换器燃料阀1K三相DC-AC变换器变频控制3kWh-540V蓄电池燃料增压泵电动机燃机控制器人机操作界面K23第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社在开机启动阶段工作原理图启动电动状态蓄电池向逆变器提供直流电封锁触发第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社工作阶段 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图断开K1中频电机为发电状态100KW三相AC/DC变换器K2闭合电容滤波输出500~1200Hz、400~900V交流电输出540V直流电输出50Hz、400V交流电负载3kWh蓄电池DC/DC3kW变换器100KW三相主DC/AC变换器100kW变压器第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社（1）电源变换与控制系统的构成与功能 100kW三相AC/DC主变换器（整流器）：将三相500～1200Hz、400～900V变化的交流电压经整流变为540V直流电压。 100kW三相DC/AC主变换器（逆变器）：将540V直流电压逆变为三相50Hz/400V恒频、恒压的工频交流电压；启动时变为500Hz/400V电源。 3kW三相DC/AC变换器（逆变器）：将540V的直流电压逆变为三相0～50Hz/400V交流变频电源，驱动燃机增压器电动机，控制燃料增压器电动机作变频调速运行，燃机启动阶段由蓄电池供电。　第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社DC--DC双向（可逆）变换器：为蓄电池充电或放电提供双向变换通道，并根据蓄电池的充电特性限制充放电电流。 100kW/50Hz三相隔离变压器：具有滤波和隔离作用，同时减缓操作冲击；利用变压器原副边绕组的感性特征，还可对输出电流低通滤波，使其变为平滑的正弦波形；变压器副侧绕组通常Y接、带中心抽头，以便构成三相四线的供电制式。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社（2）电源变换与控制系统的技术指标 100kW三相AC--DC主变换器：必须选用快速晶闸管；并且触发电路的同步信号必须快速跟踪发电机的电压频率，因此触发电路应具有频率锁相功能。 100kW三相DC--AC主变换器：启动时为发电机提供宽范围的变频电源，驱动发电机作电动运行，频率变化在0～500Hz范围内变化，使发电机实现平稳的软启动；启动结束后，为负载提供50Hz/400V的三相四线制恒频恒压电源；它的工作频率变化范围大，对控制电路PWM调制的动态特性要求高、控制较复杂。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社 系统采用微机协调控制和故障诊断：预测可能发生的故障，及时显示、报警，提高系统的可靠性。 主要技术经济指标：额定功率为100kW；输出的交流电压有效值为400V/三相四线制；稳态输出电压调整率≤±1％；瞬态输出电压调整率－15%～+20%；启动时电压稳定时间≤1.5s；电压波动率≤0.8%；线电压正弦波形总畸变率≤3%；输出额定频率50Hz；稳态输出频率调整率≤3％；瞬态输出频率调整率≤±7％；启动时频率稳定时间≤5s；频率波动率≤1.0％。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社6.2.2氢能、氢燃料电池发电与控制技术1氢能及其利用氢是一种理想的新的“含能体能源”，氢能在二十一世纪有可能在世界能源舞台上成为一种举足轻重的二次能源。氢有以下特点：氢的重量最轻；氢的导热性最好；氢是最普遍的元素；氢的发热值最高；氢燃烧性能好、点燃快，燃点高，燃烧速度快；氢是最清洁的能源；氢能利用形式多；能以多种形式存在以适应贮运。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社氢是一种理想的航天动力燃料氢是一种理想的车辆动力燃料氢是石油、化工、化肥和冶金工业中的重要原料和物料氢是燃料电池的重要燃料第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社2氢燃料电池介绍按电解质性质不同来区分，有碱性燃料电池（AlkalineFuelCell，AFC）、质子交换膜燃料电池（ProtonExchangeMembraneFuelCell，PEMFC）、磷酸燃料电池（PhosphoricAcidFuelCell，PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MoltenCarbonateFuelCell，MCFC）、固态氧化物燃料电池（SolidOxideFuelCell，SOFC）5种不同电解质的燃料电池。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社3.氢燃料电池工作的基本原理�e-e-H2O2H+负极正极电解质H2OH2O第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社4氢燃料电池发电系统的组成与工作原理第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社（1）燃料重整系统。　将得到的燃料转化为燃料电池能使用的以氢为主成分的一个转换系统。（2）空气供应系统。可以使用马达驱动的送风机或空气压缩机。（3）DC--AC变换系统。直流到交流的逆变装置。（4）排热回收系统。用于回收燃料电池发电时产生的热能。（5）控制系统。燃料电池发电是的起动、停止、运行、外接负载等的控制装置。（6）剩余气体循环系统。在高温燃料电池发电装置中，由于燃料电池排热温度高，因此安装可以使用蒸汽轮机与燃气轮机剩余气体的循环系统。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社氢燃料电池发电系统第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社5氢燃料电池发电系统的控制技术具有DC--DC变换器的氢燃料电池发电系统具有能量缓冲的氢燃料电池发电系统第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社氢燃料电池电源变换的一种主电路拓扑结构�����T������燃料电池IIIIIIUFVD1UBIB(t)VT0S11S13S12S14S21S22S23S24uT1uT2abLL2负载第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社AC--AC变换主电路拓扑���������uT2(t)VT11VT12VT21VT22VT31VT32VT41VT42abiL2L2RL第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社6.2.3分布式供电与混合储能技术1分布式储能的必要性微网系统便利了分布式能源的接入，同时却也由于其容量较小、较之常规电力系统有较高的故障可能性、一般包含有较大比重的可再生能源发电单元，使得微网系统承受扰动的能力相对较弱。储能技术以其能量可双向流动、可兼顾能量和功率需求以及优异的环保性能等特性受到了广泛的关注。储能技术在发电系统产业链中的潜在应用环节众多且可覆盖整个运行过程，其通过在合适的时间和地点提供服务，可以更好地实现微网系统的能量管理。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社1）储能作为独立单元情形1）发电环节可平抑负荷峰值、削峰填谷，若参与电力市场，可利用差额电价获取收益；可进行频率调节；可提供黑启动功能，带动其他类型的分布式能源单元启动及与主网同步；可进行区域控制，应对微网与该微网外部系统间 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外的功率交换。2） 输配电环节可增强系统稳定性，维持系统元件同步运行，以防系统崩溃；可进行电压调节，以使输电线路末端的电压维持稳定；还可进行频率调节、相角控制等。 3）用户端辅助服务可使用户的能量需求峰值时段转移，从而利用电力市场的差额电价减少用户支出；可提高电能质量，为用户提供优质电能；为用户提供不间断电源，增强供电可靠性。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社2）储能与可再生能源发电单元相配合情形1）可平抑可再生能源发电单元的短期随机波动（mins级），平滑可再生能源发电单元的功率输出曲线，稳定系统频率；2）可平抑可再生能源发电单元的长期波动（h级），以使可再生能源发电单元成为可调度型发电单元，增加其功率输出的稳定性；3）可缓解可再生能源发电的预测偏差所带来的影响，根据可再生能源发电的预测情况，储能配合辅助输出，可提高单元输出的可靠度，尤其在参与电力市场的情形下更为重要。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社2分布式储能的分类（1）根据功能实现分类储能技术种类众多，可将其从功能实现和储能方式两方面加以分类。从功能实现角度来说，储能技术可被分成功率型和能量型两类： 1）功率型储能技术指那些可提供大功率而容量相对较小，响应迅速，可进行频繁充放电，用于电能质量或不间断供电场合以增强可靠性的储能技术，譬如超级电容储能、超导储能、飞轮储能等技术； 2）能量型储能技术指用于能量管理场合的储能技术，譬如抽水蓄能、压缩空气储能、大规模传统蓄电池储能、新型电池储能等技术。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社2分布式储能的分类（2）根据能量储存方式分类尽管电能不能直接储存，但可以将其转换为其它方式方便地进行储存，并在需要时转换回电能形式加以利用： 1）机械储能方式主要包括有利用势能的抽水蓄能、压缩空气储能和利用动能的飞轮储能等形式； 2）电磁储能方式主要包括有超导储能、超级电容储能等形式； 3）电化学储能方式通过电池正负两极的氧化还原反应进行充放电，主要包括有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、钠硫电池、锂离子电池、全钒等液流氧化还原电池等形式。 第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社3常见的储能形式（1）飞轮储能技术外部输入的电能通过电力电子装置驱动电动机旋转从而带动飞轮旋转将电能储存为机械能；当需要释放能量时，飞轮带动发电机旋转，将动能变换为电能，电力电子装置将对输出电能的频率和电压进行变换以满足负载的要求。飞轮储能基本结构一般由5个部分组成：飞轮转子、轴承、电动机/发电机、电力转换器、真空室。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社（2）超导磁储能技术超导磁储能系统（SMES）利用由超导线圈把电网供电励磁产生的磁场能量储存起来，需要时再将储存的能量送回电网或作它用。SMES通常包括置于真空绝热冷却容器中的超导线圈、控制用的电力电子装置以及真空汞系统。超导磁储能与其他储能技术相比具有能量效率高，可长期无损储存能量，能量释放快，可方便调节电网电压、频率、有功和无功功率等显著优点。电力电子技术和高温超导技术的发展促进了超导磁储能装置在电力系统中的应用。3常见的储能形式第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社（3）蓄电池储能技术蓄电池储能系统（BESS）由电池、直-交逆变器、控制装置及辅助设备（安全、环境保护设备）等部分组成，目前在小型分布式发电中应用最为广泛。根据所使用化学物质的不同，蓄电池可以分为铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等。3常见的储能形式第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社（4）超级电容储能技术超级电容器SC（Supercapacitor）是根据电化学双电层理论研制而成，专门用于储能的一种特殊电容器，具有超大电容量，比传统电容器的能量密度高上百倍，放电功率比蓄电池高近十倍，适用于大功率脉冲输出。根据不同的储能原理，超级电容器分为电化学电容器（EC）和双电层电容器（DLC）两类。与飞轮储能和超导储能相比，超级电容器在工作过程中没有运动部件，维护工作极少，可靠性非常高，使得它在小型的分布式发电装置中应用有一定优势。3常见的储能形式第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社（5）抽水储能抽水蓄能是应用最广泛的一种大规模储能技术。在系统负荷低谷时段，利用盈余的电能从下库向上库抽水，将电能转换成水的势能存蓄起来；等到系统负荷高峰时段，上库放水经水轮发电机发电。它是一种重要的蓄能与调峰手段，同时也可参与调频、调相、调压、黑启动、提供系统备用容量等领域。3常见的储能形式第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社（6）压缩空气储能压缩空气储能的原理是在非用电高峰时段，利用盈余电能将空气压缩进一个特定的存储空间；在用电高峰时段，将被压缩的高压气体释放出来以进行发电。气体存储空间一般为地下岩洞、报废矿井等，需要经过一系列严密的检测、模拟以及分析方能确定。目前，研究人员也在寻求其它类型的合适存储空间。3常见的储能形式第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社4不同储能技术的比较 技术成熟度 商业化应用 示范工程阶段 研发阶段 秒级 小时级 秒级 小时级 秒级 小时级 几百MW   抽水蓄能 超导       压缩空气 几十MW 超导 铅酸电池   钠硫电池 超级电容   飞轮 几百kW~几MW 飞轮 铅酸电池 超级电容 全钒电池   飞轮 超导 锌溴电池 锂电池 几KW   飞轮 超级电容 飞轮     铅酸电池 锂电池第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社4不同储能技术的比较 储能类型 能量密度 功率密度 Wh/kgWh/L W/kgW/L 机械储能 抽水储能 0.5～1.5 0.5～1.5     压缩空气储能 30～60 3～6   0.5～2.0 飞轮储能 10～30 20～80 400～1500 1000～2000 电磁储能 超导储能 0.5～10 0.2～5 500～2000 1000～4000 超级电容储能 2.5～15   500～5000 >100000 电化学储能 铅酸电池 30～50 75～300 50～80 10～400 钠硫电池 150～240 150～250 150～230   锂电池 75～200 200～500 150～315   全巩电池 10～30 16～33     锌溴电池 16～50 30～60    第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社4不同储能技术的比较 储能类型 放电持续时间 储能持续时间 响应时间 循环效率 机械储能 抽水蓄能 几小时～几天 几小时～几月 分钟级 70%～85% 压缩空气储能 几小时～几天 几小时～几月 1秒～15分钟 65%～79% 飞轮储能 几毫秒～十几分钟 几秒～几小时 毫秒级 80%～95% 电磁储能 超导储能 几毫秒～几秒 几分钟～几小时 毫秒级 92%～95% 超级电容储能 几毫秒～几十分钟 几秒～几小时 毫秒级 85%～97% 电化学储能 铅酸电池 几秒～几小时 几分钟～几天 毫秒～几秒 75% 钠硫电池 几秒～几小时 几分钟～几天 毫秒～几秒 75%～90% 锂电池 几分钟～几小时 几分钟～几天 毫秒～几秒 85%～90% 全巩电池 几秒～几小时 几小时～几月 毫秒～几秒 65%～85% 锌溴电池 几秒～几小时 几小时～几月 毫秒～几秒 60%～75%第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社4不同储能技术的比较1）抽水蓄能、压缩空气储能、铅酸电池、钠硫电池、液流氧化还原电池、锂电池可用于系统能量管理，进行发电调峰、平衡负载、用作系统备用电源、稳定系统等方面；2）抽水蓄能、压缩空气储能储能容量大，放电时间长，适合大规模容量应用场合； 3）各种二次电池储能、飞轮储能、超导储能、超级电容储能技术可用于电能质量调节、系统暂态稳定和不间断电源供电等场合； 4）抽水蓄能、压缩空气储能技术可实现大功率、大容量电能储存，但对应用场址的地理条件有特殊要求，不适于广泛应用；铅酸电池储能技术较之其他类型电池成本较低、制造技术成熟，但其循环寿命较短，不宜深度放电，且存在有毒物质铅，不推荐广泛应用；第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社6.3微电网与多单元混合组网技术微电网的概念最早由学者LasseterR.H.提出，它是集合了负荷和微型电源并可工作在单一可控状态的系统，同时可以向当地提供电能和热能。微网的概念一经提出便受到各国能源专家和学者的重视，各国相继提出了微网的定义和研究侧重点。其中美国电力可靠性解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 协会CERTS给出的微网定义是：微网是一种由负荷和微源组成的系统，可以同时向负荷提供电能和热量，微网内的微源主要由电力电子装置负责能量转换，并提供必要的控制，微网相对于上层的大电网表现为单一的可控单元，并可同时满足用户对电能质量和供电安全等方面的要求。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社常见微源 技术类型 一次能源 输出形式 与AC系统接口 光伏发电 可再生能源 DC 逆变器 风力发电 可再生能源 AC 整流逆变 小型燃气轮机 化石燃料、可再生能源 AC 直接相联、交-直-交 燃料电池 化石燃料、可再生能源 DC 逆变器 蓄电池储能 电网或DG DC 逆变器 电容器储能 电网或DG DC 逆变器 飞轮储能 电网或DG DC 逆变器第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社特点1）微网内微源形式和储能装置的多样化。微网提供了一个有效集成应用DG的方式，微网内的间歇性微源以及工作模式切换时的需要使得储能单元成为微网正常稳定运行的必不可少的一部分；2）微网作为一个整体的系统，通过PCC与大电网单点连接，相对于大电网是单一的可控单元，从而有效解决了分布式发电系统中大量能源形式单独并网对配电网带来的负面影响；3）微网中的微源配置有先进的电力电子接口，使得微网可以有多种运行状态，并可以在各状态之间灵活切换。正常情况下微网联网运行，当大电网出现异常时，微网平滑转入孤岛运行，当大电网故障解除时，微网可以可靠再联网运行。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社6.3.1基于直流母线并网的微电网技术第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社6.3.1基于直流母线并网的微电网技术1.直流微网的控制技术微网的控制要点是保持供电电源端与负荷端能量的平衡；能量的平衡控制可采取本地控制或远程控制。微网能量的平衡控制要点可归结为：电压调整、电压闪变、电压跌落、持续中断和谐波含量等，亦即母线电压的调整和电能质量的管理。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社1.直流微网的控制技术（1）母线电压的调整直流微网由DG单元、负载和并网接口电路等部分通过各自的变流装置与直流母线相并联。根据变流器的并联特性可知，各并联模块对外表现为电压源特性时，由于配电线缆上存在阻抗压降，各节点电压存在差异，很有可能导致各并联电压源之间产生环流。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社1.直流微网的控制技术（2）电能质量的管理为了电压闪变和电压跌落的发生常用超级电容、飞轮储能或超导储能等快速充、放电的装置对系统的电能质量进行管理。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社2.直流微网的保护技术一般而言，微网保护系统的设计应遵循如下准则：1）可靠性包括对故障的辨别和抗扰动的能力。2）灵敏度包括快速清除故障和快速恢复系统正常工作的能力。3）性能要求即对于重要的负荷，能够最大限度地保证供电的连续性。4）经济性安装和维护成本，为了满足性能的要求，有时候可以牺牲一些成本。5）简洁性保护元件的数量和保护区域的划分等。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社2.直流微网的保护技术（1）直流微网的保护设备1）熔断器2）断路器3）多功能接线板与插头第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社2.直流微网的保护技术（2）直流微网的接地在现有的直流输配电系统当中，诸如海上风力发电、大部分的直流牵引系统、军舰直流区域配电和工业自动化系统，出于电腐蚀效应、系统安全或中点漂移等考虑因素均将系统接成IT形式。IT系统一次接地故障电流很小，接地故障的检测较为困难；用户无法用电笔测试出IT系统直流电的极性。TN系统或TT系统将电源的一点直接接地（可以是电源的正极或负极，也可以是电源的中点），系统发生接地故障时，漏电流较大，接地故障的检测相对容易一些。考虑到目前家用设备接地保护线与交流零线电位差限制，未来直流微网在给住宅、学校、商业建筑和工业区域供电建议采用TN系统。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社2.直流微网的保护技术（3）直流微网的故障类型及保护根据故障的类型进行划分，可将直流微网的故障分为极间故障和接地故障；根据故障的位置进行划分，直流微网的故障可分为母线故障与支路故障，其中支路故障又区分为输入端故障与输出端故障。在设计保护系统之前，应根据系统工作模式的不同对可能发生的故障进行详细的分析。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社3.直流微网的结网方式（1）直流母线的构成形式根据现有文献 资料 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 的介绍，直流微网母线的构成形式主要可以分为四类：单母线结构、双层式母线结构、冗余式的母线结构和双母线结构。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社3.直流微网的结网方式（2）直流母线电压的等级直流母线电压等级的确定应满足现有交流设备对输入电压范围的要求。我国单相电压有效值为220V，三相电压有效值为380V，因此，低压直流微网的母线电压应介于200至400V之间。日本在2009年12月提出380V的直流母线电压 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，并进行了相关的验证，这一标准日前已被美国电力研究院（ElectricPowerResearchInstitute，EPRI）所验证并接受。380V的直流标准现被广泛称为DC380V，它是基于数据中心直流配电提出的，现已逐渐得到业界的认可，但DC380V的标准是否适合于我国普通居民的用电需求，还有待于产学研各界进一步研究确认。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社4.直流微网的其他关键技术1）直流微网的通信技术和交流微网的通信技术类似，直流微网的运行也需要在采集不同特性的DG单元信息的基础上，通过配网级、微网级和单元级各控制器间的通信来实现。2）电力电子接口电路直流微网电源侧的接口电路分DC-DC和AC-DC型变流器，负载侧接口电路分DC-DC和DC-AC型变流器，变流器形式多样。由于微网与主网之间的能量交换根据系统运行管理的不同，既可以是单向的也可以是双向的。与交流微网相比，直流微网的接口电路结构更为紧凑，控制也更为简单，系统重构能力更强，更能满足模块化的要求。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社6.3.2基于交流与直流混合组网的微电网技术具有如下的特点：1）分布式电源及电力储能装置以交流、直流形式输出电能，采用交直流混合微网，将交流电源接入交流母线，直流电源接入直流母线，可以减少AC/DC或DC/AC等变换环节，减少电力电子器件的使用；2）某些负荷如荧光灯、风扇、冰箱、普通空调等只能用交流供电，某些新型的负荷如计算机、家用电器、变频器、开关电源、通信设备和电动汽车等或可采用直流供电，或者具备交直流转换装置，采用交直流混合的微网形式，可以减少变频装置，降低设备的成本。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社1交直流混合微网的规划设计及系统仿真1）研究交直流混合微网中的并网、孤岛运行时故障机理，并对故障特征及传播特性进行仿真研究。①微网并网运行时，微网内部故障对公共电网的继电保护影响及系统保护策略；②微网并网运行时，公共电网故障对微网系统保护的影响及系统保护策略；③微网孤岛运行时，微网内部各个能源及负载单元故障的系统保护策略。2）对交直流微网的稳定性及动态特性仿真研究。在微网系统级仿真模型后，还需要进一步开发稳定性和动态分析工具，仿真并网运行和孤岛运行模式切换，分布式电源和负荷异常时，系统稳定性和动态特性；不同频率、不同幅值的谐波的电流对于微网系统稳定性所产生的影响，以及各次谐波对系统稳定性的影响程度。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社2交直流混合微电网控制和保护策略为微电网的控制和保护提供信息支撑，其中控制策略需要涉及的问题包括：①微网中心控制器与配网控制器及市场控制器之间的信息交互及协调控制策略；②微网中心控制器与就地控制器之间信息交互及协调控制策略；③微网就地控制器自身的控制及调节策略。微网内的系统保护和控制策略理论上是控制保护一体化，但由于交直流混合微网处于探索阶段，微网内的能量流动路径较多，采用的保护策略也较多，交直流混合微网主要研究交流和直流网络之间在各种故障情况下，能量的传输路径。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社3交直流微网中的关键设备1）直流开关直流母线由于没有电流过零点，在发生断路故障时，断路故障电流是额定电流的几倍或几十倍；再则，当大电网或微网内故障时，需要根据故障保护及控制系统要求，迅速隔离故障，以确保微网系统安全性和稳定性，因此需要研究带通信功能的快速开断的直流开关。2）电力电子变压器电力电子变压器具有体积小、重量轻、空载损耗小、不需要绝缘油等优点，不仅有变换电压、传递能量的作用，而且兼具限制故障电流、无功功率补偿、改善电能质量以及能量双向流动的功能，因此可将电力电子变压器作为微网系统与大电网接入设备，使微网与大电网的连接和控制更加容易，但是电力电子变压器采用电力电子元器件较多，对需要其拓扑结构，损耗、可靠性进行分析和设计，并需研究其本体控制器及与主控制器的协调控制功能，以充分发挥电力电子变压器在微网能量管理、无功补偿、并网和离网运行时的独特优势。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社3交直流微网中的关键设备3）控制和保护装置交直流混合微网内能量流动路径较单一交流或直流微网能量流动路径较多，采用微网中心控制器和本地控制器对系统进行分布式和集中式相结合之间的自组织和自协调控制，使微网系统内发电、用电功率平衡，同时在故障时，对系统及单个分布式电源进行保护。因此需要研究适合交直流混合微网用的控制保护设备：①中心控制器；②分布式能源、负荷等的本地控制器；③就地控制器的通信接口和接口标准，为了满足微网内的设备即插即用，国内专家已研究出一种分布式电源和微网互联的通用接口单元；④微网就地和系统保护设备。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社4交直流混合微网的设计实例第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社6.3.3微电网的调度与可靠性分析1.微电网的调度微网能量管理系统（MicrogridEnergyManagementSystem，MEMS）可对微网内的DG单元和可控负荷进行统一的调度和管理。作为微网运行的指挥中心，MEMS的结构和功能设计与微网的组成、结构和运行要求关系密切，一般包含数据预测、优化调度、运行控制等基本功能，有时根据电网要求还需提供联络线功率平滑、削峰填谷等高级应用功能。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社1.微电网的调度MEMS通过与微网控制系统和配电网能量管理系统通讯实现其功能，其基本框架如图所示。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社1.微电网的调度（1）SCADA系统SCADA系统的主要任务是将实时采集的微网监测数据传递给数据库和能量管理模块，同时将来自能量管理模块或人机交互平台的发电计划和控制指令传达给微网控制系统。由于微网中包含大量以电力电子为接口的设备，如风机、光伏、储能等，这些设备通过独立的功率转换系统（PowerConverterSystem，PCS）进行本地控制。MEMS由SCADA系统向本地控制系统下发指令实现调度和控制功能，有时还在两者之间设置一个模式控制器，负责微网并/离网模式的控制和切换。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社1.微电网的调度（2）能量管理模块作为MEMS核心的能量管理模块需要结合实时监测数据、政策及市场信息、历史运行数据，制定微网内DGs、储能设备和可控负荷的投切与发电计划，并通过SCADA系统传递给相应的执行机构。能量管理模块的功能会随微网的发展不断完善，但从主体功能出发可划分为以下四个子模块：①数据预测子模块；②优化调度子模块；③运行控制子模块；④数据分析子模块。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社1.微电网的调度（3）微网调度策略为实现微网价值和MEMS诸多管理优势，首先必须选择合理的微网调度策略。目前，调度策略可分为启发式调度策略和优化策略两种类型，其中优化策略又可分为静态优化和动态优化。1）启发式调度策略2）静态优化策略3）动态优化策略第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社2.微电网的可靠性分析（1）微网可靠性指标体系微网的具体实施和可靠性评估离不开微网标准及指标体系的建立，制定标准有利于元件的通用互换及协调配套，促进新技术推广，对合理利用资源、保护环境、提高经济效益、进行有效的评价与分析具有重要作用，也是微网可靠性评估中分析微网运行策略、评定正常与非正常运行状态的依据。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社2.微电网的可靠性分析（2）微网电源特性及发电可靠性模型微网电源特性及发电可靠性模型理论上，电力系统可靠性评估的模型应尽可能全面地考虑各种影响因素，但是考虑的因素过于繁多不仅对可靠性建模造成极大困难，也会增加可靠性分析计算的复杂度，因此通常都是针对具体问题的需要进行分析，分别从不同的侧重点进行可靠性建模，重点关注那些对可靠性评估有较大影响的因素，再对评估结果进行综合，常见的有按照电源可靠性、发电可靠性、系统可靠性等内容进行分类。当对可靠性的影响存在多种因素时，为了找出系统的薄弱环节，常通过电力系统可靠性的灵敏度分析来发现对可靠性影响显著的因素，在研究中为了突出主要问题，还需要选择不同的侧重点和约束条件。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社2.微电网的可靠性分析（3）微网系统可靠性评估微网与传统电力系统相比，既存在相似的地方，但也在结构和运行方式等方面有着独特、鲜明的特性。例如，与配电系统相比，微网的系统规模、负荷、网络拓扑、线路参数等变化不大，但由于接入了各种DG，需使微网在PCC处等效为配电网的一种友好、可控元件，令配电网的正常运行不受DG投切及运行控制的影响；与传统发输电系统相比，微网不仅电源容量较小、安装位置贴近负荷，而且网络拓扑具有显著的辐射状特点。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社6.4电能质量与控制技术微网接入会对配电主网产生电能质量问题，配电主网的电能质量问题也会影响微网的供电质量，因为微网与主网连接不仅仅是物理上的相连，而是存在功率、电压和频率的交互影响。如果微网内部没有足够的功率补偿装置，无法维持电压和频率的恒定，其中的敏感负荷就可能不正常运行或断开，从而使电网的电能质量问题扩散到微网中。治理微网电能质量主要可以从三方面着手：①功率因数；②谐波含量；③三相电压平衡度。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社6.4.1功率因数校正（PFC）1.功率因数的定义及校正原理所以功率因数可以定义为输入电流失真系数γ与相移因数cosΦ的乘积。可见功率因数PF由电流失真系数γ和基波电压、基波电流相移因数cosΦ决定。cosΦ低，则表示用电设备的无功功率大，设备利用率低，导线、变压器绕组损耗大。同时，γ值低，则表示输入电流谐波分量大。第6章分布式电源与微电网组网技术*机械工业出版社2.功率因数校正方法（1）附加无源滤波器在整流器和滤波电容之间接入一个滤波电感LZ，增加输入端交流电流的导电宽度，减缓电流冲击，减小波形畸变，从而减小电流的谐波成分。还可在交流侧并联接入LC谐振滤波器，使交流端输入电流中的谐波电流经LC谐振滤波器形成回路而不进入交流电源，如图。第6章分布式电源与微电网组网技术