微電網(wǎng)潮流問(wèn)題

1、微電網(wǎng)的潮流問(wèn)題 徐航宇內(nèi)容v1.微電網(wǎng)產(chǎn)生的背景及定義v2.微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)v3.研究現(xiàn)狀v4.潮流問(wèn)題v5.總結(jié)微電網(wǎng)背景v1）大電網(wǎng)的弊端日益明顯：v大電網(wǎng)過(guò)去幾十年的快速發(fā)展，成為主要的電力供應(yīng)渠道。但隨著社會(huì)對(duì)電力依賴的增強(qiáng)，電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，超大規(guī)模電力系統(tǒng)的弊端也日益顯現(xiàn)：成本高，運(yùn)行難度大，難以適應(yīng)用戶越來(lái)越高的安全、可靠性以及多樣化的供電需求。v2）能源短缺：v進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著石油價(jià)格的日益上漲，世界范圍內(nèi)的能源供應(yīng)持續(xù)緊張，合理開(kāi)發(fā)利用綠色能源已經(jīng)成為一個(gè)重要課題。開(kāi)發(fā)利用清潔高效的可再生能源是解決未來(lái)世紀(jì)能源問(wèn)題的主要出路。v3）考慮分布式電源對(duì)電網(wǎng)的影響：v分

2、布式發(fā)電具有污染少、可靠性高、能源利用效率高、安裝地點(diǎn)靈活等多方面優(yōu)點(diǎn)，有效解決了大型集中電網(wǎng)的許多潛在問(wèn)題。所以，分布式發(fā)電被提上了日程。分布式電源盡管優(yōu)點(diǎn)突出，但本身存在諸多問(wèn)題，例如，分布式電源單機(jī)接入成本高、控制困難等。另外，分布式電源相對(duì)大電網(wǎng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)不可控源，因此大系統(tǒng)往往采取限制、隔離的方式來(lái)處置分布式電源，以期減小其對(duì)大電網(wǎng)的沖擊。v此外，IEEE 1547對(duì)分布式能源的入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)做了規(guī)定：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，分布式電源必須馬上退出運(yùn)行。這就大大限制了分布式能源效能的充分發(fā)揮。為協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式電源間的矛盾，充分挖掘分布式能源為電網(wǎng)和用戶所帶來(lái)的價(jià)值和效益，所以，學(xué)者們提出

3、了微電網(wǎng)的概念。微電網(wǎng)的概念vCERTS給出的微電網(wǎng)定義是：微電網(wǎng)是一種由負(fù)荷和微型電源共同組成的系統(tǒng)，它可同時(shí)提供電能和熱量；微電網(wǎng)內(nèi)部的電源主要由電力電子器件負(fù)責(zé)能量的轉(zhuǎn)換，并提供必要的控制；微電網(wǎng)相對(duì)于外部大電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的受控單元，并可同時(shí)滿足用戶對(duì)電能質(zhì)量和供電安全等方面的要求。v微電網(wǎng)從系統(tǒng)觀點(diǎn)看問(wèn)題，將發(fā)電機(jī)、負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置及控制裝置等結(jié)合，形成一個(gè)單一可控的單元，同時(shí)向用戶供給電能和熱能。微電網(wǎng)中的電源多為微電源，包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池、光伏電池以及超級(jí)電容、飛輪、蓄電池等儲(chǔ)能裝置。它們接在用戶側(cè)，具有低成本、低電壓、低污染等特點(diǎn)。v微電網(wǎng)既可與大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，也可在電網(wǎng)故

4、障或需要時(shí)與主網(wǎng)斷開(kāi)單獨(dú)運(yùn)行。它還具有雙重角色：對(duì)于公用電力企業(yè)，微電網(wǎng)可視為電力系統(tǒng)可控的“細(xì)胞”，例如，這個(gè)“細(xì)胞”可以被控制為一個(gè)簡(jiǎn)單的可調(diào)度負(fù)荷，可以在數(shù)秒內(nèi)做出響應(yīng)以滿足傳輸系統(tǒng)的需要；對(duì)于用戶，微電網(wǎng)可以作為一個(gè)可定制的電源，以滿足用戶多樣化的需求，例如，增強(qiáng)局部供電可靠性，降低饋電損耗，支持當(dāng)?shù)仉妷?，通過(guò)利用廢熱提高效率，提供電壓下陷的校正，或作為不可中斷電源。v在接入問(wèn)題上，微電網(wǎng)的入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)只針對(duì)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的公共連接點(diǎn)(PCC)，而不針對(duì)各個(gè)具體的微電源。微電網(wǎng)不僅解決了分布式電源的大規(guī)模接入問(wèn)題，充分發(fā)揮了分布式電源的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，還為用戶帶來(lái)了其他多方面的效益。 微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

5、v圖中包括3條饋線A，B和C及1條負(fù)荷母線，網(wǎng)絡(luò)整體呈輻射狀結(jié)構(gòu)。饋線通過(guò)主分隔裝置(通常是一個(gè)靜態(tài)開(kāi)關(guān))與配電系統(tǒng)相連，可實(shí)現(xiàn)孤網(wǎng)與并網(wǎng)運(yùn)行模式間的平滑切換。該開(kāi)關(guān)點(diǎn)即PCC所在的位置，一般選擇為配電變壓器的原邊側(cè)或主網(wǎng)與微電網(wǎng)的分離點(diǎn)。v圖1展示了光伏發(fā)電、微型燃?xì)廨啓C(jī)和燃料電池等微電源形式，其中一些接在熱力用戶附近，為當(dāng)?shù)靥峁嵩础Ｎ㈦娋W(wǎng)中配置能量管理器和潮流控制器，前者可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)的綜合分析控制，而后者可實(shí)現(xiàn)對(duì)微電源的就地控制。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，潮流控制器根據(jù)本地頻率和電壓信息進(jìn)行潮流調(diào)節(jié)，當(dāng)?shù)匚㈦娫聪鄳?yīng)增加或減少其功率輸出以保持功率平衡。v圖1還示范了針對(duì)3類負(fù)荷的微電源供電方案。

6、對(duì)于連接在饋線A上的敏感負(fù)荷，采用光伏電池供電;對(duì)于連接在饋線C上的可調(diào)節(jié)負(fù)荷，采用燃料電池和微型燃?xì)廨啓C(jī)混合供電;對(duì)于連接在饋線B上的可中斷負(fù)荷，沒(méi)有設(shè)置專門的微電源，而直接由配電網(wǎng)供電。v這樣，對(duì)于敏感負(fù)荷和可調(diào)節(jié)負(fù)荷都是采用雙源供電模式，外部配電網(wǎng)故障時(shí)，饋線A，C上的靜態(tài)開(kāi)關(guān)會(huì)快速動(dòng)作使重要負(fù)荷與故障隔離且不間斷向其正常供電，而對(duì)于饋線B上的可中斷負(fù)荷，系統(tǒng)則會(huì)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)功率平衡的需求，在必要時(shí)將其切除。v該模型也反映了微電網(wǎng)與分布式發(fā)電得不同：v（1）微電網(wǎng)能有效地管理分布式發(fā)電。分布式電源DG通過(guò)電力電子接口接入微電網(wǎng)，分布式電源DG的控制速度更快，短路點(diǎn)故障電流受到限制。從而保證電

7、網(wǎng)運(yùn)行的靈活性和穩(wěn)定性。（2）敏感負(fù)荷電源的雙重配置，既可以通過(guò)靜態(tài)開(kāi)關(guān)從公共電網(wǎng)取電，也可以由DG供電，保證了敏感負(fù)荷對(duì)電力可靠性和電能質(zhì)量的要求。（3）敏感負(fù)荷通過(guò)靜態(tài)開(kāi)關(guān)（SS）與公共電網(wǎng)連接，當(dāng)公共電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，靜態(tài)開(kāi)關(guān)迅速動(dòng)作，微電網(wǎng)進(jìn)入孤網(wǎng)運(yùn)行，保證對(duì)敏感負(fù)荷的持續(xù)電力供應(yīng)。（4）微電網(wǎng)是一個(gè)整體，它的控制保護(hù)復(fù)雜，傳統(tǒng)繼電保護(hù)原理不適用于微電網(wǎng)，必需新的保護(hù)技術(shù)。（5）微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行模式和傳統(tǒng)分布式發(fā)電都與公共電網(wǎng)相連，但微電網(wǎng)PCC處?kù)o態(tài)開(kāi)關(guān)（SS）的設(shè)置使得微電網(wǎng)對(duì)公共電網(wǎng)的影響降至最低。國(guó)外研究現(xiàn)狀的比較v美國(guó)近年來(lái)發(fā)生了幾次較大的停電事故，使美國(guó)電力工業(yè)十分關(guān)注電能質(zhì)量

8、和供電可靠性，因此美國(guó)對(duì)微電網(wǎng)的研究著重于利用微電網(wǎng)提高電能質(zhì)量和供電可靠性。v日本本土資源匱乏，其對(duì)可再生能源的重視程度高于其他國(guó)家，但很多新能源具有隨機(jī)性，穿透功率極限限制了新能源的應(yīng)用，所以日本在微電網(wǎng)方面的研究更強(qiáng)調(diào)控制與電儲(chǔ)能。v歐洲希望通過(guò)優(yōu)化從電源到用戶的價(jià)值鏈來(lái)推動(dòng)和發(fā)展DERs，以使用戶、電力系統(tǒng)及環(huán)境受益。歐洲互聯(lián)電網(wǎng)中的電源大體上靠近負(fù)荷，比較容易形成多個(gè)微電網(wǎng)，所以歐洲微電網(wǎng)的研究更多關(guān)注于多個(gè)微電網(wǎng)的互聯(lián)問(wèn)題。微電網(wǎng)的潮流計(jì)算問(wèn)題v潮流計(jì)算是微電網(wǎng)分析與控制的基礎(chǔ)，是微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)地重要組成部分。微電網(wǎng)由于運(yùn)動(dòng)方式及微電源的多樣性等特點(diǎn)使其潮流計(jì)算不同于配電網(wǎng)。配

9、電網(wǎng)內(nèi)的潮流都是單向流動(dòng)的，而微電網(wǎng)含有多個(gè)微電源，微電網(wǎng)內(nèi)的潮流流向不再單一；當(dāng)微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，潮流從母線流向負(fù)荷，微電源影響著線路潮流的方向和大小，當(dāng)微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)，線路潮流的方向和大小由微電源決定。微電網(wǎng)的這些特點(diǎn)使得微電網(wǎng)潮流計(jì)算更加復(fù)雜，為滿足為電源分析及控制的需要，必須結(jié)合如上特點(diǎn)對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)潮流算法進(jìn)行改進(jìn)。傳統(tǒng)配電網(wǎng)潮流計(jì)算的應(yīng)用前提是系統(tǒng)中沒(méi)有PV節(jié)點(diǎn)，但對(duì)微電網(wǎng)而言，網(wǎng)中各處都可能有發(fā)電單元，即存在多個(gè)PV節(jié)點(diǎn)，因此，用于配電網(wǎng)的潮流計(jì)算方法并不能簡(jiǎn)單的推廣應(yīng)用于微電網(wǎng)。再者，微電網(wǎng)中含有輸出功率可能快速變動(dòng)的發(fā)電單元（如光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電等），故對(duì)潮流計(jì)算

10、的實(shí)時(shí)性性有要求，需要在線計(jì)算出功率需求量。v微電網(wǎng)通過(guò)合適的控制策略對(duì)微電源及儲(chǔ)能裝置等的優(yōu)化控制，可以為用戶提供高質(zhì)量電能，而上述裝置大多通過(guò)電力電子變換器與微電網(wǎng)連接，因此電力電子變換器是微電網(wǎng)控制的基礎(chǔ)，潮流計(jì)算方法必須考慮微電源變換器的穩(wěn)態(tài)潮流模型。目前大電網(wǎng)系統(tǒng)潮流計(jì)算中高壓直流輸電變換器模型已經(jīng)比較成熟，但對(duì)微電網(wǎng)中電力電子變換器的穩(wěn)態(tài)潮流模型研究較少，因微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式的復(fù)雜性，使得微電網(wǎng)中電力電子變換器的穩(wěn)態(tài)潮流模型建立比較復(fù)雜v微電網(wǎng)中含有諸如風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等多種間歇性微電源，受自然天氣條件影響較大，其微電源間歇性輸出會(huì)造成系統(tǒng)潮流的突然變化。目前主要有兩種方法解決間歇性微電源對(duì)潮流計(jì)算的影響:一種是利用儲(chǔ)能系統(tǒng)與間歇性電源相結(jié)合，補(bǔ)償間歇性微電源的有功與無(wú)功缺額，使其輸出保持穩(wěn)定，此時(shí)系統(tǒng)的潮流計(jì)算方法與確定性潮流計(jì)算方法一致另一種則是考慮微電源的隨機(jī)特性，采用新的潮流算法對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行考慮微電源間歇特性的潮流計(jì)算，對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行更精確的評(píng)估。主要問(wèn)題的總結(jié)v但是，中國(guó)微電網(wǎng)的發(fā)展尚處在起步階段，在今后微電網(wǎng)的研究和發(fā)展中，以下幾個(gè)方面的問(wèn)題需要給予更多