2019年整理分布式發(fā)電與微電網(wǎng)論文

1、I K q 5超導(dǎo)磁儲能與微電網(wǎng)控制保護課程名稱:分布式發(fā)電與微電網(wǎng)完成人姓名及學(xué)口，號:完成時間：2013年 11月14日聲明此報告是在分布式發(fā)電與微電網(wǎng)課程結(jié)束后，出于自己的興趣， 搜集相關(guān)資料和信息整理而來， 整理過程即是學(xué)習(xí)過程。 本人也是初 學(xué)超導(dǎo)磁儲能相關(guān)的技術(shù)， 對微電網(wǎng)的一些問題理解不深， 發(fā)表了錯 誤的觀點，還望老師及同學(xué)予以糾正。報告作者（簽名）：2013年11月 14日摘要微電網(wǎng)中分布式電源具有多樣性 , 分布式電源輸出功率也存在間歇性、波動性 , 微網(wǎng)中的多種電力電子器件控制復(fù)雜等等因素使得微網(wǎng)供電質(zhì)量受到很大的影響 , 并成為限制其并網(wǎng)的關(guān)鍵因素"儲能作為一

2、種能量緩沖環(huán)節(jié) , 能夠有效的改善微電網(wǎng)的電能質(zhì)量, 提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性 , 在微電網(wǎng)中起著至關(guān)重要的作用。本文針對儲能技術(shù)在微電網(wǎng)中應(yīng)用，兩者間的相互作用的課題，選取超導(dǎo)磁儲能技術(shù)作為一方面，進行了相關(guān)研究。本文先是分析超導(dǎo)磁儲能技術(shù)的發(fā)展及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，綜述了國內(nèi)一些學(xué)者對超導(dǎo)磁儲能技術(shù)與微電網(wǎng)相互作用的研究后，提出了一些超導(dǎo)磁儲能技術(shù)及未來接納多種分布式電源的電網(wǎng)的保護等方面的展望。關(guān)鍵詞：超導(dǎo)磁儲能技術(shù) 分布式電源 微電網(wǎng) 繼電保護AbstractDistributed gen eratio n in micro grid has diversity, distributed

3、po wer supply out put po wer is in termitte nt, volatility, micro po wer electro nic device con trol n etwork ofcomp lex factors makes the microgrid po werquality are greatlyaffected, andbecome the key factor limiting the grid "energy storage as an energy buffer link,can effectively improve the

4、 micro grid power quality, improve the stability and reliability of the grid, pl ays a crucial role in the micro grid. In this paper, thea pp licati on of en ergy storage tech no logy in micro grid, the in teractio n betwee n the topic select ion, supercon duct ing mag netic en ergy storage tech no

5、logy as theha nd, for the related research.In this paper, first the development and the current research at home and abroad of the supercon duct ing magn etic en ergy storage tech no logy,summarizes the domestic some scholars to the supercon duct ing magn etic en ergy storage tech no logy and resear

6、ch of micro grid in teractio n, p uts forward the p rotecti on and other asp ects of tech no logy and the future po wer grid using various distributed po wer of some of the supercon duct ing magn etic en ergy storage.storage tech no logyKeywords: Supercon duct ing mag neticen ergyDistributed po wer

7、supply Micro grid Relay p rotecti on摘要Abstract1. 緒 論1.1 學(xué)習(xí)背景及意義1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3 論文安排2. 超導(dǎo)磁儲能原理2.1 儲能工作原理3. 超導(dǎo)磁儲能應(yīng)用于微電網(wǎng)的展望3.1 可能需武器系統(tǒng)維護安全3.2 繼電保護控制算法會更加精確致謝參考文獻目錄10101012121214151. 緒 論1.1 學(xué)習(xí)背景及意義隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，很多電力電子器件、電動機等設(shè)備接入電網(wǎng)，對電能質(zhì)量干擾不斷增加，而客戶對電力系統(tǒng)供電質(zhì)量的要求卻是越來越高。儲能技術(shù)能夠有效地改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高供電質(zhì)量，一直備受重視。儲能加入微電網(wǎng)中 ,

8、 能夠提高電網(wǎng)運行的安全性、經(jīng)濟性、靈活性, 具體來說主要有 :1提高電網(wǎng)供電可靠性儲能技術(shù)可以作為不間斷電源 , 提高智能電網(wǎng)運行可靠性。同時儲能系統(tǒng)可以提供短時間內(nèi)有功功率的支持 , 從而解決電網(wǎng)運行過程中電工頻率漂移的問題，適量的儲能能在分布式電源不能正常運行時起過渡作用。3提高系能源發(fā)電并網(wǎng)性能 , 提高電能質(zhì)量 分布式發(fā)電具有間歇性和隨機波動性 , 其輸出功率不斷波動會對電網(wǎng)造成一定的影響 , 儲能裝置能平抑分布式點出輸出功率波動, 減少諧波和其對電網(wǎng)電壓、頻率的影響。4提高電能利用效率 , 優(yōu)化能量管理 儲能與大電網(wǎng)配合 ,能對大電網(wǎng)負(fù)荷進行削峰填谷 , 優(yōu)化電網(wǎng)運行, 提高電網(wǎng)經(jīng)

9、濟性。5提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性微電網(wǎng)在孤島運行時 , 儲能技術(shù)能作為微網(wǎng)主電源 ,為微網(wǎng)提供電壓和頻率支撐 , 并自動補償分布式發(fā)電和微網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷之間的不平衡功率 , 保證微電網(wǎng)孤島模式下的穩(wěn)定運行。超導(dǎo)磁體儲能系統(tǒng)具有快速吸收、釋放和儲備電能的能力，并且儲能密度高，結(jié)構(gòu)緊湊。這為超導(dǎo)儲能系統(tǒng)參與電力系統(tǒng)、改善供電質(zhì)量提供了有利條件。近些年來超導(dǎo)儲能成為超導(dǎo)應(yīng)用研究領(lǐng)域的一個熱點。對于如此火熱的超導(dǎo)磁儲能技術(shù)，應(yīng)用于微電網(wǎng)中，對微電網(wǎng)的控制與運行會提出更高的要求，同時在某些方面又會促進微電網(wǎng)的穩(wěn)定性。深入研究超導(dǎo)磁儲能技術(shù)與微電網(wǎng)的控制和運行的相互作用，能夠推進儲能系統(tǒng)技術(shù)在電力系統(tǒng)，特別是微電網(wǎng)中的

10、應(yīng)用和普及。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國內(nèi)外對超導(dǎo)磁儲能技術(shù)的研究六十年代，在法國和英國就有人對超導(dǎo)儲能感興趣了。在適用于大型超導(dǎo)磁體的低溫和超導(dǎo)電性方面的準(zhǔn)備工作具備之后，1970 年，美國威斯康星大學(xué)應(yīng)用超導(dǎo)中心的 H.Peterson 和R.Boom發(fā)明了一個超導(dǎo)電感線圈和三相 AC/DC格里茨橋路組成的電能儲存系統(tǒng)并獲得了美國專利。由此開始了超導(dǎo)儲能電力應(yīng)用的研究和發(fā)展階段 【1】。1987 年，美國戰(zhàn)略防御立案辦公室提出了一個超導(dǎo)儲能工程 實驗?zāi)Ｐ停‥TM的計劃。該計劃的目標(biāo)在于在經(jīng)濟上顯示一個全 尺寸的超導(dǎo)儲能系統(tǒng)用作軍事目的和電力應(yīng)用的作用。用作地面自由電子激光武器的電源

11、，它可在秒上升時間內(nèi)給出0.4 1GW的峰值功率 , 并能維持 100 秒；也可作為電力應(yīng)用，它具有 10-25MW功率輸出 ,2-3 小時的儲能容量 【2】。1988年初，在美國建立的開發(fā)超導(dǎo)儲能商業(yè)應(yīng)用的超導(dǎo)電公司（SI）已研制成了用來對超導(dǎo)儲能進行經(jīng)濟評估的系統(tǒng)（SSD）,并推向了市場 【1】。19902004年間，SI/ASC公司先后有約20多臺SMESS入運行。美國、德國和日本等都提出研制lOOkwh等級的微型SMES這 種SME呵為大型計算中心、高層建筑及重要負(fù)荷提供高質(zhì)量、不 間斷的電源，同時也可用于補償大型電動機、電焊機、電弧爐、 軋機等波動負(fù)載引起的電壓波動，它還可用作太陽能

12、和風(fēng)力發(fā)電 的儲能等。美國AMS（公司還提出研制一種新的 D-SMES用于配電網(wǎng)的功率調(diào)節(jié)。目前，美國已有多臺微型超導(dǎo)儲能裝置在配電網(wǎng) 中實際應(yīng)用，美國還將研制 100MJ/50MV的SME安裝在CAPS(theCenteforAdvaneedPowerSystem)基地，SMESF僅可以為脈沖功率試驗提供能量支撐，而且它的現(xiàn)場師范運行對軍用和民 用SMES技術(shù)的發(fā)展都很有意義【3】。1999年，德國的ACCEL AEG和DEV聯(lián)合研制了2MJ/800kWSMES解決DEV實驗室敏感負(fù)荷的供電質(zhì)量問題。日本九州電力公司先后研制了 30kJ以及3.6MJ/1MW的SMES日本的中部電力公司(1M

13、J)、關(guān)西電力公司(1.2MJ)、國際超導(dǎo)研究中心【3】(48MJ/20MW也分別進行了 EMS啲研究工作【】。1.2.2 儲能與微電網(wǎng)相互作用研究分布式電源中的風(fēng)電和光伏發(fā)電等都具有不可預(yù)測和不可控制, 大量的分布式電源組成的微網(wǎng)系統(tǒng)正常運行將是一個突出的問題。作為能量緩沖環(huán)節(jié)的儲能系統(tǒng)是微電網(wǎng)的一個重要組成方面它們對實現(xiàn)微網(wǎng)的穩(wěn)定可靠經(jīng)濟運行有著十分關(guān)鍵的作用。電力系統(tǒng)中已經(jīng)應(yīng)用的儲能技術(shù)主要有 : 電池類儲能、飛輪儲能、超導(dǎo)磁儲能、超級電容器儲能等等。文獻4 在充分分析各類儲能技術(shù)的運行機理和優(yōu)缺點及使用范圍后，在建立詳細(xì)的電磁暫態(tài)仿真模型的基礎(chǔ)上，針對微電網(wǎng)孤島運行時充當(dāng)主電源的儲能系

14、統(tǒng)的控制策略。電網(wǎng)用高溫超導(dǎo)儲能磁體的失超會影響超導(dǎo)儲能系統(tǒng)的運行造成設(shè)備的損壞 ,甚至影響電力系統(tǒng)的可靠性。文獻 5 針對超導(dǎo)儲能系統(tǒng)的特點，設(shè)計了一套用于超導(dǎo)儲能(SMES磁體的失超保護系統(tǒng)，基本上滿足了超導(dǎo)儲能系統(tǒng)失超保護的要求。超導(dǎo)儲能磁體作為一種電磁儲能元件 , 在運行過程中會產(chǎn)生相當(dāng)強的磁場。一般超導(dǎo)儲能磁體產(chǎn)生的中心場強為104高斯數(shù)量級, 但10高斯數(shù)量級的磁場就可以導(dǎo)致一些電子設(shè)備不能正常工作, 5 高斯的磁場就可能使一個配有心臟起博器的人面臨生命危險。文獻6 比較了磁屏蔽的幾種常規(guī)方法 , 提出了適合超導(dǎo)儲能磁體的屏蔽方式多螺管線圈系統(tǒng)。熱穩(wěn)定性是指超導(dǎo)磁體受到熱擾動后其溫

15、度場自動恢復(fù)到原平衡狀態(tài)的性能，在SMES裝置中磁體的有效冷卻和熱穩(wěn)定性十分重要 , 在磁儲能裝置勵退磁階段 , 如果溫升過大 , 將有可能造成失超或者磁體燒毀 , 同時在磁場的維持階段 , 也有可能因為維持電流的指數(shù)損耗、局部損耗等造成磁體溫度升高。文獻 7 對直接冷卻超導(dǎo)磁體熱穩(wěn)定性進行了理論分析和實驗研究 , 并對磁體熱穩(wěn)定性進行了優(yōu)化研究，通過研究得出了磁體熱穩(wěn)定與勵磁電流速度及幅值優(yōu)化結(jié)果。1.3 論文安排本論文著眼于目前研究較熱的超導(dǎo)磁儲能技術(shù)，針對其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，概括了超導(dǎo)磁儲能技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，重點分析了該技術(shù)應(yīng)用于多分布式電源的微電網(wǎng)，其與微電網(wǎng)相互作用的重點問題，

16、提出了一些淺顯的觀點。2. 超導(dǎo)磁儲能原理2.1 儲能工作原理超導(dǎo)儲能系統(tǒng)的核心即超導(dǎo)線圈，是超導(dǎo)儲能裝置中的儲能2元件，其儲存的能量可由下式表示：EsmesOWLI 。式中，Esmes為電磁能，J ; L為超導(dǎo)線圈電感，H;l為超導(dǎo)線圈電流，A。超導(dǎo)儲能系統(tǒng)主要由超導(dǎo)線圈、冷卻系統(tǒng)、失超保護與系統(tǒng)保護、變流器、控制系統(tǒng)組成。超導(dǎo)儲能系統(tǒng)首先在超導(dǎo)線圈內(nèi)儲存一定的能量（如最大儲存電能的25%75%，在通過控制變流器的觸發(fā)脈沖來實現(xiàn)與系統(tǒng)的有功、無功交換，從而完成超導(dǎo)儲能裝置的多種功能。超導(dǎo)線圈在通過直流電流時沒有焦耳熱損耗,因此超導(dǎo)儲能裝置都采用直流電系統(tǒng) 【8】。超導(dǎo)儲能系統(tǒng)的主要構(gòu)成與相應(yīng)

17、技術(shù)內(nèi)容主要包括：超導(dǎo)線圈、失超保護、冷卻系統(tǒng)、變流器和控制器等組成。這些是超導(dǎo)儲能裝置的主要組成部分，其結(jié)構(gòu)原理如下圖所示。圖1超導(dǎo)儲能裝置結(jié)構(gòu)原理2.2小結(jié)基于時間和報告篇幅的限制，本節(jié)僅簡單介紹了一些超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)的最淺顯的知識，以便保證報告的完整性。3. 超導(dǎo)磁儲能應(yīng)用于微電網(wǎng)的展望3.1 可能需武器系統(tǒng)維護安全超導(dǎo)儲能磁體作為一種電磁儲能元件 , 在運行過程中會產(chǎn)生相當(dāng)強的磁場，而這種強磁場會對人產(chǎn)生傷害。同樣，超導(dǎo)儲能系統(tǒng)一般都是用液氮作為冷卻劑，而液氮是一種強冷凍劑。如果未來超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)得到大面積的推廣應(yīng)用，相當(dāng)于我們身邊多了一些潛在的危險。然而超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)的利大于弊，其能源

18、節(jié)約可以造福千秋萬代，而其潛在的危險只需配備相應(yīng)的武器系統(tǒng)，就可以保證對旁邊人員的安全，防止恐怖分子的危害?？梢栽O(shè)想，未來無人堅守的超導(dǎo)磁儲能電站，配備防核爆級的墻壁，其門禁系統(tǒng)采取軍用級別的管理措施，任何外來人員都必需經(jīng)過嚴(yán)格的審查才可以進去。如果你是恐怖分子，沒有得密鑰和認(rèn)證，你進去了，里面上百個由機械手臂控制的機槍將會瞄準(zhǔn)你，干掉你。3.2 繼電保護控制算法會更加精確在含分布式電源的配電系統(tǒng)中，繼電保護協(xié)調(diào)問題值得深入研究。文獻 8 在分析主 / 后備繼電保護關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立了繼電保護統(tǒng)一協(xié)調(diào)優(yōu)化模型，提出了牛頓 -下山和 Broyden 兩種改進的牛頓算法。針對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化，提出了一種能適應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化的過電流繼電保護優(yōu)化協(xié)調(diào)方法。隨著研究的進一步深入，電力系統(tǒng)會更加成熟。無論任何分布式電源在系統(tǒng)中即插即用，電網(wǎng)繼電保護系統(tǒng)會采用更優(yōu)的算法去控制管理，真正實現(xiàn)電網(wǎng)的堅強。致謝此報告的題目來源于分布式發(fā)電與微電網(wǎng)課程上，學(xué)識淵博的XXX老師及鄧?yán)蠋熕鶐У膬晌辉诜植际桨l(fā)電和微電網(wǎng)方面研究較深的博士后、博士為我們上課，開設(shè)的課堂內(nèi)容。此前根本不知什么是超導(dǎo)磁儲能，借助課堂，我真正學(xué)到了很多這方面的知識，非