國(guó)內(nèi)外微電網(wǎng)典型示范工程

國(guó)內(nèi)外微電網(wǎng)典型示范工程美國(guó)美國(guó)自上世紀(jì)90年代以來發(fā)生了幾次較大的停電事故，使其電力行業(yè)十分關(guān)注電能質(zhì)量和供電可靠性。因此美國(guó)對(duì)微電網(wǎng)的研究重點(diǎn)主要集中在滿足多種電能質(zhì)量的要求、提高供電的可靠性、降低成本和實(shí)現(xiàn)智能化等方面。美國(guó)的分布式發(fā)電與微電網(wǎng)技術(shù)研究主要由電力可靠性技術(shù)解決方案協(xié)會(huì)(CERTS)、制造商(以GE為代表)、高等院校等進(jìn)行。CERTS最早提出了頗具權(quán)威性的微電網(wǎng)概念：微電網(wǎng)是一種由負(fù)荷和微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)于主電網(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)量和供電安全方面的需求。在美國(guó)政府機(jī)構(gòu)、電力公司、大型企業(yè)的資助下，以CERTS為首的美國(guó)各科研機(jī)構(gòu)建立了一系列的微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和試點(diǎn)工程。威斯康辛麥迪遜分校微電網(wǎng)示范工程圖XXX威斯康辛麥迪遜分校微電網(wǎng)示范工程結(jié)構(gòu)如圖XXX所示,威斯康星大學(xué)麥迪遜分校微電網(wǎng)示范工程搭建的微電網(wǎng)中有兩臺(tái)位置對(duì)等的直流穩(wěn)壓電源,穩(wěn)壓電源經(jīng)逆變器輸出,輸出經(jīng)電抗器和變壓器連接到微電網(wǎng)公共母線上。公共母線上連接大小相等的5個(gè)純阻性負(fù)荷，并通過靜態(tài)開關(guān)與480V配電網(wǎng)連接。本示范工程主要用來研究本地下垂控制策略，微電網(wǎng)暫態(tài)電壓，微電網(wǎng)頻率調(diào)整和微電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)和孤島模式之間的無(wú)縫切換。CERTS微電網(wǎng)示范工程圖XXXCERTS微電網(wǎng)示范工程結(jié)構(gòu)圖如圖XXX所示,CERTS微電網(wǎng)示范工程中分布式電源為60kW微型燃?xì)廨啓C(jī),微型燃?xì)廨啓C(jī)經(jīng)整流后既經(jīng)逆變器給負(fù)荷供電，也可以給直接給蓄電池充電。饋線B和饋線C經(jīng)公共母線連接形成微電網(wǎng)，微電網(wǎng)經(jīng)靜態(tài)開關(guān)接入配電網(wǎng)。配電網(wǎng)直接給饋線C負(fù)荷供電，經(jīng)靜態(tài)開關(guān)與微電網(wǎng)連接。正常情況下，靜態(tài)開關(guān)閉合，微型燃?xì)廨啓C(jī)不發(fā)電，配電網(wǎng)給微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷供電，并給蓄電池充電。當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生異常時(shí)，靜態(tài)開關(guān)打開，形成微電網(wǎng)孤島，微型燃?xì)廨啓C(jī)給孤島內(nèi)負(fù)荷供電，同時(shí)，當(dāng)微電網(wǎng)總負(fù)荷超過微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電總和時(shí)，蓄電池經(jīng)逆變器放電給負(fù)荷供電，維持孤島穩(wěn)定運(yùn)行。綜上，微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷的供電可靠性得到了大大的提升。本工程示范目的包括聯(lián)網(wǎng)和孤島模式之間的自動(dòng)無(wú)縫切換；不依賴于高故障電流微網(wǎng)保護(hù)；無(wú)需高速通信實(shí)現(xiàn)孤島條件下的電壓和頻率穩(wěn)定。分布式能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（DETL）微電網(wǎng)示范工程圖XXX分布式能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室微電網(wǎng)示范工程結(jié)構(gòu)圖如圖XXX所示，分布式能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室微電網(wǎng)示范工程中，分布式電源包括燃?xì)廨啓C(jī)、光伏電池和燃料電池，燃?xì)廨啓C(jī)經(jīng)AC/AC變換輸出給負(fù)荷供電，光伏電池和燃料電池經(jīng)逆變器輸出給負(fù)荷供電。微電網(wǎng)在上層管理系統(tǒng)的控制下與配電網(wǎng)連接或斷開，所有分布式電源和負(fù)荷也通過上層調(diào)度管理系統(tǒng)管理。通過上層調(diào)度管理系統(tǒng)，本示范項(xiàng)目可分析分布式電源利用效率，監(jiān)測(cè)分布式電源輸出功率的變化和負(fù)荷變化對(duì)微網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的影響。國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室微電網(wǎng)示范工程圖XXX國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室微電網(wǎng)示范工程結(jié)構(gòu)圖如圖XXX所示，國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室微電網(wǎng)示范工程中，分布式電源包括了柴油機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、小型風(fēng)機(jī)、光伏電池和蓄電池。柴油機(jī)直接給負(fù)荷供電，微型燃?xì)廨啓C(jī)和小型風(fēng)機(jī)經(jīng)AC/AC變換接入微電網(wǎng)給負(fù)荷供電，光伏電池與蓄電池共同連接在直流母線上，并經(jīng)過逆變器接入微電網(wǎng)。上層調(diào)度管理系統(tǒng)控制根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，控制微電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)和孤島的切換，并控制微電網(wǎng)內(nèi)所有的分布式電源的投切。另外，上層調(diào)度管理系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀況控制聯(lián)絡(luò)開關(guān)的開閉，因此，既可以把微電網(wǎng)劃分成兩個(gè)部分，也可以把兩個(gè)部分連接，形成一個(gè)電網(wǎng)。本示范項(xiàng)目示范目的包括允許多獨(dú)立系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，分布式發(fā)電系統(tǒng)可靠性測(cè)試和分布式發(fā)電及微網(wǎng)運(yùn)行導(dǎo)則制定。分布式電源集成測(cè)試示范工程圖XXX分布式電源集成測(cè)試示范工程結(jié)構(gòu)圖如圖XXX所示，分布式電源集成測(cè)試示范工程中，模擬光伏電池板和蓄電池經(jīng)逆變器接入21kV微電網(wǎng)系統(tǒng)，燃?xì)廨啓C(jī)經(jīng)AC/AC變換后接入，柴油機(jī)直接接入。微電網(wǎng)經(jīng)靜態(tài)開關(guān)與配電網(wǎng)連接。微電網(wǎng)中共有5組模擬光伏電池板，其中三組額定發(fā)電功率為115kW,另外兩組額定發(fā)電功率為50kW。蓄電池容量300kW，鋅鎳液流電池容量為1MW，柴油機(jī)300kW。當(dāng)多個(gè)分布式電源同時(shí)接入配電網(wǎng)時(shí)，可以研究高滲透分布式電源對(duì)配電網(wǎng)的影響。本示范工程的示范目的還包括微電網(wǎng)的電壓和頻率調(diào)整、電能質(zhì)量的檢測(cè)與分析和微電網(wǎng)繼電保護(hù)?？窈邮形㈦娋W(wǎng)示范工程圖XXX狂河市微電網(wǎng)示范工程結(jié)構(gòu)圖如圖XXX所示，狂河市微電網(wǎng)示范工程中，分布式電源包括：兩臺(tái)100kW生物柴油機(jī)、兩臺(tái)90kW丙烷柴油機(jī)（丙烷-柴油混合燃料發(fā)電機(jī)，下文均簡(jiǎn)稱丙烷柴油機(jī)）、一臺(tái)30kW燃?xì)廨啓C(jī)、兩組燃料電池和一組光伏電池，并將陸續(xù)接入風(fēng)機(jī)和飛輪。生物柴油機(jī)和丙烷柴油機(jī)直接接入微電網(wǎng)給負(fù)荷供電，燃?xì)廨啓C(jī)經(jīng)AC/AC變換后接入微電網(wǎng)，燃料電池和光伏電池經(jīng)逆變器接入微電網(wǎng)。微電網(wǎng)經(jīng)靜態(tài)開關(guān)與配電網(wǎng)連接。上層調(diào)度管理系統(tǒng)統(tǒng)一控制微電網(wǎng)中所有分布式電源和負(fù)荷，同時(shí)控制微電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)與孤島運(yùn)行兩種狀態(tài)的切換。該工程示范目的包括：建立微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)模型；特定地點(diǎn)建設(shè)微網(wǎng)可行性；加快微網(wǎng)技術(shù)和制度上的認(rèn)知度；含分布式電源配電網(wǎng)規(guī)劃；微網(wǎng)的上層監(jiān)控。加拿大加拿大幅員遼闊，人口密度小，長(zhǎng)距離輸電困難，希望能通過發(fā)展分布式發(fā)電和微電網(wǎng)技術(shù)解決以上問題。從歷史上看，加拿大的能源政策一直強(qiáng)調(diào)大型集中式發(fā)電和遠(yuǎn)距離、高電壓傳輸，如大力發(fā)展大型水電，大型煤電，大型天然氣發(fā)電和核電。過分依賴大型，高污染，高消耗的發(fā)電和輸電系統(tǒng)已經(jīng)不再受加拿大人的青睞。作為一種發(fā)輸電的新思路，越來越多的集中式發(fā)電正在被分布式電源補(bǔ)充或替代。分布式電源的市場(chǎng)份額正在逐步增長(zhǎng)，并沒有減緩的跡象。在加拿大政府機(jī)構(gòu)、電力公司、大型企業(yè)的資助下，各科研機(jī)構(gòu)建立了一系列的微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和試點(diǎn)工程。Nemiah島式電網(wǎng)光伏改造示范工程圖XXXNemiah島式電網(wǎng)光伏改造示范工程結(jié)構(gòu)圖如圖XXX所示，Nemiah島式電網(wǎng)光伏改造示范工程中，共有4組屋頂光伏電池，它們分別給負(fù)荷供電，在光伏電池供電不足的情況下，柴油機(jī)啟動(dòng)，共同為島內(nèi)負(fù)荷供電。改造目的：加拿大幅員遼闊，島嶼眾多，其北部存在幾百個(gè)柴油機(jī)為主的島式電網(wǎng)，消耗昂貴的燃油。加入分布式電源，開發(fā)分布式電源容量?jī)?yōu)化軟件，并對(duì)微網(wǎng)進(jìn)行上層調(diào)度管理，使微網(wǎng)運(yùn)行達(dá)到經(jīng)濟(jì)最優(yōu)。Ramea島式電網(wǎng)光伏改造示范工程圖XXXRamea島式電網(wǎng)風(fēng)機(jī)改造示范工程結(jié)構(gòu)圖如圖XXX所示，Ramea島式電網(wǎng)風(fēng)機(jī)改造示范工程中，共有3臺(tái)風(fēng)機(jī)，總?cè)萘繛?90kW,它們經(jīng)AC/AC變換給負(fù)荷供電，在風(fēng)機(jī)供電不足的情況下，柴油機(jī)啟動(dòng)，共同為島內(nèi)負(fù)荷供電。改造目的：加拿大幅員遼闊，島嶼眾多，其北部存在幾百個(gè)柴油機(jī)為主的島式電網(wǎng)，消耗昂貴的燃油。加入分布式電源，開發(fā)分布式電源容量?jī)?yōu)化軟件，并對(duì)微網(wǎng)進(jìn)行上層調(diào)度管理，使微網(wǎng)運(yùn)行達(dá)到經(jīng)濟(jì)最優(yōu)。HydroQuebec微電網(wǎng)示范工程圖XXXHydroQuebec微電網(wǎng)示范工程結(jié)構(gòu)圖如圖XXX所示，HydroQuebec微電網(wǎng)示范工程中，分布式電源是燃?xì)廨啓C(jī)。孤島運(yùn)行狀態(tài)下，燃?xì)廨啓C(jī)給負(fù)荷供電，并網(wǎng)條件下，燃?xì)廨啓C(jī)根據(jù)調(diào)度需要并網(wǎng)發(fā)電。研究目的：實(shí)現(xiàn)有計(jì)劃孤島運(yùn)行，研究孤島運(yùn)行對(duì)供電可靠性的影響；對(duì)緊急停電狀況下孤島運(yùn)行穩(wěn)定性、電壓和頻率波動(dòng)及其經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析。HydroBostonBar微電網(wǎng)示范工程圖XXXHydroBostonBar微電網(wǎng)示范工程結(jié)構(gòu)圖如圖XXX所示，HydroBostonBar微電網(wǎng)示范工程中，分布式電源是兩臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)，其輸出直接給負(fù)荷供電。在上層調(diào)度管理系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度管理下，微電網(wǎng)可聯(lián)網(wǎng)和孤島運(yùn)行。聯(lián)網(wǎng)時(shí)，微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷由配電網(wǎng)供電，孤島運(yùn)行狀態(tài)下，微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷由兩臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)供電。本示范工程的示范目的包括開發(fā)針對(duì)微電網(wǎng)的上層調(diào)度管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)有計(jì)劃孤島運(yùn)行，研究孤島運(yùn)行對(duì)供電可靠性的影響，對(duì)緊急停電狀況下孤島運(yùn)行穩(wěn)定性、電壓和頻率波動(dòng)及其經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析。加拿大Utility微電網(wǎng)示范工程圖XXX加拿大Utility微電網(wǎng)示范工程結(jié)構(gòu)