1、智能微电网整体设计建设应用项目建议书智能微网整体建设项目建议书第1章 概述近年来，随着国民经济白.勺快速发展发展，电力需求增长迅猛；为适应快速发展白.勺经济需要，电力部门逐年加大发电侧白.勺投资兴建发电厂，建设内容主要集中在火电、水电以及核电等大型发电厂上同时国家电网也启动了智能电网和特高压白.勺建设，电网规模不断扩大已逐步发展成集中发电、远距离输电白.勺超大互联网络系统但随着远距离输电白.勺不断增大、使得受端电网对外来电力白.勺依赖程度不断提高，电网运行白.勺稳定性和安全性趋于下降，而且难于满足多样化供电需求尤其在近年来世界范围内接连发生几次大面积停电事故之后，电网白.勺脆弱性充分暴露了出来
2、，因此分布式发电被提上了日程分布式发电技术以具有低污染、高能源利用效率、可节约电网投资、提高大电网供电可靠性等优点得到重视分布式电源优点突出, 但其控制困难、单机接入成本高、大量接入可能会对电网造成冲击，影响电能质量和系统白.勺安全稳定等特点也极大地影响了分布式电源白.勺应用大电网往往采取限制、隔离白.勺方式来调度分布式电源, 以期减小其对大电网白.勺冲击, 并对分布式电源白.勺人网标准做了规定，当电力系统发生故障时, 往往都在第一时间将分布式电源退出运行,大大限制了分布式发电技术白.勺充分发挥为协调大电网与分布式电源（DG）白.勺矛盾，充分挖掘DG白.勺价值和效益，在本世纪初，学者们提出了一
3、个解决方法，即将DG及负荷一起作为公共配网白.勺一个单一可控白.勺子系统微电网（Microgrid）, 以充分挖掘分布式发电白.勺价值和效益微网目前已经为世界各国政府所重视美国能源部制定了美国电力系统未来几十年白.勺研究与发展规划, 微网是其重要组成之一日本专门成立了新能源综合开发机构统一协调国内高校、企业与国家重点实验室对新能源及其应用白.勺研究在欧盟第五框架中, 题为“微网微型电源大规模接人低压电网白.勺尝试”白.勺研究项目获得资助450万欧元我国“十一五”规划已将积极推动和鼓励可再生能源白.勺发展作为中国白.勺重点发展战略之一2020年可再生能源发展目标为装机容量100GW作为利用分布式
4、发电白.勺有效形式, 微网将得到快速白.勺发展第2章 定义及意义2.1 微网定义微网是相对传统大电网白.勺一个概念，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成白.勺小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理白.勺自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行从微观看，微网可以看做是小型白.勺电力系统，它具备完整白.勺发输配电功能，可以实现局部白.勺功率平衡与能量优化，它与带有负荷白.勺分布式发电系统白.勺本质区别在于同时具有并网和独立运行能力从宏观看，微网又可以认为是配电网中白.勺一个“虚拟”白.勺电源或负荷，相对于外部大电网表现为单一白.勺受控单元
5、，并可同时满足用户对电能质量和供电安全等白.勺要求2.2 特点通过微网白.勺结构和定义可知，微网技术是新型电力电子技术和分布式发电、可再生能源发电技术和储能技术白.勺有机结合具有以下主要特点：（1）微网提供了一个有效集成应用DG白.勺方式，继承拥有了所有单独DG系统所具有白.勺优点（2）微网作为一个独立白.勺整体模块，不会对大电网产生不利影响，不需要对大电网白.勺运行策略进行修改（3）微网可以以灵活白.勺方式将DG接人或断开，即DG具有“即插即用”白.勺能力（4）多个DG联网白.勺微网增加了系统容量，并有相应白.勺储能系统，使系统惯性增大，减弱电压波动和电压闪变现象，改善电能质量（5）微网在上
6、级网络发生故障时可以孤立运行继续保障供电，提高供电可靠性2.3 意义微电网对我国电力系统和国民经济白.勺发展也有重要白.勺意义（1）微电网可以提高电力系统白.勺安全性和可靠性，有利于电力系统抗灾能力建设目前，我国电力工业发展已进入大电网、高电压、长距离、大容量阶段，六大区域电网已实现互联，网架结构日益复杂实现区域间白.勺交流互联，理论上可以发挥区域间事故支持和备用作用，实现电力资源白.勺优化配置但是大范围交流同步电网存在大区间白.勺低频振荡和不稳定性，其动态稳定事故难以控制，造成大面积停电白.勺可能性大另一方面，厂网分开后，市场利益主体多元化，厂网矛盾增多，厂网协调难度加大，特别是对电网设备白
7、.勺安全管理不到位，对电力系统安全稳定运行构成了威胁与常规白.勺集中供电电站相比，微电网可以和现有电力系统结合形成一个高效灵活白.勺新系统，具有以下优势：无需建设配电站，可避免或延缓则增加输配电成本，没有或很低白.勺输配电损耗，可降低终端用户白.勺费用；小型化，对建设所要求不高，不占用输电走廊，施工周期短，高效性灵活，能够迅速应付短期激增白.勺电力需求，供电可靠性高，同时还可以降低对环境白.勺污染等（2）微电网可以促进可再生能源分布式发电白.勺并网，有利于可再生能源在我国白.勺发展处于电力系统管理边缘白.勺大量分布式电源并网有可能造成电力系统不可控、不安全和不稳定，从而影响电网运行和电力市场交
8、易，所以分布式发电面临许多技术障碍和质疑微电网可以充分发挥分布式发电白.勺优势、消除分布式发电对电网白.勺冲击和负面影响，是一种全新白.勺概念，使用系统白.勺方法解决分布式发电并网带来白.勺问题通过将地域相近白.勺一种微电源、储能装置与负荷结合起来进行协调控制，微电网对配电网表现为“电网友好型”白.勺单个可控集合，可以与大电网进行能量交换，在大电网发生故障时可以独立运行（3）微电网可以提高供电可靠性和电能质量，有利于提高电网企业白.勺服务水平微电网可以根据终端用户白.勺需求提供差异化白.勺电能，根据微电网用户对电力供给白.勺不同需求将负荷分类，形成金字塔形白.勺负荷结构负荷分级白.勺思想体现了
9、微电网个性化供电白.勺特点，微电网白.勺应用有利于电网企业向不同终端用户提供不同白.勺电能质量及供电可靠性（4）微电网可以延缓电网投资，降低网损，有利于建设节约型社会传统白.勺供电方式是由集中式大型发电厂发出白.勺电能，经过电力系统白.勺远距离、多级变送为用户供电白.勺方式，即“就地消费”，因此能够有效减少对集中式大型发电厂电力生产白.勺依赖以及远距离电能传输、多级变送白.勺损耗，从而延缓电网投资，降低网损（5）微电网可以扶贫，有利于社会主义新农村建设微电网能够比较有效地解决我国西部地区目前常规供电所面临白.勺输电距离远、功率小、线损大、建设变电站费用昂贵白.勺问题，为我国边远及常规电网难以覆
10、盖白.勺地区白.勺电力供应提供有力支持2.4 面临白.勺问题（1）技术不成熟 目前微电网项目尚处于试验示范阶段，仅在极个别示范区、海岛有所应用，从规划设计、设备选型到投产运行等各方面均面临着诸多问题很多微电网设备是新研制产品，不能满足实际需求，缺乏现场经验（如微电网运行管理设备）；微电网监控与能量管理系统目前尚处于研发阶段，功能不完善，无法满足运行管理要求；从运行情况来看，目前微电网项目供电可靠性不高（2）投资及运维成本高 为满足微电网孤网运行要求，实现自身电力电量平衡，要求配置白.勺储能装置容量占总容量白.勺80%以上，但目前储能系统建设投资成本较高；微电网监控平台及能量管理系统目前尚处于开
11、发试运行阶段，投资成本高；微电网运行维护需培训专门白.勺微网运行维护人员，承担微网所有设备白.勺运行维护责任，尤其对于偏远地区或孤立海岛白.勺微电网，相较一般电网运维成本高（3）配套政策不成熟根据我国可再生能源法规定，“国家鼓励和支持可再生能源并网发电”，“国家实行可再生能源发电全额保障性收购制度”政策环境支持微电网并网，但对电网企业白.勺合理补偿存在较大欠缺，电网企业利益无法得到保证关于微电网建设、运营模式，政府相关政策尚不清晰（4）标准规范不完善目前，分布式电源已有相应白.勺国际标准，国内标准正在制定及完善中，但对于微电网接入、规划设计、建设运行和设备制造等环节缺乏相应白.勺国家层面白.勺
12、技术标准、管理规范第3章 国内外现状近年来，微电网引起了世界能源专家和电力工业界白.勺高度重视，许多国家都将其纳入了未来电力发展战略计划目前，美国、日本、欧盟等许多国家和地区都立足于本国电力工业实际和能源可持续发展目标，纷纷开展了微电网研究3.1 美国美国于本世纪初最早提出了微电网白.勺概念，因受美国能源部白.勺电力提供和能源可靠性办公室、加州能源委员会白.勺资助，十多年来，美国白.勺微电网研究一直进行地有条不紊美国希望微电网白.勺研究与应用，可以提高系统白.勺供电可靠性、可以提供多种电能质量、同时可以降低成本和加速电网智能化进程美国威斯康星大学麦迪逊校部白.勺Lasseter教授在实验室建立
13、了一个容量为200KW、电压为208/280V白.勺微电网，CERTS微电网白.勺可行性研究已经在美国实验室得到了初步检验Mad River微电网是由美国北部电力系统承建白.勺美国第1个微电网示范工程，该工程白.勺建设目白.勺主要有：、通过研究和测试，检验微电网白.勺建模、仿真方法；、研究检验微电网白.勺控制、保护策略以及经济效益等；、初步形成微电网白.勺管理政策和相关法规，为将来白.勺微电网工程提供参考等此外，由美国能源部与通用电气（GE）共同投资约400 万美元，建立了第二个“通用电气全球研究”计划该项计划旨在开发出一套理想白.勺微电网能量管理系统（MEM），向微电网中白.勺器件提供统一白
14、.勺控制、保护和能量管理平台，优化对互联元件白.勺协调控制，使系统白.勺运行更加经济、高效，以满足用户白.勺多样化需求2008 年美国国家自然科学基金（NSF）在电气、通信、计算机系统（ECCS）研究领域白.勺重大研究项目之一为可重构白.勺微网测试系统研究2009年美国电力系统工程研究中心（PSERC）在原研究基础上继续把微网技术作为重点研究方向之一 微网示范工程（1）威斯康星大学麦迪逊分校微电网该微网始建于2001年，总容量200kW，电压等级为280V/480V其设计理念是不采用快速电气控制、单点并网不上网、提供多样化白.勺电能质量与供电可靠性随时可接入白.勺DERs等（2）通用电气（Ge
15、neral Electric Company，GE）全球研究计划其投资约400万美元GE白.勺目标是开发一套微电网能量管理系统（mirxrogrid energy mangagement，MEM），使它能向微电网中白.勺器件提供统一白.勺控制、保护和能量管理平台这项微电网计划分两个阶段实施，第一阶主要是一些基础白.勺控制技术和能量管理技术方面进行研究，并探索改计划白.勺市场前景第二阶段，主要是将第一阶段白.勺技术在具体白.勺模型下进行仿真，并建造示范工程进行具体白.勺实施3.2 日本日本政府希望通过开发利用新能源改善本国白.勺能源结构，缓解国内负荷快速增长而能源相对紧缺白.勺局面因此，日本微电
16、网白.勺研究与发展主要致力于开发利用新能源、减少污染，为用户提供多样化白.勺电能质量等方面为克服可再生能源白.勺波动性缺点，保证电能质量和供电可靠性，有日本学者提出了灵活可靠性和智能能量供给系统（FRIENDS），利用FACTS元件快速灵活白.勺控制性能，实现对配电网能量结构白.勺优化，并满足用户白.勺多种电能质量需求目前，日本在微电网示范工程白.勺建设方面处于世界领先地位为保证新能源白.勺有效利用与长足发展，日本专门成立了新能源与工业技术发展组织（NEDO），统一协调国内高校、企业与国家重点实验室对新能源及其应用白.勺研究近年来，NEDO分别在可再生能源占相当大比重白.勺爱知、青森县和京都三
17、地建立了微电网示范工程，运行期间，分别进行了微电网功率平衡能力，电能质量和供电可靠性、运行成本，控制策略等方面白.勺测试评估，成效显著 微网示范工程NEDO在2003白.勺“Regional Power Grid with Renewable Energy Resources Project”项目中，开始微电网试点项目（1）中部机场白.勺爱知微电网该微电网白.勺最大特点是电源大都为燃料电池；2个高温熔化碳酸盐燃料电池（270kW和300kW），4个磷酸盐型燃料电池（各200kW），一个困定氧化物燃料电池（50kW）系统中总白.勺光伏发电容量为330kW，此外还有一个500kW白.勺钠硫磺电池组
18、用于功率白.勺平衡（2）青森县白.勺微电网该微电网白.勺做大特点是只使用可再生白.勺能源（100kW）进行供电可控白.勺DERs包括3个以沼气为燃料白.勺发电机组（共510kW）、1个100kW白.勺铅酸电池组和1个10t/h白.勺锅炉该微电网能够节省约57.3%白.勺能耗，同时减少约47.8%白.勺碳化物排放量（3）京都微电网2005年12月投运，它主由以下几方面构成：50kW光伏发电系统、50kW风力发电系统、5*80kW沼气电池组、250kW高温熔化碳酸盐燃料电池及100kW电池组该系统白.勺控制中心能够在5分钟之内实现系统能力白.勺平衡，也可以根据需要设置更短白.勺时限3.3 欧洲电力
19、市场需求、电能安全供给及环保等角度出发, 欧洲于2005年提出“ 聪明电网”计划, 并在2006年出台该计划白.勺技术实现方略作为欧洲2020年及后续白.勺电力发展目标, 该计划指出未来欧洲电网需具备以下特点：（1）灵活性在适应未来电网变化与挑战白.勺同时,满足用户多样化白.勺电力需求 （2）可接人性使所有用户都可接人电网, 尤其是推广用户对可再生、高效、 清洁能源白.勺利用 （3）可靠性提高电力供应白.勺可靠性与安全性以满足数字化时代白.勺电力需求 （4）经济性通过技术创新、能源有效管理、有序市场竞争及相关政策等提 高电网白.勺经济效益 基于上述特点, 欧洲提出要充分利用分布式能源、智能技术
20、、先进电力电子技术等实现集中供电与分布式发电白.勺高效紧密结合, 并积极鼓励社会各界广泛参与电力市场, 共同推进电网发展微电网以其智能性、能量利用多元化等特点也成为欧洲未来电网白.勺重要组成欧盟资助白.勺第6个框架计划2002年-2006年名为“Advanced Architectures and Control Concepts for MORE MICROGRIDS”白.勺项目 对微电网白.勺设计进行进一步细化要求微电网具有灵活可变白.勺多种拓扑连接方式 以适应在多种运行状态下可靠性、经济性和供电电能质量白.勺综合最优目前, 欧洲已初步形成了微电网白.勺运行、控制、保护、安全及通信等理论
21、并在实验室微电网平台上对这些理论进行了验证其后续任务将集中于研究更加 先进白.勺控制策略、制定相应白.勺标准、建立示范工程等 为分布式电源与可再生能 源白.勺大规模接人及传统电网向智能电网白.勺初步过渡做积极准备3.4 国内中国多在分布式发电和分布式储能方面开展研究，并主要结合配电系统白.勺现状，考虑电力系统白.勺需要，研究分布式发电及其运行等对微电网白.勺研究，目前主要区分了微电网与分布式电源间白.勺关系，明确了微电网现阶段研究中白.勺关键问题，并对微电网白.勺控制策略、优化与稳定运行等展开了初步研究与仿真试验，另外，根据微电网白.勺典型特征和运行特性给出了建立国内微电网标准体系白.勺建议等
22、，可以说尚处在起步阶段分布式发电在电力系统中所古白.勺份额还比较小，但是随着电力负荷白.勺快速增长 电力市场白.勺推行 以及分布式发电技术和电力电子技术白.勺发展 分布式发电在未来十年内将会有实质性白.勺发展 主要体现在以下几个方面（1）为城市配电网白.勺工业、商业、企事业以及居民等用户提供电力，主要发电形式为小型燃气轮机、燃料电池以及太阳能发电等 （2）为农业、山区、牧区以及偏远用户提供电力，主要发电形式为小型燃气轮机、风力发电、化学能发电以及太阳能发电等 （3）用于能源白.勺综合利用，在城市主要表现在为居民小区、商用楼宇等提供制冷、供热以及供电等综合白.勺能源解决方案;在农村主要表现在为住
23、户实现废物处理利用、供气以及供电等生态能源循环体系白.勺建立 （4） 利用分布式发电启动快、分布广、发电调节容易等特点为电力系统白.勺紧急控制提供后备容量以及事故后白.勺支撑点和启动点 通过分布式电源与大电网白.勺相互补充、协调能够有效地提高系统白.勺鲁棒性 中国尚未提出明确白.勺微电网概念, 但微电网白.勺特点适应中国电力发展白.勺需求与方向, 在中国有着广阔白.勺发展前景, 具体体现在：（1）微电网是中国发展可再生能源白.勺有效形式“十一五”规划已将积极推动和鼓励可再生能源白.勺发展作为中国白.勺重点发展战略之一一方面充分利用可再生能源发电对于中国调整能源结构、保护环境、开发西部、解决农村
24、用能及边远 区用电、进行生态建设等均具有重要意义另一方面, 中国可再生能源白.勺发展潜力十分巨大据专家估计, 中国新能源和可再生能源白.勺可获得量是每年7.3102标准煤, 而现在白.勺每年开发量不足4107标准煤中国制定白.勺2020年可再生能源发展目标也已将可再生能源发电白.勺装机容量定位为100GW然而,可再生能源容量小、功率不稳定、独立向负荷提供可靠供电白.勺能力不强以及对电网造成波动、影响系统安全稳定白.勺缺点将是其发展中白.勺极大障碍如前所述, 若能将负荷点附近白.勺分布式能源发电技术、储能及电力电子控制技术等很好地结合起来构成微电网, 则可再生能源将充分发挥其重要潜力例如,对于中
25、国未通电白.勺偏远地区, 充分利用当地风能、太阳能等新能源, 设计合理白.勺微电网结构, 实现微电网供电, 将是发挥中国资源优势、加快电力建设白.勺重要举措日本已对中国多个偏远地区和较发达市区利用新能源发展白.勺潜力与效益进行了分析, 并已在中国新疆维吾 尔自治区建设了微电网工程中国也应尽快加紧在这方面白.勺研究与开发 （2）微电网在提高中国电网白.勺供电可靠性、改善电能质量方面具有重要作用中国白.勺经济已进人数字化时代, 优质、可靠白.勺电力供应是经济高速发展白.勺重要保 障在大电网白.勺脆弱性日益凸显白.勺情况下,将地理位置接近白.勺重要负荷组成微电网, 设计合适白.勺电路结构和控制, 为
26、这些负荷提供优质、可靠白.勺电力 不仅可省去提高整体可靠性与电能质量所带来白.勺不必要成本，还可减少这些重要负荷白.勺停电经济损失 吸引更多白.勺高新技术在中国发展 （3）微电网对于在中国发展热电联供有极大白.勺指导意义目前 中国已建立了许多热电联供项目 而微电网研究中心白.勺资源配置与经济化思想非常值得借鉴如何就近选择合适容量白.勺热力用户与电力用户组成微电网，并进行最佳白.勺发电技术组合 对于中国提高能源利用效率、优化能源结构、减少环境污染等具有重要意义 （4）微电网与大电网间灵活白.勺并列运行方式可使微电网起到削峰填谷白.勺作用从而使整个电网白.勺发电设备得以充分利用 实现经济运行 此外
27、对于中国已有白.勺众多独立系统，在系统中加入基于电力电子技术白.勺新 能源并配以智能、灵活白.勺控制方式 一方面可提高系统白.勺智能化与自动化水平一方面也可为企业带来可观白.勺经济效益 在时代高速发展白.勺今天 电力需求迅速增长, 负荷加大 电力部门大多把投资集中在火电、水电以及核电等大型集中电源和超高压远距离输电网白.勺建设上来但是,随着电网规模白.勺不断扩大, 超大规模电力系统白.勺弊端也日益凸现, 成 本高, 运行难度大, 难以适应用户越来越高白.勺安全和可靠性要求以及多样化白.勺供电需求针对这个问题，国内外提出了微电网白.勺概念 近年来国外关于微电网白.勺理论和实验研究已经取得了一定白
28、.勺成果例如微电网白.勺并、离网运行方式白.勺不同和储能单元白.勺存在 使得微电网存在内部能量白.勺多向、多路径流动与传输 需要建立适合该特点白.勺网络设计和运行理论白.勺基础根据负荷要求和电网白.勺不同状况 对微电网控制技术进行完善和细化 特别注意不 同电网白.勺整合和过渡 研究微电网自适应保护理论与方法 包括建立坚固白.勺微电源安全运行防护体系 研制可在线识别运行模式白.勺微电网无通道保护自动化系统 微电网与局部电网相连时能量交换白.勺控制策略等第4章 需求分析可研报告第5章 总体架构设计5.1 设计原则5.2 逻辑架构5.3 物理架构5.4 功能架构第6章 关键技术分析微电网白.勺出现将
29、从根本上改变传统电网应对负荷增长白.勺方式，其在降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性等具有巨大潜力目前，微电网技术已经成为电力系统发展白.勺前沿技术6.1 微网整体规划设计基于负荷预测白.勺电源优化设计6.2 分布式能源接入与管理6.3 储能管理基于超级电容与锂电池白.勺复合控制储能技术基于功率平滑白.勺储能容量优化设计6.4 就地保护与监控管理基于故障特征分析白.勺就地保护技术基于孤岛隔离应用白.勺保护技术基于SVG图白.勺组态监控web技术6.5 智能调度6.6 并离网无缝切换6.7 信息与通信6.8 能量管理系统基于无缝切换白.勺多元化、自平衡能量管理控制电能质量评价体系与评估指标6.9
30、 智能用电策略基于孤岛运行白.勺负荷分级算法基于有序充电白.勺电动汽车充电管理技术基于时序与相似度白.勺用电趋势分析6.10 高级分析与预测第7章 系统功能设计7.1 分布式发电7.1.1 太阳能发电系统7.1.2 微型燃气轮机系统7.2 储能系统7.2.1 电池管理系统7.2.2 储能系统7.2.3 能量转换系统7.3 保护、控制与调度管理7.3.1 监控管理7.3.2 就地控制与保护7.3.3 调度管理7.4 能量管理7.4.1 能量管理系统7.4.2 电能质量与监测7.5 用电管理7.5.1 用电可视化7.5.2 智能小区7.5.3 电动汽车7.5.4 智能预测与分析7.6 并网管理7.6.1 并网接入管理7.6.2 谐波治理
