1-分布式电源并网研究现状与发展演示幻灯片.ppt

,*,智能配用电讲座,-,分布式电源并网,输配电研究所,刘文霞,2010,年,12,月,概念,分布式电源定义,分布式电源指接入,35kV,及以下电压等级的小型电源，分布式电源包括光伏电池、小型风力发电机、微型燃气轮机、燃料电池和储能设备等。,光伏电池,小型风力发电机,燃料电池,微型燃气轮机,储能设备,前言,随着包括光伏、风电等可再生能源新型发电技术的发展，分布式发电日渐成为满足负荷增长需求、减少环境污染、提高能源综合利用效率、提高供电可靠性的一种有效途径，并在配电网中得到广泛的应用。,但分布式发电的大规模渗透也产生了一些负面影响，如单机接入成本较高、控制复杂、对大系统的电压和频率存在冲击等。因此及时跟踪国际国内的先进技术，开展分布式电源并网关键技术的探讨具有重要意义。,提纲,2,3,4,关键技术,技术展望,应对措施,1,现状分析,0,分布式电源并网意义,100%,DG,机组并网的意义,-,中国面临的区域政治因素,Zpryme Reports,40%,Electricity generation is leading source of CO2 emissions,Independent World:www.independent.co.uk/news/world/asia/china-to-pass-us-greenhouse-gas-levels-by-2010-423407.html,Growth in Chinas energy demand within the next 10 yrs,Chinas urbanization rate within the next 5 years,50%,发电是二氧化碳的主要排放源,中国未来,10,年对于能源需求的增长,中国未来,5,年城市化的速度,100 GW,Chinas wind power target by 2030,30%,Municipal waste converted to energy,CO2 emission reductions by 2020,40-50%,2030,年中国风能,目标,城市废物转化为,能源,到,2020,年减少,CO2,排放,DG,机组并网的意义,-,城市化进程,DG,机组并网的意义,-,新时代能源解决方案,电 动 汽 车,再 生 能 源,消 费 者,Demand Response Management System software,需求响应管理系统,Smart meters and in-home smart devices,智能电表和智能家居设备,Utility,电力公司,Consumer,电力用户,Leverage load resources as a Virtual Peaking Generation,利用用户的储能设备,来削峰填谷,Precise/Reliable demand forecast&dispatch,Leverage Load resources capacity(“fuel tank”),Empowering consumers,准确,/,可靠的需求预测和调度,利用可以储存能量的用户负载,积极鼓励用户参与,DG,机组并网的意义,-,需求侧响应,分布式发电的优点,分布式发电系统中各电站相互独立，用户由于可以自行控制，不会发生大规模停电事故，所以安全可靠性比较高；,分布式发电可以弥补大电网安全稳定性的不足，在意外灾害发生时继续供电，已成为集中供电方式不可缺少的重要补充；,可对区域电力的质量和性能进行实时监控，非常适合向农村、牧区、山区，发展中的中、小城市或商业区的居民供电，可大大减小环保压力；,分布式发电的输配电损耗很低，甚至没有，无需建配电站，可降低或避免附加的输配电成本，同时土建和安装成本低；,调峰性能好，操作简单，由于参与运行的系统少，启停快速，便于实现全自动。,电力公司,用户,社会,信息化企业,精益化管理,智能化运营,智,能,配,电,网,节能减排,提高能源效率,开发新能源,便宜的电能,可靠的电能,优质的电能,分布式电源并网,-,智能配电网的重要部分,规划目标：,1,、实现,配电自动化和配网调控一体化智能技术支持系统,的全面建设，全面提升对于现代配电网的驾驭能力，确保配网可靠、高效、灵活运行。,2,、完成,配电生产指挥与运维管理的信息化系统,建设，实现各类应用功能之间有机整合以及与调度、用电等环节的信息互动。,3,、,提高配电网对分布式发电/储能与微网的接纳能力，实现分布式发电/储能与微网的灵活接入与统一控制,。,重点解决问题：,1,、配电网架依然比较薄弱；,2,、配电自动化普及率和实用化低；,3,、分布式能源的接入,.,智能配电重点环节,第一阶段,第三阶段,第二阶段,分布式发电,/,储能与微网,开展城市分布式电源,/,储能接入与协调控制的研究与示范工程建设。,完成上海世博园和天津中新生态城智能电网综合示范项目中和分布式发电,/,储能及微网有关建设内容。在河南公司开展分布式光伏发电接入及微网运行控制试点，结合河南省“金太阳工程”的安排，建设作为项目业主的光伏电源及入网相关技术支持系统，制定并完善相关技术和管理规范。,就考虑分布式发电,/,储能与微网接入的复杂智能配电网分析模型以及可视化展现技术、分布式发电,/,储能与微网的控制、保护及接入技术、多样化电源互补配电网的能量优化调度技术等关键技术开展研究和试点工作。,按照区域特点，选取典型地区开展分布式发电,/,储能及微网接入与协调控制试点建设，形成不同类型的分布式发电,/,储能及微网并网与协调控制的典型模式，形成有关标准。选择性能完善、成熟度高的分布式发电,/,储能及微网接入与协调控制技术，在条件成熟地区进行推广应用。尤其是促进光伏发电等分布式可再生能源发电以及电动汽车充电站和充电桩等分布式储能设施的推广应用。,建立计及分布式发电,/,储能与微网接入的复杂智能配电网分析模型，逐步建立有关分布式发电,/,储能及微网的技术标准和统一规范，并实现模型的可视化展现。初步实现对多样化电源互补配电网的能量优化调度。建立并完善配电网多种形式分布式电源的数学模型和优化控制策略；实现对各种电源的功率优化匹配；实现微网经济运行与分布式电源优化调度；实现分布式电源高渗透率下的大规模配电网经济调度；建成含多种类分布式电源的配电网能量优化管理系统。,利用配电网的供蓄能力，实现与大电网的协同运行。实现大容量清洁能源优先的配电调度策略和优化方法；在大电网事故情况下能有效利用配电网分布式发电,/,储能与微网的备用能力，并形成有效的紧急控制策略。,在公司直供直管区域内全面建成分布式发电,/,储能及微网接入与协调控制系统，全面配备适用于分布式发电,/,储能与微网接入,/,退出的智能保护控制设备。指导有条件的股份制县和代管县开展分布式发电,/,储能及微网接入与协调控制系统建设。,配电环节中对分布式电源及微网的发展规划,分布式发电,/,储能及微网技术近些年在欧美各国得到广泛研究，在某些技术上已经取得,突破性进展,。新型的,分布式发电,/,储能及微网技术,具有能源利用,效率高、节能减排效益明显、电热冷三联产综合效益好,等优点，同时还有助于促进清洁能源的大规模开发利用、提高系统的供电可靠性、以及解决边远地区供电困难问题。可以预见，分布式发电,/,储能与微网系统将成为未来大型电网的,有力补充和有效支撑,。因此，研究和推广分布式发电,/,储能及微网的接入与协调控制技术，是配电环节智能化的发展趋势，对于坚强智能电网的建设具有重要意义。,国外现状分析,美国、日本、欧洲发展较快。,通过了有关法令让部分分布式发电上网运行,美国,2001,年颁布,IEEE 1547“,关于分布式电源与,电力系统互联的标准草案”。,据美国分布式电力联盟,(DPCA),的研究估计，未来,20,年，,DG,将获未来新增发电容量的,20%,。,目前，除少数发达国家外，,DG,装机量在发电装机总量,上所占比例不大（一般在,5%,以下，如阿根廷,2.1%,、巴,西,3.9%,、法国,6.6%,、印度,4.6%,）,15,15,国家,代表性的基础项目,相关技术,美国,夏威夷等洁净能源计划,可再生能源发电技术,与国防部合作的微网项目等,微网的运行与控制,Madriver,微网,微网示范验证,欧盟国家,DISPOWER,计划,分布式发电渗透下的电网稳定与控制、电能质量技术等,MICROGRID,计划,微网运行与控制技术等,日本,群马光伏发电计划,大量光伏渗透下的电压协调控制,与美国新墨西哥合作,NM GGI,新一代的绿色电网（,5MW,以下微网）,国外研究起步较早，在关键技术方面已取得一些突破，并在小规模微网中得到验证；目前正推动微网向更高电压等级、更大容量发展。,希腊,Kythnos,微型电网示范,欧洲相关项目,日本各地示范,夏威夷岛微网规划,CERTS,微网测试系统,国外现状分析,部分分布式电源试验机构,意大利分布式电网测试场,美国,NREL,分布式电网测试场,美国威斯康辛大学分布式电网实验室,希腊,PV-MODE,分散型电网示范场,美国,Next Energy,微电网展示中心,美国,Next Energy,与,DTEEnergy Technology,合作，建置小型,分布式微电网展示中心,。,Next Energy,展示中心将建置分布式电网以提供运转及测试的平台，在电网中采用各型发电组件,(,包括燃料电池、内燃机、再生能源,),、热回收及管线系统、以及中央通讯控制系统等。,国内现状分析,18,863,973,自然科学基金,国网公司,地方项目,清华大学,中科院电工所,合肥工业大学,天津大学,其他院校,平台建设及示范探索,理论探索,工业企业,国际合作,研究和示范处于起步探索阶段，但是随关键技术研发进度加快，预计将进入快速发展期,规划技术,电源技术,运行技术,保护与控制,19,我国分布式电源相关标准正在制定过程中。,国内相关标准,风电并网,配电网,相关标准,光伏并网,电能质量,GB 19964-2005,GB 19939-2005,GB 20046-2006,GB 19963-2005,GB 14549-1993,GB 15945-2008,GB 12325-2008,GB 18481-2001,GB 15543-2008,GB 17625.6-2003,Q/GDW 156-2006,GB 50293-1999,GB 14285 E-2006,GB 50052-1995,国内现状分析,截至,2009,年底，国家电网公司经营范围内接入,35kV,及以下配电网的分布式电源总装机容量,4593.4,万千瓦，总发电量,1422,亿千瓦时，各类分布式电源装机容量和发电量见下表。,资源类型,装机容量,发电量,容量,（万千瓦）,比例（,%,）,发电量,（亿千瓦时）,比例（,%,）,小水电,2165.7,47.2,570,40.1,小型热电机组,1544.9,33.7,565,39.8,余热、余压、副产煤气,616.3,13.4,217,15.3,生物质,105.1,2.3,46.7,3.3,风电,100,2.2,12.3,0.8,燃油、燃气,50.8,1.1,9.1,0.6,其它,10.6,0.1,1.9,0.1,总计,4593.4,100,1422,100,国内现状分析,提纲,2,3,4,关键技术,技术展望,应对措施,1,现状分析,0,分布式电源并网意义,分布式发电结构,分布式电源对电网的影响,根本原因：,我国的中、低压配电网主要是中性点不接地,(,或经消弧线圈接地,),系统，采用单侧电源辐射型供电网络。,分布式新能源电站接入配电网，使配电系统从放射状结构变为多电源结构，潮流和短路电流大小、流向以及分布特性均会发生改变。,电压调节问题,原有的调压方案不能满足接入分布式电源后的配电网电压调节要求。因此必须评估分布式电源对配电网电压的影响，研究新的调压策略。,对有载调压分接头动作影,响：,高电压：,DG,接入馈线，变压,器一次电压接近上限时。,低电压：,DG,安装在,LTC,或者电,压调节器侧。,对,VQC,影响：,DG,启停，无功变化造成,VQC,动,作次数越界。,继电保护问题,在线路发生故障后，继电保护以及重合闸的动作行为都会受到光伏发,电系统的影响。对基于断路器的三段式电流保护的影响最为显著。,导致本线路保护的灵敏度降低及拒动；,导致本线路保护误动；,导致相邻线路的瞬时速断保护误动并失去选择性；,导致重合闸不成功。,日本,2.2MW,太阳城项目：,大量,配电网保护更换；,浙江示范工程：,加装低周、低,压解列、过流等保护；校核和,调整,10kV,电流速断、延时电流,速断、过流保护、反向故障保,护定值。,非正常孤岛问题,孤岛引起的安全问题：,线路维护人员人身安全受到威胁；,与孤岛地区相连的用户供电质量受影响（频率和电压偏出正常运行范围）；,孤岛内部的保护装置无法协调；,电网供电恢复后会造成相位不同步；,孤岛电网与主网非同步重合闸造成操作过电压；,单相分布式发电系统会造成系统三相负载欠相供电。,电能质量问题,分布式发电通过电力电子逆变器并网，易产生谐波、三相电流不平衡；输出功率随机性易造成电网电压波动、闪变；,分布式电源直接在用户侧接入电网，电能质量问题直接影响用户的电器设备安全。,浙江示范工程：,在10kV接入、400V接入、,220V接入系统中，都检测到谐波,电流总畸变率偏高的问题。随着,容量的增大，谐波电流对电网的,影响将进一步加大。,可靠性问题,DG,与配电网的继电保护配合不好，可能使继电保护误动作，反而使可靠性降低；,不适当的安装地点、容量和连接方式会使配网可靠性变坏；,DG,可部分消除输配电网的过负荷和堵塞，增加输配电网的裕度，使系统可靠性提高；,在一定的,DG,布置和电压调节方式下，,DG,可缓解电压骤降，提高系统的可靠性。,其它问题,短路电流问题,虽然许多情况下一般装有逆功率继电器，正常运行时不会向电网注入功率，但系统发生故障时，短路瞬间会有大电流注入电网，使配电网的开关短路电流超标，因此，大功率,DG,接入电网时，必须事先进行电网分析和计算,铁磁谐振问题,当,DG,通过变压器、电缆线路、开关等与配电网相连时，一旦配电网发生故障（如单相对地短路）而系统侧开关断开时，,DG,侧开关也会断开，如此时,DG,变压器未接负荷，变压器的电抗与电缆的大电容可能发生铁磁谐振而造成过电压，还能引起大的电磁力，使变压器发出噪音或使变压器损坏,有助于问题解决的关键技术,关键技术,分布式电源智能发电技术,分布式电源信息交互技术,分布式电源规划设计技术,适用于分布式电源新型储能技术,分布式电源并网运行调度技术,分布式电源标准体系和检测技术,德国经验,-,解决分布式电源并网（一）,对电网的支撑能力：故障时保持并网。,在电压跌落到,0,时，至少要坚持,150ms,不脱网。,在红实线以下的区域，可以脱网运行，当然能并网运行也是可以的。,德国经验,-,解决分布式电源并网（二）,对电网的支撑能力：故障时通过发出无功支撑电网电压。,当电压跌落超过,10%,时，每,1%,的电压跌落，至少要提供,2%,的无功电流。,响应速度应在,20ms,之内，必要时，必须能够提供,100%,的无功电流。,德国经验,-,解决分布式电源并网（三）,对电网的支撑能力：有功功率控制。,电站必须能够以10%的步长限制其有功出力（目前常用的设置点有100%,60%,30%,和0%）,频率高于50.2Hz时，功率必须以40%,额定功率,/Hz的速率降低,仅当频率,恢复到,50.,0,5,Hz,以下,时，才允许提高,输出,功率,频率高于51.5Hz或低于47.5Hz时必须脱网,德国经验,-,解决分布式电源并网（四）,对电网的支撑能力：通过无功功率控制为电网提供静态支撑。,电站的功率因数必须能够在,0.95,（感性）至,0.95,（容性）之间任意可调。,发电计划往往根据需要在几分钟内达到协议规定的无功功率的要求。,如果电力公司提供了在线参数，那么要求在,10,秒之内完成自动整定。,提纲,2,3,4,关键技术,技术展望,应对措施,1,现状分析,先期部分研究课题,1,、分布式电源接入及政策措施研究,调研了国外分布式电源的发展现况、趋势、政策和并网标准，提出了我国分布式电源合理发展模式，提出了我国分布式电源接入、运行管理办法及政策措施的建议。,2,、,2009,年公司已安排“微电网技术体系研究”、“微网接入对大电网的影响研究”等课题,3,项。,3,、宁夏电网,2015,年规划农村住宅光电建筑应用示范项目接入电网影响分析、西沙永兴岛光,/,风,/,柴油微电网技术研究。,4,、,2010,年,9,月国网公司营销部启动低压分布式电源管理思考及应对措施研究等。,设立重点研究课题,开展电网接纳新能源容量研究，,完善新能源发电机组联网运行,数学模型，,提高新能源功率预测水平，解决新能源波动对电网运行,造成的影响。,研究风力发电并网关键技术和风电调度管理技术，建,立兆瓦级风力发电机组及风电场控制系统；,研究分散式、移动式、,便携式光伏发电技术、特性检测维护技术和风光互补发电技术,。,研究智能微电网发展方向和发展模式，建立智能微电网整体模,型，提出智能微电网技术框架，研制智能微电网元件，分析微电网,在不同控制方式下的运行特性、微电网接入对继电保护和大电网的,影响。,关键设备及技术标准,配电环节,关键设备,技术标准,配电自动化技术标准,配电,分布式电源,技术标准,配电储能技术标准,配电自动化与配网规划,智能配电设备,分布式电源和微网,智能配变监测终端,配网规划辅助决策系统,配电调控一体支持系统,复合电能质量控制器,大容量快速切换固态开关,配电自动化主站系统,供电系统微机保护装置,供电换流装置及控制装置,供电电能质量治理装备,智能配电开关,配电保护测控一体化,分布式储能装置,分布式电源纳入智能配电环节,分布式电源相关标准,分布式电源接入配电网系列标准,B,C,D,A,分布式电源接入配电网技术规定（已完成）,分布式电源接入配电网测试规定（制定）,分布式电源接入配电网运行控制规范（制定）,分布式电源接入配电网监控系统功能规范（制定）,试点工程,1,、上海世博园智能电网综合示范工程,，包括分布式电源接入试点。,2,、分布式光伏发电接入及微网运行控制试点工程。,以河南财税专科学校校园,520kW,光伏发电项目为依托开展工程试点，研究分布式光伏发电对配电网的影响及微网运行控制模式。,3,、,中新天津生态城智能电网综合示范工程,。,实施规模：太阳能,40MW,，生物质能,10MW,，风能,125MW,。,检测手段,国家风电研究检测中心,由国家电网公司出资，中 国电科院筹建的国家风电研究检测中心已建成“两室一中心一基地”，即建立风电仿真研究室、风电预测和调度研究室、风电检测中心和风电试验基地。建设具备风电并网仿真研究能力、移动式风电并网检测能力、风电机组并网特性试验能力的研究检测中心。,检测手段,国家太阳能发电研究检测中心,由国家电网公司出资，国网电科院筹建的国家太阳能发电研究检测中心已建成完善的光伏并网试验检测环境，实现对光伏电站进行现场检测的移动检测能力，包括对光伏电站并网特性全系列检测能力以及对大规模光伏电站并网关键性能指标检测能力。,检测手段,智能用电技术研究检测中心,由国家电网公司出资，国网电科院筹建的智能用电技术研究检测中心已建成智能用电研究检测体系和仿真平台，实现对智能用电技术一体化模拟、研究和测试能力。可开展包括用户侧分布式电源在内的用电关键技术研究和智能用电装置入网检测工作。,检测手段,微电网技术实验室,由国家电网公司出资，国网电科院准备筹建的微电网技术研究实验室将建成完善的微电网试验检测环境。具备,微电网电源/负荷特性和运行特性,，,微电网接入对系统的电压/无功、电能质量、电网稳定性等方面影响,的研究能力；具备,包含各类分布式电源、不同特性电力负载、多种形式接入方式的微电网架构体系的,试验检测能力。,提纲,2,3,4,关键技术,技术展望,应对措施,1,现状分析,前瞻性技术在分布式电源中的应用,46,46,新型微源及其综合应用,网络拓扑及供电形式多样化,超导技术,分散电源的智能控制及其微网化,热电联供的智能控制及其微网化,资源及能量的梯级利用,交直流混合微网,基于轻型直流输电的偏远微网,可移动微网及微网快速重构技术,直流电器的开发及其应用,电动汽车充电站的微网化,低电压大电流超导导线及配电装置,紧凑、高效超导电力装置的研发及其状态监控,城市地下储能系统响应微网需求的控制策略,模块化超导磁储能及其分布式应用,将微网建成能高效集约各种新能源发电、分布式发电的技术平台,将微网技术发展成能灵活满足不同用户需求高效能量综合利用平台,在大容量、高密度特殊微网，实现高效大容量的超导电力装置,分布式电源的前瞻性外延作用,47,47,47,47,可融入智能电网体系的分布式电源,对电网安全防御的地位及作用,对电力市场的要求及其促进作用,分布式电源改善能源结构、促进低碳经济发展,分布式电源的智能化,虚拟微网与动态微网,智能电网的相关技术,分布式电源在电网中的优化配置理论,分布式电源的应急控制策略,分布式电源快速重构技术,电网事故后的“黑启动”方案,移动微网技术,高效微源及智能化开发,低碳分布式电源的技术经济规划方法,能量梯级利用及能量管理方法,低碳分布式电源发展战略研究及相关规范研究,分布式电源市场参与电力市场的模式,可再生能源配额制的应用,适合分布式电源的分布化、分层化竞价机制考虑能量梯级优化利用的微网市场评估体系,能量的梯级优化利用并将电能以外的能源形式纳入市场评估体系,提高电网安全稳定性并防灾应急,改变能源结构并促进低碳经济,建设智能微网,并,使之融入智能电网,谢 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