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微電網(wǎng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢的研究畢業(yè)設(shè)計(論文)-在線瀏覽

2025-01-06 10:25本頁面
  

【正文】 , 將發(fā)電機(jī)、負(fù)荷、儲能裝置及控制裝置等結(jié)合 , 形成一個單一可控的單元 , 同時向用戶供給電能和熱能。它們接在用戶側(cè) , 具有低成本、低電壓、低污染等特點(diǎn)。它還具有雙重角色對于公用電力企業(yè) , 微電網(wǎng)可視為電力系統(tǒng)可控的“細(xì)胞”,例如,這個“細(xì) 胞”可以被控制為一個簡單的可調(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)的需要對于用戶,微電網(wǎng)可以作為一個可定制的電源,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。此外,緊緊圍繞全系統(tǒng)能量需求的設(shè)計理念和向用戶提供多樣化電能質(zhì)量的供電理念是微電網(wǎng)的兩個重要特征。微電網(wǎng)不僅解決了分布式電源的大規(guī)模接人問題,充分發(fā)揮了分布式電源的各項優(yōu)勢,還為用戶帶來了其他多方面的效益 [10]。針華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 9 對微電網(wǎng)不同于分布式電源的不同特點(diǎn),目前 IEEE已重新修改了分布式電源的入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),其中,新標(biāo)準(zhǔn)的 IEEE 、運(yùn)行及接入系統(tǒng)導(dǎo)則進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定。從技術(shù)的角度出發(fā),微電網(wǎng)是充分利用分布式發(fā)電的一種方式。 b 從運(yùn)作與投資的角度出發(fā),微電網(wǎng)減少了發(fā)電系統(tǒng)與負(fù)載之間的距離,降低了電網(wǎng)的損耗,改善了電網(wǎng)的無功補(bǔ)償,消除了配電、輸電中存在的問題,減少或延緩了對輸電網(wǎng)以及大規(guī)模發(fā) 電站的投資。 d 從市場的角度出發(fā),微電網(wǎng)可能通過市場的途徑使分布式發(fā)電系統(tǒng)整體化,從而削弱了大公司的市場力,并且由于輸配電的簡化,最終使得電價降低。微電網(wǎng)對分布式電源的有效利用及靈活、智能的控制特點(diǎn) , 使其在解決上述問題 方面表現(xiàn)出極大潛能 , 是許多國家未來若干年電力發(fā)展戰(zhàn)略的重點(diǎn)之一。作為一個新的技術(shù)領(lǐng)域 , 微電網(wǎng)在各國的發(fā)展呈現(xiàn)不同特色。美國 CERTS提出的微電網(wǎng)主要由基于電力電子技術(shù)且容量小于等于 500KW的小型微電源與負(fù)荷構(gòu)成 ,并引人了基于電力電子技術(shù)的控制方法。美國 CERTS對其微電網(wǎng)的主要思想及關(guān)鍵問題進(jìn)行了描述和總結(jié) , 系統(tǒng)地概括了美國 CERTS微電網(wǎng)的定義、結(jié)構(gòu)、控制、保護(hù)及效益分析等一系列問題。由美國北部電力系統(tǒng)承建的 Mad River微電網(wǎng)是美國第 1個微電網(wǎng)示范工程 , 學(xué)者們希望通 過該工程進(jìn)一步加深對微電網(wǎng)的理解 , 檢驗微電網(wǎng)的建模和仿真方法、保護(hù)和控制策略以及經(jīng)濟(jì)效益等 , 并初步形成關(guān)于微電網(wǎng)的管理政策和法規(guī)等 , 為將來的微電網(wǎng)工程建立框架。 2020年,布什總統(tǒng)提出了“電網(wǎng)現(xiàn)代化( grid modernization)”的目標(biāo),指出要將信息技術(shù)、通信技術(shù)等廣泛引入電力系統(tǒng),實現(xiàn)電網(wǎng)的智能化。在 2020年的美國微電網(wǎng)會議上 , 美國能源部對其今后的微電網(wǎng)發(fā)展計劃進(jìn)行了詳細(xì)剖析 . 從美國電網(wǎng)現(xiàn)代化角度來看 , 提高重要負(fù)荷的供電可靠性、滿足用戶定制的多種電能質(zhì)量需求、降低成本、實現(xiàn)智能化將是美國微電網(wǎng)的發(fā)展重點(diǎn)。 微電網(wǎng)在日本的發(fā)展 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 11 日本立足于國內(nèi)能源日益緊缺、負(fù)荷日益增長的現(xiàn)實背景 , 也展開了微電網(wǎng)研究 , 但其發(fā)展目標(biāo)主要定位于能源供給多樣化、減少污染、滿足用戶的 個性化電力需求。 表 31 三菱公司對微電網(wǎng)的分類 類型 發(fā)電容量 /MW 燃料 應(yīng)用場合 市場規(guī)模 大規(guī)模 1000 石油或煤 工業(yè)區(qū) 10 中規(guī)模 100 石油或煤,可 再生能源 工業(yè)區(qū) 100 小規(guī)模 10 可再生能源 小型區(qū)域電網(wǎng),住宅樓 3000 從表中可看出 , 以傳統(tǒng)電源供電的獨(dú)立電力系統(tǒng)也被歸人微電網(wǎng)研究范疇 , 大大擴(kuò)展了美國 CERTS對微電網(wǎng)的定義范圍。此外 , 日本學(xué)者還提出了靈活可靠性和智能能量供給系統(tǒng)( FRIENDSflexible reliability and intelligent electrical energy delivery system) , 其主要思想是在配電網(wǎng)中加人一些靈活交流輸電系統(tǒng)(FACTS)裝置 , 利用 FACTS控制器快速、靈活的控制性能 , 實現(xiàn)對配電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 , 并滿足用戶的多種電能質(zhì)量需求。為此 , 日本還專門成立了新能源與工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織 (NEDO)統(tǒng)一協(xié)調(diào)國內(nèi)高校、企業(yè)與國家重點(diǎn)實驗室對新能源及其應(yīng)用的研究。日本對微電網(wǎng)定義的拓寬以及在此基礎(chǔ)上所進(jìn)行的控制、能源利用等研究 , 為小型配電系統(tǒng)及基于傳統(tǒng)電源的較大規(guī)模獨(dú)立系統(tǒng)提供了廣闊的發(fā)展空間 [15]。作為歐洲 2020年及后 續(xù)的電力發(fā)展目標(biāo) , 該計劃指出未來歐洲電網(wǎng)需具備以下特點(diǎn): a 靈活性:在適應(yīng)未來電網(wǎng)變化與挑戰(zhàn)的同時 ,滿足用戶多樣化的電力需求。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 12 c 可靠性:提高電力供應(yīng)的可靠性與安全性以滿足數(shù)字化時代的電力需求。 基于上述特點(diǎn) , 歐洲提出要充分利用分布式能源、智能技術(shù)、先進(jìn)電力電子技術(shù)等實現(xiàn)集中供電與分布式發(fā)電的高效緊密結(jié)合 , 并積極 鼓勵社會各界廣泛參與電力市場 , 共同推進(jìn)電網(wǎng)發(fā)展。歐盟資助的第 6個框架計劃( 2020年 2020年)名為“ Advanced Architectures and Control Concepts for MORE MICROGRIDS”的項目,對微電網(wǎng)的設(shè)計進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化,要求微電網(wǎng)具有靈活可變的多種拓?fù)溥B接方式,以適應(yīng)在多種運(yùn)行狀態(tài)下可靠性、經(jīng)濟(jì)性和供電電能質(zhì)量的綜合最優(yōu)[17]。其后續(xù)任務(wù)將集中于研究更加先進(jìn)的控制策略、制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、建立示范工程等,為分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接人及傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)的初步過渡做積極準(zhǔn)備。從各國對未來電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略和對微電網(wǎng)技術(shù)的研究與應(yīng)用中可清楚看出 , 微電網(wǎng)的形成與發(fā)展絕不是對傳統(tǒng)集中式、大規(guī)模電網(wǎng)的革命與挑戰(zhàn),而是代表著電力行業(yè)服務(wù)意識、能源利用意識、環(huán)保意識的一種提高與改變。 下表 32是國外幾家實驗室的微電網(wǎng)研究對比 [21]。 b 為農(nóng)業(yè)、山區(qū)、牧區(qū)以及偏遠(yuǎn)用戶提供電力,主要發(fā)電形式為小型燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)力發(fā)電、化學(xué)能發(fā)電以及太陽能發(fā)電等。在農(nóng)村主要表現(xiàn)在為住戶實現(xiàn)廢物處理利用、供氣以及供電等生態(tài)能源循環(huán)體系的建立。 中國尚未提出明確的微電網(wǎng)概念 , 但微電網(wǎng)的特點(diǎn)適應(yīng)中國電力發(fā)展的需求與方向 , 在中國有著廣闊的發(fā)展前景 , 具體體現(xiàn)在: a 微電網(wǎng)是中國發(fā)展可再生能源的有效形式。一方面,充分利用可再生能源發(fā)電對于中國調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、保護(hù)環(huán)境、開發(fā)西部、解決農(nóng)村用能及邊遠(yuǎn)地區(qū)用電、進(jìn)行生態(tài)建設(shè)等均具有重要意義另一方面 , 中國可再生能源的發(fā)展?jié)摿κ志薮?。中國制定?2020年可 再生能源發(fā)展目標(biāo)也已將可再生能源發(fā)電的裝機(jī)容量定位為 100GW[19]。如前所述 , 若能將負(fù)荷點(diǎn)附近的分布式能源發(fā)電技術(shù)、儲能及電力電子控制技術(shù)等很好地結(jié)合起來構(gòu)成微電網(wǎng) , 則可再生能源將充分發(fā)揮其重要潛力。日本已對中 國多個偏遠(yuǎn)地區(qū)和較發(fā)達(dá)市區(qū)利用新能源發(fā)展的潛力與效益進(jìn)行了分析 , 并已在中國新疆維吾爾自治區(qū)建設(shè)了微電網(wǎng)工程。 b 微電網(wǎng)在提高中國電網(wǎng)的供電可靠性、改善電能質(zhì)量方面具有重要作用。在大電網(wǎng)的脆弱性日益凸顯的情況下 ,將地理位置接近的重要負(fù)荷組成微電網(wǎng) , 設(shè)計合適的電路結(jié)構(gòu)和控制 , 為這些負(fù)荷提供優(yōu)質(zhì)、可靠的電力,不僅可省華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 14 去提高整體可靠性與電能質(zhì)量所帶來的不必要成本,還可減少這些重要負(fù)荷的停電經(jīng)濟(jì) 損失,吸引更多的高新技術(shù)在中國發(fā)展。目前,中國已建立了許多熱電聯(lián)供項目,而微電網(wǎng)研究中心的資源配置與經(jīng)濟(jì)化思想非常值得借鑒。 d 微電網(wǎng)與大電網(wǎng)間靈活的并列運(yùn)行方式可使微電網(wǎng)起到削峰填谷的作用,從而使整個電網(wǎng)的發(fā)電設(shè)備得以充分利用,實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 15 第 4 章 當(dāng)今微電網(wǎng)控制與保護(hù)方面研究熱點(diǎn) 微電網(wǎng)的控制 由微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)分析可看到,微電網(wǎng)如此靈活的運(yùn)行方式與高質(zhì)量的供電服務(wù),離不開完善的穩(wěn)定與控制系統(tǒng) [20]。其中一個基本的技術(shù)難點(diǎn)在于微電網(wǎng)中的微電源數(shù)目太多 , 很難要求一個中心控制點(diǎn)對整個系統(tǒng)做出快速反應(yīng)并進(jìn)行相應(yīng)控制,往往一旦系統(tǒng)中某一控制元件故 障或軟件出錯 , 就可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓 [21]。 組成微電網(wǎng)的分布式微電源、儲能設(shè)備、負(fù)荷和各類控制裝置通常由電纜連接而成,這樣從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)看,微電網(wǎng)呈現(xiàn)“強(qiáng)點(diǎn)弱邊”的緊湊網(wǎng)絡(luò)特征,其控制地點(diǎn)遍及全網(wǎng),控制手段多樣,如何設(shè)計考慮全網(wǎng)絡(luò)特性的分散靈活控制策略以實現(xiàn)電能在微網(wǎng)與配網(wǎng)之間平滑存貯、安全調(diào)運(yùn),是微電網(wǎng)控制必須解決的難題,為此必須研究微電源的可插拔式控制技術(shù)、微電網(wǎng)電壓多目標(biāo)優(yōu)化控制技術(shù)、分布式儲能設(shè)備的分散多代理控制技術(shù)、微電網(wǎng)安全控制技術(shù)和微電網(wǎng)與輸配電網(wǎng)的優(yōu)化協(xié)調(diào)控制方法等。 目前,已有 3類經(jīng)典的微電網(wǎng)控制方法: a 基于電力電子技術(shù)的“即插即用”與“對等”的控制思想 該方法根據(jù)微電網(wǎng)控制要求 , 靈活選擇與傳統(tǒng)發(fā) 電機(jī)相類似的下垂特性曲線進(jìn)行控制,將系統(tǒng)的不平衡功率動態(tài)分配給各機(jī)組承擔(dān),具有簡單、可靠、易于實現(xiàn)的特點(diǎn)。此外,該方法僅針對基于電力電子技術(shù)的微電源間的控制。另外,針對微電網(wǎng)中對無功的不同需 求,功率管理系統(tǒng)采用了多種控制方法,從而大大增加了控制的靈活性并提高了控制性能。 c 基于多代理技術(shù)的微電網(wǎng)控制方法 該方法將傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中的多代理技術(shù)應(yīng)用于微電網(wǎng)控制系統(tǒng)。但目前多代理技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用多集中于協(xié)調(diào)市場交易、對能量進(jìn)行管理方面 , 還未深人到 對微電網(wǎng)中的頻率、電壓等進(jìn)行控制的層面。 綜合各國研究現(xiàn)狀 , 所以微電網(wǎng)控制系統(tǒng)的未來研究方向是: a 在獨(dú)立和并網(wǎng) 2種運(yùn)行方式下,已有的頻率、電壓控制方法在微電網(wǎng)中的適用性校驗; b 不同類型微電源如基于變流器和不基于變流器可控和間歇的運(yùn)行和控制; c 更加先進(jìn)、智能的控制策略; 微電網(wǎng)的保護(hù) 微電網(wǎng)自適應(yīng)保護(hù)理論與方法:先進(jìn)的保護(hù)技術(shù)是微電網(wǎng)向電力用戶“不中斷供電”的最重要的保障手段之一,而微電網(wǎng)保護(hù)主要面臨 以下困難:一是微電網(wǎng)運(yùn)行方式靈活多變、現(xiàn)有的保護(hù)整定方法完全不適用;二是現(xiàn)有配網(wǎng)的過電流保護(hù)技術(shù)、分相電流差動保護(hù)、方向比較式縱聯(lián)保護(hù)完全不適應(yīng)于復(fù)雜多變的微網(wǎng)線路;三是對與主網(wǎng)采用交 直 交接入方式的微電網(wǎng),現(xiàn)有保護(hù)技術(shù)完全無能為力。 微電網(wǎng)的保護(hù)問題與傳統(tǒng)保護(hù)有著極大不同 ,典型表現(xiàn)有: a 潮流的雙向流通; b 微電網(wǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行與獨(dú)立運(yùn)行 2種工況下 , 短路電流大小不同且 差異很大。 傳統(tǒng)的電流保護(hù)顯然無法滿足微電網(wǎng)保護(hù)的特殊要求 [25]。該方法以超過一定闌值的零序電流分量和負(fù)序電流分量作為主保護(hù)的啟動值,將傳統(tǒng)的過電流保護(hù)與之結(jié)合可取得良好的效果。發(fā)電機(jī)和負(fù)荷容量對保護(hù)的影響、不同類型發(fā)電機(jī)(如基于變流器和不基于變流器)對保護(hù)的影響及微電網(wǎng)不同運(yùn)行方式和不同設(shè)計結(jié)構(gòu)對保護(hù)的影
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