VI分布式發(fā)電與微網(wǎng)簡介概述一、分布式發(fā)電的概念與類型電力體制改革與時(shí)俱進(jìn)。進(jìn)入21世紀(jì)，電力系統(tǒng)逐漸發(fā)展成為集中發(fā)電和遠(yuǎn)距離傳輸?shù)拇笠?guī)?；ヂ?lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。但所謂“大機(jī)組、大功率、高電壓”的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)缺陷也表現(xiàn)出來:成本高且運(yùn)行困難，靈活不能跟蹤負(fù)荷變化且局部事故容易擴(kuò)大，因此單純擴(kuò)大電網(wǎng)規(guī)模顯然不能滿足用戶對供電可靠性和電能質(zhì)量越來越高的要求。與此同時(shí)，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，能源問題日益突出，環(huán)境污染日益嚴(yán)重。各國都在努力尋找一種高效利用能源、減少環(huán)境污染的方法。因此，經(jīng)濟(jì)、高效、可靠的分布式發(fā)電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。分布式發(fā)電或分布式發(fā)電是指利用各種可用的、分散的能源，在用戶附近安裝小型發(fā)電設(shè)備，進(jìn)行發(fā)電和供能的系統(tǒng)。其發(fā)電能力通常小于50MW。目前，我們的分布式一次能源包括太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、小水能、地?zé)崮?、海洋能等可再生能源，以及?nèi)燃機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池、熱電聯(lián)產(chǎn)等不可再生能源。分布式發(fā)電技術(shù)的主要特點(diǎn)是靈活性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。但是，部分可再生資源的可持續(xù)性和穩(wěn)定性不夠好，難以滿足負(fù)荷的功率平衡，其他電源也不需要協(xié)同使用。目前比較成熟的分布式發(fā)電技術(shù)可分為以下幾種類型:（一）風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電完全依靠風(fēng)力，風(fēng)力是清潔的，但不是很可靠。風(fēng)力發(fā)電可分為離網(wǎng)發(fā)電和并網(wǎng)發(fā)電兩類。離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電是指風(fēng)電機(jī)組輸出的能量由電池儲存，然后供應(yīng)給用戶。并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電是在風(fēng)力資源豐富的地區(qū)，按照一定的風(fēng)力渦輪機(jī)布置，作為風(fēng)電場，將所有的電力通過變壓器送入電網(wǎng)。并網(wǎng)風(fēng)電場具有規(guī)模大、安裝集中、控制集中等特點(diǎn)，是風(fēng)力發(fā)電規(guī)?；l(fā)展的主要形式，也是近年來風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的主要趨勢。然而，由于風(fēng)力發(fā)電具有極強(qiáng)的不可逆性，風(fēng)電場的工作波動較大，風(fēng)力發(fā)電在一定程度上對設(shè)備造成損害，因此風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展需要一些技術(shù)突破。（二）太陽能發(fā)電目前，太陽能發(fā)電主要利用半導(dǎo)體材料的光能太陽能效應(yīng)來發(fā)電，直接將太陽輻射轉(zhuǎn)化為電能。根據(jù)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是否并網(wǎng)，可分為光伏并網(wǎng)系統(tǒng)和獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)兩類。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)需要電池作為儲能裝置，主要用于人口分散的地區(qū)和沒有電網(wǎng)的偏遠(yuǎn)地區(qū)，如高原地區(qū)的移動基站和牧場上的牧民。在有公共電網(wǎng)的地區(qū)，光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)。光伏發(fā)電具有無需燃料消耗、規(guī)模靈活、不受地域限制、安全可靠、無污染、維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，但光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率較低。當(dāng)然，光伏電池的運(yùn)行受到空氣潔凈度和陽光強(qiáng)度的影響，光伏發(fā)電的成本較高。（三）生物質(zhì)能發(fā)電生物質(zhì)能發(fā)電是指利用生物質(zhì)能，如農(nóng)業(yè)、林業(yè)和工業(yè)廢物，甚至城市廢物，通過直接燃燒或汽化將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行發(fā)電。生物質(zhì)能是世界第四大能源，僅次于石油、煤炭和天然氣。它具有儲量豐富、污染低、分布廣泛等優(yōu)點(diǎn)。它是一種發(fā)電成本低、易于控制的可再生能源。環(huán)保綜合利用效果好。其最大的缺點(diǎn)是能量轉(zhuǎn)換低，且生物質(zhì)燃料難以獲得、存儲和供應(yīng)，因此生物質(zhì)發(fā)電的容量和規(guī)模受到限制。（四）燃料電池發(fā)電燃料電池是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。一種將儲存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能在恒定溫度下直接轉(zhuǎn)化為電能而不燃燒的發(fā)電裝置。燃料電池按電解液可分為聚電解質(zhì)膜電池、堿性燃料電池、磷酸燃料電池、固體電解質(zhì)燃料電池和熔融碳酸鹽燃料電池。磷酸燃料電池(PAFC)是目前比較成熟和商業(yè)化的燃料電池。燃料電池具有效率高、不受負(fù)載變化影響、清潔、無污染、噪音低、安裝方便、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然，燃料電池的成本很高，目前的技術(shù)還不成熟，大規(guī)模的應(yīng)用還沒有啟動。（五）微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電微型燃?xì)廨啓C(jī)是以天然氣、甲烷、汽油、柴油等為燃料的超小型蒸汽輪機(jī)。其發(fā)電效率可達(dá)30%，如果實(shí)行熱電聯(lián)產(chǎn)，效率可提高到75%。微型燃?xì)廨啓C(jī)(MGT)具有體積小、重量輕、發(fā)電效率高、污染小、操作維護(hù)簡單等特點(diǎn)，是目前最成熟和具有商業(yè)競爭力的分布式電源之一。與傳統(tǒng)的大型電網(wǎng)相比，分布式電源具有以下優(yōu)點(diǎn):①節(jié)能效果好;(2)環(huán)境污染少;③良好的靈活性;④良好的經(jīng)濟(jì);⑤供電可靠性高。二、分布式電源并網(wǎng)對配電系統(tǒng)的影響由于分布式電源容量小，一般并入配電網(wǎng)。分布式電源的接入使得配電系統(tǒng)從單一電源輻射網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)槎嚯娫础⒍嘤脩舻幕ヂ?lián)網(wǎng)絡(luò)，對傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)產(chǎn)生了巨大的沖擊，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:（一）對配電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)行的影響傳統(tǒng)配電網(wǎng)的潮流是單向的。接入分布式電源后，潮流的大小和方向可能會發(fā)生很大的變化，從而使穩(wěn)態(tài)電壓也會發(fā)生變化。接入分布式電源后，原有的調(diào)壓方案可能無法滿足電壓要求。此外，分布式電源的位置和容量也對電網(wǎng)損耗有直接影響。隨著大量分布式電源的接入，使得配電網(wǎng)規(guī)劃者更難準(zhǔn)確預(yù)測負(fù)荷增長，影響后續(xù)規(guī)劃。（二）對繼電保護(hù)的影響在單源輻射供電網(wǎng)絡(luò)中，由于只有一個(gè)電源提供故障電流到故障點(diǎn)，故障清除可以通過簡單地跳過系統(tǒng)側(cè)的斷路器來完成。引入分布式電源后，配電網(wǎng)成為一個(gè)多電源系統(tǒng)，故障電流的大小、持續(xù)時(shí)間和方向都會受到影響。因此，分布式電源對配電網(wǎng)原有繼電保護(hù)會產(chǎn)生很大的影響，可能導(dǎo)致原有保護(hù)裝置誤操作或拒絕操作。（三）對電能質(zhì)量的影響由于分布式電源的啟動和停止由用戶根據(jù)自己的需求,尤其是在數(shù)量和總量的增加將來的分布式電源,其并網(wǎng)和離線可能導(dǎo)致電網(wǎng)的電壓波動。另外，分布式發(fā)電的接入使用了大量的電力電子設(shè)備，在并網(wǎng)時(shí)可能產(chǎn)生諧波，從而影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量。（四）對系統(tǒng)可靠性的影響分布式電源無論是作為集中電源同時(shí)供電還是作為備用電源，對供電的可靠性都起到了積極的作用。然而，分布式電源也可能對系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生負(fù)面影響。如果分布式電源和配電網(wǎng)繼電保護(hù)之間的配合不好，繼電保護(hù)就會誤操作，系統(tǒng)的可靠性就會降低。安裝位置、容量和連接方式不當(dāng)也會降低配電網(wǎng)的可靠性。三、微網(wǎng)（一）微網(wǎng)的概念分布式電力雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但其運(yùn)行成本高、發(fā)電量波動等缺點(diǎn)也不容忽視。同時(shí)，與大電網(wǎng)相比，分布式電源是一種隨機(jī)、不可控的電源，所以大系統(tǒng)往往采取限制、隔離的方式來處理分布式電源，以減少其對大電網(wǎng)的影響。為了協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式發(fā)電之間的矛盾，充分發(fā)揮分布式發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益，微電網(wǎng)(簡稱微電網(wǎng))的概念最早在美國提出。微電網(wǎng)是由微電源(分布式電源)、電力電子設(shè)備、儲能設(shè)備和負(fù)載組成的小型發(fā)電配電系統(tǒng)。微電源負(fù)責(zé)能源供應(yīng)(電、熱);電力電子設(shè)備負(fù)責(zé)能量轉(zhuǎn)換并提供必要的控制;儲能裝置提供足夠的能量儲備，以保證負(fù)載的正常運(yùn)行。（二）微網(wǎng)的結(jié)構(gòu)圖1-3為微電網(wǎng)的典型結(jié)構(gòu)，可分為微電源、儲能裝置、電力電子控制裝置和負(fù)載等。圖中包括3條饋線A、B、C和1條負(fù)載母線。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)呈放射狀結(jié)構(gòu)。饋線A包含多個(gè)分布式電源(DG)、負(fù)荷(由敏感負(fù)荷和熱負(fù)荷組成)、儲能裝置等?？拷鼰嶝?fù)荷的DG提供電能和熱能。饋線C由多個(gè)分布式電源、敏感負(fù)載和儲能裝置組成。饋線B只包含非敏感負(fù)載。當(dāng)A、C饋線的敏感負(fù)荷聯(lián)網(wǎng)時(shí)，電網(wǎng)和DG共同供電以滿足各自的負(fù)荷要求;當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，DG將獨(dú)立供電滿足其負(fù)荷需求，以確保敏感負(fù)荷供電的可靠性和安全性。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)連通時(shí)，非敏感負(fù)載正常工作。一旦微網(wǎng)超載島運(yùn)行，可切斷饋線B的電源，保證對敏感負(fù)載的供電。圖1-3微網(wǎng)的典型結(jié)構(gòu)（三）微網(wǎng)的運(yùn)行與控制微電網(wǎng)通過隔離變壓器和靜態(tài)開關(guān)與配電網(wǎng)相連。它有兩種運(yùn)行模式:一般將微電網(wǎng)與傳統(tǒng)配電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行，稱為電網(wǎng)模式;當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障或電能質(zhì)量不達(dá)標(biāo)時(shí)，微網(wǎng)會及時(shí)脫離電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，稱為孤島模式。在聯(lián)網(wǎng)模式下，負(fù)載既可以從電網(wǎng)獲取電能，也可以從微網(wǎng)獲取電能，微網(wǎng)既可以從電網(wǎng)獲取電能，也可以將電能傳輸給電網(wǎng)(按照接入電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn))。在孤島模式下，微網(wǎng)應(yīng)能夠維持自身的電壓和頻率，以保證微網(wǎng)自身的正常運(yùn)行。兩種模式之間的切換必須平穩(wěn)快速。微網(wǎng)在運(yùn)行過程中需要保證用戶對電能的質(zhì)量需求，包括供電電壓的穩(wěn)定和頻率波動的基本穩(wěn)定。為了達(dá)到這一要求，我們需要對微電網(wǎng)進(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn)。目前，微電網(wǎng)中常用的總體控制策略有主從控制和點(diǎn)對點(diǎn)控制。主從控制對不同的DG采用不同的控制方法，賦予其不同的功能。其中一個(gè)主要的電源是用來檢測電網(wǎng)中的各種電量。通過通信線路協(xié)調(diào)其他下級DG的輸出，實(shí)現(xiàn)整個(gè)微網(wǎng)的功率平衡。等效控制是對每個(gè)DG采用相同的控制，DG之間的piconet關(guān)系是相等的，任何DG在接入或斷開時(shí)，其他機(jī)組設(shè)置都不需要修改，且微電源之間沒有任何通信鏈路，采用局部變量進(jìn)行控制，使微網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了“即插即用”的功能。在微網(wǎng)分布式電源中，一般采用逆變器作為接口接入方式。直流側(cè)連接電源，交流側(cè)連接網(wǎng)絡(luò)或負(fù)載。因此，分布式電源的輸出電壓和電流的頻率和幅值由接口逆變器的控制方法來決定。逆變器分布式電源常用的控制策略有PQ控制、下垂控制和V/F控制。1.PQ控制PQ控制是一種恒函數(shù)控制，其目的是使分布式電源輸出的無功功率和有功功率等于其期望功率。這種控制方法要求發(fā)電機(jī)組在系統(tǒng)中保持電壓和頻率，但對電網(wǎng)電壓和頻率沒有直接的調(diào)節(jié)作用。微電網(wǎng)中的負(fù)荷波動、頻率和電壓擾動由大電網(wǎng)承擔(dān)，多應(yīng)用于組網(wǎng)模式。2.下垂控制下垂控制是基于分布式電源的有功功率與頻率、無功功率和電壓幅值呈線性關(guān)系的原理。該控制方法可以在不需要微源間通信的情況下實(shí)現(xiàn)島下微網(wǎng)的功率平衡和頻率統(tǒng)一。它類似于傳統(tǒng)大型電力系統(tǒng)的一次調(diào)頻過程，常用于微電網(wǎng)的對等控制策略中。3.V/f控制V/F控制又稱恒壓恒頻控制，其控制目的是使分布式電源的輸出電壓和頻率保持不變。該控制方案可以為微電網(wǎng)提供強(qiáng)大的電壓和頻率支持，并具有一定的負(fù)荷跟隨特性，主要用于孤島模式。這種控制方法類似于傳統(tǒng)大型電力系統(tǒng)的二次調(diào)頻過程，常用于微電網(wǎng)的主從控制策略中。（四）微網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望微網(wǎng)作為繼輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)之后的第三級電網(wǎng)，有效地連接發(fā)電側(cè)和用戶側(cè)，能夠靈活接入大量分布式能源，積極參與電力系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化。其特點(diǎn)適應(yīng)了電力發(fā)展的需要和方向，具有廣闊的發(fā)展前景。近年來，歐洲國家、美國、日本、加拿大等國家都開展了微電網(wǎng)的研發(fā)和示范工程建設(shè)工作，有關(guān)微電網(wǎng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究都取得了一定的成果。歐盟第五和第六研究框架對微電網(wǎng)控制及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定進(jìn)行了深入研究。美國還建立了CERTS、NREL、GE、MadriveR等系列微網(wǎng)示范項(xiàng)目，研究微網(wǎng)的定義、結(jié)構(gòu)、控制和效益分析。在日本，新能源和工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織(NEDO)已經(jīng)成立，研究結(jié)構(gòu)、控制策略和熱電聯(lián)產(chǎn)。國內(nèi)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和高校依托“金太陽示范工程”和“973863科技攻關(guān)工程”，對微電網(wǎng)的概念和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了理論研究。還建成了