微電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）.</b></p><p>　　題 目 并網(wǎng)運(yùn)行的微電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　系 別 電力系 </p><p>　　專 業(yè) 電氣工程及其自動化 </p><p>　　班 級

2、 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　下達(dá)日期 2012年 2 月 21 日</p><p>　　設(shè)計時間自2012年 2 月21日 至2012年6月 25日</p><p&

3、gt;　　畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p>　　并網(wǎng)運(yùn)行的微電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　微電網(wǎng)已成為一些發(fā)達(dá)國家解決電力系統(tǒng)眾多問題的一個重要輔助手段，所以分布式發(fā)電是21世紀(jì)電力行業(yè)發(fā)展的重要方向。隨著電網(wǎng)中分布式發(fā)電系統(tǒng)數(shù)量的日益增多，尤其是基于可再生能源的并網(wǎng)發(fā)電裝置在分布式發(fā)電系

4、統(tǒng)中應(yīng)用的日益廣泛，隨著世界科技的不斷進(jìn)步，當(dāng)今電網(wǎng)的負(fù)荷越來越大，隨之而來的是問題不斷的增多，解決當(dāng)今電力系統(tǒng)中存在的諸多問題已經(jīng)成為研究者們頭等的問題。</p><p>　　文中介紹了微電網(wǎng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢的研究，并設(shè)計簡單的微電網(wǎng)。首先，介紹了當(dāng)今電網(wǎng)的一個整體局面，并闡述了本文的選題背景與意義。從微電網(wǎng)的概念、結(jié)構(gòu)、整體單元、儲能元件、模型、微電網(wǎng)的優(yōu)點以及微電網(wǎng)與局部電網(wǎng)的連接等方面來簡單的介紹微電

5、網(wǎng)。其次，對分布式電源進(jìn)行介紹和研究，本文主要介紹三種分布式電源，風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏電源和微型燃?xì)廨啓C(jī)。第三，介紹了本次設(shè)計的微電網(wǎng)模型并使用PSCAD進(jìn)行仿真，對仿真結(jié)果進(jìn)行簡要分析。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】微電網(wǎng)；分布式電源；風(fēng)力發(fā)電；光伏電源；微型燃?xì)廨啓C(jī)；</p><p>　　Parallel operation of the power grid system desig

6、n</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The grid has become some developed countries solve many of the issues the power system is an important auxiliary means, so distributed power gener

7、ation is 21 century the important direction of electric power industry. With the power of distributed power generation system number of increasing, especially based on renewable energy grid generation device in the distr

8、ibuted power generation system of the applications of the increasingly widespread, along with the progress of science and technology i</p><p>　　This paper introduces the present situation of the application

9、of the power grid and the development trend of the research, and design simple micro power grid. First, this paper introduces the grid a whole situation, and expounds the ?</p><p>　　【Key words】</p>&l

10、t;p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，能源供需矛盾和環(huán)境問題壓力將會進(jìn)一步顯現(xiàn)，能源結(jié)構(gòu)也將面臨重大挑戰(zhàn)。目前，全球化石能源日漸緊缺，能源壓力越來越大。在此大環(huán)境下，可再生能源取之不盡、用之不竭的特性決定了其在未來能源局中的重要地位，全球各國均把

11、清潔能源作為自身能源變革的重要發(fā)展方向。</p><p>　　從20世紀(jì)70年代開始，尤其是近年來，可再生能源已逐漸成為常規(guī)化石燃料的一種替代能源，世界上許多國家或地區(qū)將可再生能源作為其能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分：美國的加利福尼亞，2017年20％的電力將來自可再生能源(2002年已經(jīng)達(dá)到12％)；歐盟，2010年22％的電力或整個能源的12％將來自可再生能源(1999年可再生能源電力為14％，1997年占整個能

12、源的6%；日本，2010年光伏發(fā)電要達(dá)到483萬千瓦(2003年為88．7萬千瓦)；拉丁美洲，2010年整個能源的10％要來自可再生能源。</p><p>　　我國新能源產(chǎn)業(yè)的開展已有多年，我國大型風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)也已進(jìn)入一個新的高速發(fā)展階段，到2008年12月底，我國已有近70家企業(yè)進(jìn)入并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整機(jī)制造行業(yè)，中、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制造業(yè)也在快速發(fā)展。太陽能產(chǎn)業(yè)近年在我國發(fā)展迅速。截至2007年底，全國推廣農(nóng)

13、村太陽能熱水器4286萬平方米、太陽房1468萬平方米、太陽灶112萬臺。2009年可以視為我國新能源產(chǎn)業(yè)的分水嶺。2009年8月底首次表示要創(chuàng)造以低碳排放為特征的新經(jīng)濟(jì)增長點；2009年11月末國務(wù)院常務(wù)會議提出2020年新目標(biāo)；2010年，“兩會’’前成立高規(guī)格能源管理機(jī)構(gòu)。目前新能源產(chǎn)業(yè)振興和發(fā)展規(guī)劃已經(jīng)上報國務(wù)院。包括核能、風(fēng)能等可再生能源的開發(fā)利用，也包括煤化工等傳統(tǒng)能源體系的變革，規(guī)劃期限是2009年至2020年。預(yù)計到20

14、20年，中國在新能源領(lǐng)域的總投資將超過30000億元。</p><p>　　縱觀世界可再生能源發(fā)展，有以下幾大趨勢：</p><p>　　(1)技術(shù)水平不斷提高，成本持續(xù)下降。</p><p>　　(2)發(fā)展速度加快，市場份額增加。</p><p>　　(3)可再生能源已成為各國實施可持續(xù)發(fā)展的重要選擇。</p><p&g

15、t;　　(4)可再生能源是一種朝陽的產(chǎn)業(yè)，孕育著巨大的潛在經(jīng)濟(jì)利益。</p><p>　　因此，不管從緩解能源危機(jī)、解決環(huán)境污染、保護(hù)人類生存環(huán)境、有效開發(fā)和利用自然資源，還是從社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求出發(fā)，開發(fā)和利用風(fēng)能、生物質(zhì)能和太陽能等可再生能源都有極其重要的現(xiàn)實意義。從長遠(yuǎn)處看，用潔凈的可再生能源取代常規(guī)化石能源，不僅是人類普遍的美好愿望，也是世界能源發(fā)展的必然趨勢。</p><p>

16、　　微網(wǎng)( microgrid) 技術(shù)可以有效整合新能源及可再生能源發(fā)電分布式發(fā)電的優(yōu)勢, 同時為新能源及可再生能源并網(wǎng)發(fā)電規(guī)模化應(yīng)用提供了新的技術(shù)途徑。微網(wǎng)不僅能有效提高能源的梯級綜合利用效率, 且可作為主電網(wǎng)的有效互補(bǔ)電網(wǎng), 提高供電可靠性和電能質(zhì)量, 是國內(nèi)外電氣工程研究領(lǐng)域最新前沿課題之一。</p><p>　　近幾年，世界范圍內(nèi)各種大面積停電事故充分暴露了大電網(wǎng)的脆弱性。不僅如此，傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電方式還給

17、人類生存的環(huán)境和生態(tài)平衡帶來了災(zāi)難性的影響?；谔岣吣茉蠢寐屎蜏p輕環(huán)境污染的目的，分布式發(fā)電技術(shù)是維持可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，并受到前所未有的廣泛關(guān)注。</p><p>　　分布式發(fā)電也稱分散式發(fā)電或分布式供能，是指位于用戶附近的各種小型(50 MW 以下)的模塊化的電能生產(chǎn)方式，它們中的大部分可通過并網(wǎng)設(shè)備與電網(wǎng)相連。目前，正在開發(fā)的分布式發(fā)電具有污染少，電能質(zhì)量高，能源利用效率高及安裝地點靈活等優(yōu)點。同時它與

18、大電網(wǎng)互為備用也使供電可靠性得以改善。</p><p>　　新型電網(wǎng)——微電網(wǎng)系統(tǒng)在國內(nèi)外已受到日益廣泛的關(guān)注，關(guān)于微電網(wǎng)的理論和試驗研究已經(jīng)取得了一定成果，但仍存在以下問題。</p><p>　　1) 該領(lǐng)域的研究在國際上尚處于起步階段，各項研究還主要側(cè)重于理念的發(fā)展、具體案例的分析以及關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行可靠性的分析上，關(guān)于微電網(wǎng)系統(tǒng)基礎(chǔ)理論的探討及其蘊(yùn)含的深層次科學(xué)問題的研究仍有待進(jìn)一步深入

19、，而進(jìn)行這些研究的前提就是搭建一個完善的微電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行仿真數(shù)字試驗平臺。</p><p>　　2) 對于實現(xiàn)配電系統(tǒng)和微電網(wǎng)間柔性、可控的連接，保證微電網(wǎng)靈活地獨立或并網(wǎng)運(yùn)行，保證配電系統(tǒng)和微電網(wǎng)的運(yùn)行安全性、可靠性，尚有較多的科學(xué)和技術(shù)問題亟待解決。</p><p>　　3) 微電網(wǎng)系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行規(guī)律的研究仍十分缺乏，阻礙了微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。如何實現(xiàn)微電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行、微電網(wǎng)的監(jiān)控等方

20、面仍存在諸多問題，有待于進(jìn)一步研究。</p><p>　　第二章 微電網(wǎng)概述</p><p>　　2.1.1 電網(wǎng)發(fā)展的背景與現(xiàn)狀</p><p>　　在時代高速發(fā)展的今天，電力需求迅速增長, 負(fù)荷加大，電力部門大多把投資集中在火電、水電以及核電等大型集中電源和超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)的建設(shè)上來。但是,隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大, 超大規(guī)模電力系統(tǒng)的弊端也日益凸現(xiàn), 成本

21、高, 運(yùn)行難度大, 難以適應(yīng)用戶越來越高的安全和可靠性要求以及多樣化的供電需求。</p><p>　　當(dāng)今社會我國國民對供電的可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，給電力系統(tǒng)的發(fā)展帶來三個突出的問題：</p><p>　　一是由于以大機(jī)組、大電網(wǎng)、高電壓為主要特征的集中式電力系統(tǒng)的“大系統(tǒng)負(fù)效應(yīng)”，難以滿足用戶多樣化的供電需求和越來越高的可靠安全性的要求，尤其是重大災(zāi)難性事故中重要負(fù)荷

22、的供電保障，迫切需要通過用戶側(cè)的就地電源來彌補(bǔ)其缺陷。現(xiàn)在全世界90%的電力負(fù)荷都是由集中式大系統(tǒng)供給的。集約開發(fā)有效地實現(xiàn)了資源的跨區(qū)域優(yōu)化配置，然而一旦失去大電源和大電網(wǎng)，會造成大面積負(fù)荷的停運(yùn)。而自然災(zāi)害、戰(zhàn)爭等風(fēng)險無時無刻不在影響著電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重時將危及國家安全。2008年春節(jié)前后發(fā)生在我國南方的大面積冰災(zāi)事故，更是為我們敲響了警鐘。大范圍、高強(qiáng)度、長時間的低溫、雨雪和冰凍天氣造成電網(wǎng)大面積癱瘓，因災(zāi)停運(yùn)電力線路共

23、36740條，停運(yùn)變電站共2018座，110-500kV線路倒塔8381基。照明、通訊、供水、取暖等居民基本生活條件均受到嚴(yán)重影響，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1500億元以上。這次災(zāi)難性事故突顯出在負(fù)荷側(cè)就地建設(shè)安全事故電源的重要性。</p><p>　　二是配電網(wǎng)建設(shè)滯后的歷史淤積與用戶電能質(zhì)量和安全可靠性要求的矛盾日益突出，節(jié)能降耗的壓力巨大。電力投資長期“重發(fā)、輕輸、不管用”導(dǎo)致配電、用電環(huán)節(jié)設(shè)備水平參差不齊，缺乏合理

24、、統(tǒng)一的規(guī)劃、設(shè)計和運(yùn)行管理，可靠性水平低下。我國2006年全國10kV城市用戶平均供電可靠率（RS-1）僅為99.8494%，平均年用戶停電時間為13.1911小時/戶。而據(jù)國外資料統(tǒng)計，近年日本、美國、英國、法國配網(wǎng)的平均每戶停電時間分別為9分鐘、58分鐘、77分鐘、94分鐘。此外，在我國的電網(wǎng)損耗中，配電側(cè)損耗占據(jù)很大一部分，據(jù)不完全統(tǒng)計，城鄉(xiāng)配電網(wǎng)的損耗就占了整個電力系統(tǒng)損耗的70%左右，而主要的損耗設(shè)備是中低壓配電線路和配電變

25、壓器。因此，在電力系統(tǒng)末端的分散負(fù)荷處引入微電源，不僅有利于解決用戶的供電問題或者提高用戶端的電能質(zhì)量和供電可靠性，而且可以降低配電網(wǎng)電力損耗，節(jié)約電能，緩解電力緊張局面，是實現(xiàn)國家“新農(nóng)村建設(shè)”中農(nóng)村電氣化的經(jīng)濟(jì)可行的新舉措。</p><p>　　三是石化能源的枯竭和環(huán)境保護(hù)問題催生的新能源發(fā)電，特別是可再生能源發(fā)電的大發(fā)展給電力系統(tǒng)帶來的新問題。節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)工作已經(jīng)成為確保我國經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)穩(wěn)定健康發(fā)展和

26、維系生態(tài)平衡、環(huán)境優(yōu)良的重要基礎(chǔ)。各種類型的可再生能源的開發(fā)利用作為可替代能源開發(fā)戰(zhàn)略的重要組成部分，勢在必行。大多數(shù)可再生能源的共同特點是能量密度低、地域分散性突出、能源供給的隨機(jī)性比較大，因此不能成為有效的“可替代電源”，其社會效益受到極大限制。解決分布式發(fā)電的可控性，是決定可再生能源能否取得大規(guī)模推廣應(yīng)用的關(guān)鍵性問題。</p><p>　　目前，國家電網(wǎng)以大機(jī)組、大電網(wǎng)、高電壓為主要特征的集中式電力系統(tǒng)為主

27、，難以滿足當(dāng)今社會日趨多樣的供電需求，主要體現(xiàn)在以下三點：</p><p>　　a 供電安全可靠性需求。以大機(jī)組、大電網(wǎng)、高電壓為主要特征的集中式電力系統(tǒng)在負(fù)荷側(cè)缺乏有效的分布式電源后備支撐，尤其是重要負(fù)荷及用戶的供電沒有建立必備的分布式應(yīng)急電源保障體系；</p><p>　　b 節(jié)能降耗需求。我國電網(wǎng)網(wǎng)損嚴(yán)重，其中配電網(wǎng)部分占全部損耗的70%，年耗約1500億千瓦時，相當(dāng)于兩個三峽水

28、電站的年發(fā)電量。而基于分布式發(fā)電的微電網(wǎng)是降低配網(wǎng)損耗最有效最經(jīng)濟(jì)的措施之一；</p><p>　　c 利用和發(fā)展新能源的需求。優(yōu)化資源配置和環(huán)境保護(hù)催生了分布式的新能源特別是可再發(fā)生能源發(fā)電的大發(fā)展，由此引發(fā)電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問題。</p><p>　　近年來我國電力系統(tǒng)發(fā)展速度很快。截止2007年底，全國總裝機(jī)達(dá)到了7.13億千瓦，居世界第二位。盡管如此，我國迄今仍然只能稱為電力

29、大國而不是電力強(qiáng)國。由于我國人均擁有的一次能源極其有限、油氣資源短缺、能源利用引起的環(huán)境污染嚴(yán)重，要在提供充足可靠的能源和電力供應(yīng)的同時減少環(huán)境污染，難度比其他國家大得多。這一事實說明迄今為止我國以高電壓、大容量、遠(yuǎn)距離為主要特征的大規(guī)?；ヂ?lián)電網(wǎng)雖然已經(jīng)在保障電能安全可靠地傳輸和分配方面發(fā)揮了巨大作用，但在新形勢下仍不能完全適應(yīng)我國電能系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的需求。在著力建設(shè)大型互聯(lián)電網(wǎng)的同時注重分布式電源的發(fā)展，研究集中與分散相協(xié)調(diào)的新一代電

30、能供給、傳輸和分配的理論及相關(guān)技術(shù)，是保證我國電網(wǎng)安全可靠及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行所面臨的理論和工程實踐的重大挑戰(zhàn)。</p><p>　　2.1.2 選題的背景與意義</p><p>　　鑒于上述情況，分布式發(fā)電這項新興的課題被大家提上了日程。分布式發(fā)電具有污染少、可靠性高、能源利用效率高、安裝地點靈活等多方面優(yōu)點, 有效解決了大型集中電網(wǎng)的許多潛在問題。</p><p>　　

31、目前, 歐美等發(fā)達(dá)國家已開始廣泛研究能源多樣化的、高效和經(jīng)濟(jì)的分布式發(fā)電系統(tǒng), 并取得了突破性進(jìn)展。無疑, 分布式發(fā)電將成為未來大型電網(wǎng)的有力補(bǔ)充和有效支撐, 是未來電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢之一。</p><p>　　實際上, 小電源分散發(fā)電并非新概念, 早期的電力系統(tǒng)都是規(guī)模較小的分散獨立系統(tǒng)。隨著交流高壓遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)的發(fā)展, 聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模效益日趨顯著, 人們開始將各分散系統(tǒng)連接起來并網(wǎng)運(yùn)行。但在20世紀(jì)60年代的幾

32、次大停電事故后, 就有人開始對集中供電提出質(zhì)疑, 但其后并未開展深人研究。20世紀(jì)90年代, 人們才開始對分布式發(fā)電系統(tǒng)的潛在效益展開認(rèn)真研究, 并發(fā)表了許多研究報告和論文。</p><p>　　分布式發(fā)電也稱分散式發(fā)電或分布式供能, 一般指將相對小型的發(fā)電裝置（一般50MW以下）分散布置在用戶（負(fù)荷）現(xiàn)場或用戶附近的發(fā)電（供能）方式。分布式電源位置靈活、分散的特點極好地適應(yīng)了分散電力需求和資源分布, 延緩了輸、

33、配電網(wǎng)升級換代所需的巨額投資, 同時, 它與大電網(wǎng)互為備用也使供電可靠性得以改善。</p><p>　　分布式發(fā)電系統(tǒng)與集中供電系統(tǒng)的配合應(yīng)用有以下優(yōu)點:</p><p>　　a 分布式發(fā)電系統(tǒng)中各電站相互獨立，由于用戶可以自行控制，不會發(fā)生大規(guī)模停電事故，所以安全可靠性比較高。</p><p>　　b 分布式發(fā)電可以彌補(bǔ)大電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的不足，在意外災(zāi)害發(fā)生時

34、繼續(xù)供電，己成為集中供電方式不可缺少的重要補(bǔ)充。</p><p>　　c 分布式發(fā)電系統(tǒng)可對區(qū)域電力的質(zhì)量和性能進(jìn)行實時監(jiān)控，非常適合向農(nóng)村、牧區(qū)、山區(qū)以及發(fā)展中城市或商業(yè)區(qū)的居民供電，大大減小了環(huán)保壓力。</p><p>　　d 分布式發(fā)電的輸配電損耗很低，甚至沒有，無需建配電站，可降低或避免附加的輸配電成本，同時土建和安裝成本低。</p><p>　　e

35、分布式發(fā)電系統(tǒng)可以滿足特殊場合的需求，如用于重要集會或慶典的于熱備用狀態(tài)的)移動分散式發(fā)電車。</p><p>　　f 分布式發(fā)電系統(tǒng)調(diào)峰性能好，操作簡單，由于參與運(yùn)行的系統(tǒng)少，啟停快速，便于實現(xiàn)全自動。</p><p>　　本文所說的分布式發(fā)電系統(tǒng)指的就是并網(wǎng)運(yùn)行的基于可再生能源的分布式發(fā)電系統(tǒng)。發(fā)展這種小型的并網(wǎng)運(yùn)行的分布式發(fā)電系統(tǒng)可以有效的節(jié)約國家能源，是環(huán)境保護(hù)的需要，也是電力發(fā)

36、展的重要補(bǔ)充。分布式發(fā)電系統(tǒng)的主要作用是提高供電可靠性，可在電網(wǎng)崩潰和意外災(zāi)害情況下保證重要用戶的安全工作。與大型計算機(jī)一微機(jī)的關(guān)系類似，分布式發(fā)電系統(tǒng)將是未來“微電網(wǎng)”(miCrogrid)的重要組成部分，在未來電力市場中是一種有競爭力的發(fā)電方式。其結(jié)構(gòu)圖2-1如下。</p><p>　　圖2-1 分布式發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　分布式電源盡管優(yōu)點突出, 但本身存在諸多問題,

37、例如, 分布式電源單機(jī)接入成本高、控制困難等。另外, 分布式電源相對大電網(wǎng)來說是一個不可控源,因此大系統(tǒng)往往采取限制、隔離的方式來處置分布式電源, 以期減小其對大電網(wǎng)的沖擊。</p><p>　　分布式發(fā)電與微電網(wǎng)的用電方式應(yīng)該達(dá)到以下要求。</p><p>　　經(jīng)濟(jì)：能源合理梯級利用—提高能源利用效率（60%～90%）—節(jié)能，投資回報率高、降低成本和投資，就近供電，減少網(wǎng)損。</p

38、><p>　　環(huán)保：減輕環(huán)保壓力（排放總量減少、減少征地及線路走廊、減少高壓電磁污染）。</p><p>　　能源：多個電源，多種燃料，可為用戶同時提供多種能源（電、熱、冷），解決能源危機(jī)和能源安全問題，可利用新能源（氫）和可再生能源。</p><p>　　安全及可靠性：調(diào)峰問題（與燃?xì)饣パa(bǔ)）、備用問題，提高供電可靠性和供電質(zhì)量，防止大面積停電事故的發(fā)生，防災(zāi)害（戰(zhàn)爭、

39、地震、恐怖活動等）。</p><p>　　電力市場：適應(yīng)電力市場發(fā)展需要。</p><p>　　投資風(fēng)險：降低大型電站建設(shè)投資風(fēng)險。</p><p>　　扶貧：解決邊遠(yuǎn)地區(qū)供電困難。</p><p>　　目前國內(nèi)多在分布式發(fā)電和分布式儲能上開展相關(guān)的研究，對微電網(wǎng)的研究還基本處在起步階段。本文在介紹國外微電網(wǎng)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對微電網(wǎng)所需研究

40、的相關(guān)關(guān)鍵問題進(jìn)行歸納和總結(jié)。</p><p>　　2.2 微電網(wǎng)的基本概述</p><p>　　2.2.1 微電網(wǎng)的概念</p><p>　　目前， 國際上對微型電網(wǎng)的定義各不相同。</p><p>　　美國電氣可靠性技術(shù)解決方案聯(lián)合會（CERTS-Consortium for Electric Reliability Techn

41、ology Solutions)給出的定義為：微電網(wǎng)是一種由負(fù)荷和微型電源共同組成系統(tǒng)，它可同時提供電能和熱量；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，并提供必需的控制；微電網(wǎng)相對于外部大電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的受控單元，并可同時滿足用戶對電能質(zhì)量和供電安全等的要求。</p><p>　　歐盟微電網(wǎng)項目（European Commission Project Micro-grids）給出的定義是：利用一次能源；

42、使用微型電源，分為不可控、部分可控和全控三種，并可冷、熱、電三聯(lián)供；配有儲能裝置；使用電力電子裝置進(jìn)行能量調(diào)節(jié)。</p><p>　　美國威斯康辛麥迪遜分校（University of Wisconsin-Madison）的R. H. Lasseter給出的概念是：微電網(wǎng)是一個由負(fù)載和微型電源組成的獨立可控系統(tǒng)，對當(dāng)?shù)靥峁╇娔芎蜔崮?。這種概念提供了一個新的模型來描述微電網(wǎng)的操作；微電網(wǎng)可被看作在電網(wǎng)中一個可控的單

43、元，它可以在數(shù)秒鐘內(nèi)反應(yīng)來滿足外部輸配電網(wǎng)絡(luò)的需求；對用戶來說，微電網(wǎng)可以滿足他們特定的需求：增加本地可靠性，降低饋線損耗，保持本地電壓，通過利用余熱提供更高的效率，保證電壓降的修正或者提供不間斷電源。</p><p>　　綜合以上，并結(jié)合我國電網(wǎng)的實際狀況，本文可以得出微電網(wǎng)的定義：能量來源主要為可再生能源； 發(fā)電系統(tǒng)類型可為微型燃?xì)廨啓C(jī)（Micro-Turbine）、內(nèi)燃機(jī)（Gas Engine）、燃料電池（

44、Fuel Cell）、太陽能電池（PV Panel）、風(fēng)力發(fā)電機(jī)（Wind Generator）、生物質(zhì)能（Biomass Energy）等分布式電源；系統(tǒng)容量為20 kW～10 MW；網(wǎng)內(nèi)的用戶配電電壓等級為380 V，或者包括10.5 kV；如與外部電網(wǎng)進(jìn)行能量交換，電壓等級由微電網(wǎng)的具體應(yīng)用等情況而定。</p><p>　　2.2.2 微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特性與儲能元件</p><p>

45、　　電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，電網(wǎng)規(guī)劃歷來強(qiáng)調(diào)全局觀點與遠(yuǎn)近結(jié)合，而電力系統(tǒng)集中供電與電力用戶的地域分散性是一對矛盾體。目前發(fā)、輸、配、用四個環(huán)節(jié)組成的電力網(wǎng)絡(luò)是一個從電源到用戶的單向系統(tǒng)，任何中間環(huán)節(jié)的故障，都會導(dǎo)致供電的中斷。從這個角度來說，提高供電可靠安全性，單純從大電網(wǎng)角度考慮加強(qiáng)電源、電網(wǎng)建設(shè)并不能有效解決用戶供電問題，必須在用戶側(cè)就地考慮多電源、多通道供電，因此，建設(shè)用戶端就地電源就成為必然。</p>

46、<p>　　我國電網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展將進(jìn)入推進(jìn)電力資源尤其是可再生能源在更大范圍內(nèi)優(yōu)化配置的新階段，其標(biāo)志是將分布式發(fā)電、儲能和負(fù)荷組合在一起構(gòu)成微電網(wǎng)，進(jìn)而再將其與輸配電網(wǎng)集成為輸電網(wǎng)－配電網(wǎng)－微電網(wǎng)三級電網(wǎng)，形成一種全新的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系，在這一體系中，微電網(wǎng)表現(xiàn)為一個有源配電單元，而不是傳統(tǒng)意義的“無源”的配電、用電環(huán)節(jié)。這種“無源網(wǎng)”向“有源網(wǎng)”的轉(zhuǎn)變將有助于提高終端用戶的供電可靠性和電能質(zhì)量，提高系統(tǒng)的節(jié)能減排指標(biāo)并改善突

47、發(fā)事件下對用戶的供電能力，但同時也將改變整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性，并且高比例分布式發(fā)電的應(yīng)用（即高滲透率）將可能引發(fā)微電網(wǎng)對配電網(wǎng)、進(jìn)而對輸電網(wǎng)的正常運(yùn)行的沖擊。</p><p>　　微電網(wǎng)(miCrogrid)是指由低壓配電網(wǎng)與小的模塊型發(fā)電裝置以及所連負(fù)載構(gòu)成的發(fā)電系統(tǒng)，也可以看做是管理局部能量供求關(guān)系的基于分布式發(fā)電裝置的小電網(wǎng)。</p><p>　　目前，分布式電源種類很多，既

48、有新型的微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、燃料電池等，也有傳統(tǒng)的柴、汽油機(jī)組發(fā)電和水力發(fā)電等，各種電源的能源種類不同，工作原理不同，各具特色。</p><p>　　多數(shù)分布式發(fā)電系統(tǒng)具有隨機(jī)性，如風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電，采用儲能裝置與分布式發(fā)電系統(tǒng)配合，對分布式發(fā)電系統(tǒng)的電能進(jìn)行補(bǔ)償，是提高分布式發(fā)電系統(tǒng)電能質(zhì)量及其供電連續(xù)性的重要手段。目前，用于分布式能源存儲的儲能裝置主要有飛輪儲能、超導(dǎo)儲能、蓄電池儲

49、能、電解水制氫儲能和超級電容器儲能等。各種儲能方式在各具優(yōu)勢的同時也均存在不足，單一種類的儲能方式往往只能滿足某一類負(fù)載或者運(yùn)行狀態(tài)的需要，無法滿足所有的需要。基于微電網(wǎng)對儲能裝置效率、壽命、充放電速率和可靠性等方面的要求，對儲能裝置采取合適的優(yōu)化組合，充分發(fā)揮各種儲能方式的優(yōu)點也是微電網(wǎng)規(guī)劃及運(yùn)行的重要方面。目前，國外的微電網(wǎng)設(shè)計中多采用燃料電池和超級電容器。</p><p>　　2.2.3 微電網(wǎng)的模型&l

50、t;/p><p>　　微電網(wǎng)從系統(tǒng)觀點看問題, 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。微電網(wǎng)中的電源多為微電源, 亦即含有電力電子界面的小型機(jī)組（小于100KW）, 包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池、光伏電池以及超級電容、飛輪、蓄電池等儲能裝置。它們接在用戶側(cè), 具有低成本、低電壓、低污染等特點。微電網(wǎng)既可與大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行, 也可在電網(wǎng)故障或需要時與主網(wǎng)斷開單獨運(yùn)行

51、。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。由于微電網(wǎng)靈活的可調(diào)度性且可適時向大電網(wǎng)提供有力支撐, 學(xué)者形象地稱之為電力系統(tǒng)的“好市民”

52、和“模范市民”。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。在接人問題上，微電網(wǎng)的人網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)只針對微電網(wǎng)與大電</p><p>　　2.2.4 微電網(wǎng)的優(yōu)點</p><p>　　近年來小規(guī)模發(fā)電裝置、電力電子技術(shù)以及數(shù)字控制器的發(fā)展使微電網(wǎng)的實現(xiàn)成為可能，目前微電網(wǎng)已經(jīng)引起電力行業(yè)相當(dāng)大的興趣。從技術(shù)的角度出發(fā)，微電網(wǎng)是充分利用分布式發(fā)

53、電的一種方式。綜合起來，微電網(wǎng)具有如下優(yōu)點：</p><p>　　a 從環(huán)境影響的角度出發(fā)，微電網(wǎng)比傳統(tǒng)的熱電站、水電站的規(guī)模都要小，并且減少了有毒氣體的排放，緩解了氣候變化，從而增加了用戶對綠色能源的關(guān)注。</p><p>　　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

54、及大規(guī)模發(fā)電站的投資。</p><p>　　c 從供電質(zhì)量的角度出發(fā)，微電網(wǎng)避免了突然供電中斷帶來的不利影響，增加了供電可靠性，提高了維修的質(zhì)量。</p><p>　　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。</p><p>　　2.3 微電網(wǎng)在各國的發(fā)展?fàn)顩r&l

55、t;/p><p>　　負(fù)荷的持續(xù)增長、電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不斷老化、環(huán)保問題、能源利用效率瓶頸以及用戶對電能質(zhì)量的高標(biāo)準(zhǔn)要求, 已成為世界各國電力工業(yè)所面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。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, 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)略的重點之一。目前, 一些國家己紛紛開展微電網(wǎng)研究,立足于本國電力系統(tǒng)的實際問題與國家的可持續(xù)發(fā)展能源目標(biāo), 提出了各自的微電網(wǎng)概念和

56、發(fā)展目標(biāo)。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。</p><p>　　2.3.1 微電網(wǎng)在美國的發(fā)展</p><p>　　美國CERTS最早提出了微電網(wǎng)的概念, 并且是眾多微電網(wǎng)概念中最權(quán)威的一個。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。電力電子技術(shù)是美國CERTS微電網(wǎng)實現(xiàn)智能

57、、靈活控制的重要支撐, 美國CERTS微電網(wǎng)正是基于此形成了“即插即用”（plug and play）與“對等”(peer and peer)的控制思想和設(shè)計理念。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。目前, 美國CERTS微電網(wǎng)的初步理論研究成果已在實驗室微電網(wǎng)平臺上得到了成功檢驗。由美國北部電力系統(tǒng)承建的Mad River微電網(wǎng)

58、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。 </p><p>　　美國的微電網(wǎng)工程得到了美國能源部的高度重視。2003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

59、網(wǎng)的智能化。在最后出臺的“Grid 2030”發(fā)展戰(zhàn)略中，美國能源部制定了美國電力系統(tǒng)未來幾十年的研究與發(fā)展規(guī)劃，微電網(wǎng)是其重要組成部分之一。在2006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.</p><p>　　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。CERTS微電網(wǎng)中電力電子裝置與眾多

60、新能源的使用與控制, 為可再生能源潛能的充分發(fā)揮及穩(wěn)定、控制等問題的解決提供了新的思路。</p><p>　　2.3.2 微電網(wǎng)在日本的發(fā)展</p><p>　　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。對于微電網(wǎng)的定義, 日本三菱公司將微電網(wǎng)從規(guī)模上分為3類, 具體如表2-1所示

61、。</p><p>　　表2-1 三菱公司對微電網(wǎng)的分類</p><p>　　從表中可看出, 以傳統(tǒng)電源供電的獨立電力系統(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?；谠摽蚣? 目前日本已在其國內(nèi)建立了多個微電網(wǎng)工程。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)（FRIENDS-----flexible reliability and intellige

62、nt 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。目前, 日本已將該系統(tǒng)作為其微電網(wǎng)的重要實現(xiàn)形式之一.</p><p>　　多年來, 新能源利用一直是日本的發(fā)展重點。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

63、(NEDO)統(tǒng)一協(xié)調(diào)國內(nèi)高校、企業(yè)與國家重點實驗室對新能源及其應(yīng)用的研究。NEDO在微電網(wǎng)研究方面已取得了很多成果。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)模獨立系統(tǒng)提供了廣闊的發(fā)展空間。</p><p>　　2.3.3 微電網(wǎng)在歐洲以及其它各國的發(fā)展</p><p>　　從電力市場需求、電能安全供給及環(huán)保等角度出發(fā), 歐洲

64、于2005年提出“ 聰明電網(wǎng)”計劃, 并在2006年出臺該計劃的技術(shù)實現(xiàn)方略。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：</p><p>　　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。</p><p>　　b 可接人性：使所有用戶都可接人電網(wǎng), 尤其是推廣用戶對可再生、高效、清潔能源的利用。</p><

65、;p>　　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。</p><p>　　d 經(jīng)濟(jì)性：通過技術(shù)創(chuàng)新、能源有效管理、有序市場競爭及相關(guān)政策等提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　基于上述特點, 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。微

66、電網(wǎng)以其智能性、能量利用多元化等特點也成為歐洲未來電網(wǎng)的重要組成。歐盟資助的第6個框架計劃（2002年-2006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)。目前, 歐洲已初步形成了微電網(wǎng)的運(yùn)行、控制、保護(hù)

67、、安全及通信等理論，并在實驗室微電網(wǎng)平臺上對這些理論進(jìn)行了驗證。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。</p><p>　　除美國、日本、歐洲外，加拿大、澳大利亞等國也展開了微電網(wǎng)研究。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)

68、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。微電網(wǎng)是未來電網(wǎng)實現(xiàn)高效、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)供電的一個重要手段, 是對大電網(wǎng)的有益補(bǔ)。</p><p>　　下表2-2是國外幾家實驗室的微電網(wǎng)研究對比。</p><p>　　表2-2 微電網(wǎng)研究對比</p><p>　　2.3.4 微電網(wǎng)在我國的發(fā)展</p><p>　

69、　分布式發(fā)電在電力系統(tǒng)中所古的份額還比較小，但是隨著電力負(fù)荷的快速增長，電力市場的推行，以及分布式發(fā)電技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展，分布式發(fā)電在未來十年內(nèi)將會有實質(zhì)性的發(fā)展，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：</p><p>　　a 為城市配電網(wǎng)的工業(yè)、商業(yè)、企事業(yè)以及居民等用戶提供電力，主要發(fā)電形式為小型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池以及太陽能發(fā)電等。</p><p>　　b 為農(nóng)業(yè)、山區(qū)、牧區(qū)以及偏遠(yuǎn)用戶提

70、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。</p><p>　　c 用于能源的綜合利用，在城市主要表現(xiàn)在為居民小區(qū)、商用樓宇等提供制冷、供熱以及供電等綜合的能源解決方案;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。</p><p>　　d 利用分布式發(fā)電啟動快、分布廣、發(fā)電調(diào)節(jié)容易等特點，為電力系統(tǒng)的緊急控制提供后備容量

71、以及事故后的支撐點和啟動點，通過分布式電源與大電網(wǎng)的相互補(bǔ)充、協(xié)調(diào)，能夠有效地提高系統(tǒng)的魯棒性。</p><p>　　中國尚未提出明確的微電網(wǎng)概念, 但微電網(wǎng)的特點適應(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：</p><p>　　a 微電網(wǎng)是中國發(fā)展可再生能源的有效形式。“十一五”規(guī)劃已將積極推動和鼓勵可再生能源的發(fā)展作為中國的重點發(fā)展戰(zhàn)略之一。一方面，充分利

72、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?。?jù)專家估計, 中國新能源和可再生能源的可獲得量是每年標(biāo)準(zhǔn)煤, 而現(xiàn)在的每年開發(fā)量不足標(biāo)準(zhǔn)煤。中國制定的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。然而,可再生能源容量小、功率不穩(wěn)定、獨立向負(fù)荷提供可靠供電的能力不強(qiáng)以及對電網(wǎng)造成波動、影響系統(tǒng)安全穩(wěn)

73、定的缺點將是其發(fā)展中的極大障礙。如前所述, 若能將負(fù)荷點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。例如, 對于中國未通電的偏遠(yuǎn)地區(qū), 充分利用當(dāng)?shù)仫L(fēng)能、太陽能等新能源, 設(shè)計合理的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu), 實現(xiàn)微電網(wǎng)供電, 將是發(fā)揮中國資源優(yōu)勢、加快電力建設(shè)的重要舉措。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</p&

74、gt;<p>　　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。中國的經(jīng)濟(jì)已進(jìn)人數(shù)字化時代, 優(yōu)質(zhì)、可靠的電力供應(yīng)是經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的重要保障。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。</

75、p><p>　　c 微電網(wǎng)對于在中國發(fā)展熱電聯(lián)供有極大的指導(dǎo)意義。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。如何就近選擇合適容量的熱力用戶與電力用戶組成微電網(wǎng)，并進(jìn)行最佳的發(fā)電技術(shù)組合，對于中國提高能源利用效率、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、減少環(huán)境污染等具有重要意義。</p><p>　　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

76、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。</p><p>　　此外，對于中國已有的眾多獨立系統(tǒng)，在系統(tǒng)中加入基于電力電子技術(shù)的新能源并配以智能、靈活的控制方式，一方面可提高系統(tǒng)的智能化與自動化水平，另一方面也可為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 </p><p>　　2.4 當(dāng)今微電網(wǎng)控制與保護(hù)方面研究熱點</p><p>　　2.4.1 微電網(wǎng)的控制<

77、;/p><p>　　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)?？刂茊栴}也正是微電網(wǎng)研究中的一個難點問題。其中一個基本的技術(shù)難點在于微電網(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。因此，微電網(wǎng)控制應(yīng)該做到能夠基于本地信息對電網(wǎng)中的事件做出自主反應(yīng)，例如，對于

78、電壓跌落、故障、停電等，發(fā)電機(jī)應(yīng)當(dāng)利用本地信息自動轉(zhuǎn)到獨立運(yùn)行方式，而不是像傳統(tǒng)方式中由電網(wǎng)調(diào)度統(tǒng)一協(xié)調(diào)。</p><p>　　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)點弱邊”的緊湊網(wǎng)絡(luò)特征，其控制地點遍及全網(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

79、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。</p><p>　　具體來講，微電網(wǎng)控制應(yīng)當(dāng)保證：</p><p>　　a 任一微電源的接人不對系統(tǒng)造成影響；</p><p>　　b 自主選擇運(yùn)行點；</p><p>　　c 平滑

80、地與電網(wǎng)并列、分離；</p><p>　　d 對有功、無功進(jìn)行獨立控制；</p><p>　　e 具有校正電壓跌落和系統(tǒng)不平衡的能力。</p><p>　　目前，已有3類經(jīng)典的微電網(wǎng)控制方法：</p><p>　　a 基于電力電子技術(shù)的“即插即用”與“對等”的控制思想</p><p>　　該方法根據(jù)微電網(wǎng)控制要求

81、, 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。但該方法沒有考慮系統(tǒng)電壓與頻率的恢復(fù)問題，也就是類似傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)中的二次調(diào)整問題，因此，在微電網(wǎng)遭受嚴(yán)重擾動時，系統(tǒng)的頻率質(zhì)量可能無法保證。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。</p><p>　　b 基于功率管理系統(tǒng)的控制</p><p>　　該方

82、法采用不同控制模塊對有功、無功分別進(jìn)行控制，很好地滿足了微電網(wǎng)多種控制的要求，尤其在調(diào)節(jié)功率平衡時，加人了頻率恢復(fù)算法，能夠很好地滿足頻率質(zhì)量要求。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。但與第種方法類似，這種方法只討論了基于電力電子技術(shù)的機(jī)組間的協(xié)調(diào)控制，未綜合考慮它們與含調(diào)速器的常規(guī)發(fā)電機(jī)間的協(xié)調(diào)控制。</p><p>　　c 基于多代

83、理技術(shù)的微電網(wǎng)控制方法</p><p>　　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)。代理的自治性、反應(yīng)能力、自發(fā)行為等特點，正好滿足微電網(wǎng)分散控制的需要，提供了一個能夠嵌人各種控制性能但又無需管理者經(jīng)常出現(xiàn)的系統(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。要使多代理技術(shù)在微電網(wǎng)控制系統(tǒng)中發(fā)揮更大作用，仍有大量研究工

84、作需要進(jìn)行。</p><p>　　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：</p><p>　　a 在獨立和并網(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；</p><p>　　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；</p><p>　　c 更加先進(jìn)、智能的控制策略；&l

85、t;/p><p>　　2.4.2 微電網(wǎng)的保護(hù)</p><p>　　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)

86、，現(xiàn)有保護(hù)技術(shù)完全無能為力。為此，必須研究微電網(wǎng)自適應(yīng)保護(hù)理論與方法，包括建立堅固的微電源安全運(yùn)行防護(hù)體系，研制可在線識別運(yùn)行模式的微電網(wǎng)無通道保護(hù)自動化系統(tǒng)。</p><p>　　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：</p><p>　　a 潮流的雙向流通；</p><p>　　b 微電網(wǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行與獨立運(yùn)行2種工況下, 短路電流大小不同且差異

87、很大。</p><p>　　因此, 如何在獨立和并網(wǎng)2種運(yùn)行工況下均能對微電網(wǎng)內(nèi)部故障做出響應(yīng)以及在并網(wǎng)情況下快速感知大電網(wǎng)故障, 同時保證保護(hù)的選擇性、快速性、靈敏性與可靠性, 是微電網(wǎng)保護(hù)的關(guān)鍵, 也是微電網(wǎng)保護(hù)的難點。</p><p>　　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。目前，針對單相接地故障與線間故障，有學(xué)者提出了基于對稱電流分量檢測的保護(hù)策略。該方法以超過一定闌值

88、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。</p><p>　　雖然國際上已有學(xué)者研制出微電網(wǎng)保護(hù)的硬件裝置，但人們?nèi)栽趯Ω油晟频谋Ｗo(hù)策略進(jìn)行積極探索。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)的影響等問題都是微電網(wǎng)保護(hù)策略研究中所關(guān)注的重點。</p><p&

89、gt;　　2.4.3 微電網(wǎng)與局部電網(wǎng)的連接</p><p>　　微電網(wǎng)與局部電網(wǎng)的聯(lián)接需要很好的控制策略，要確保供電質(zhì)量以及對一些非重要負(fù)載的控制。由于它與局部電網(wǎng)的聯(lián)接將是交換能量的一種方式，所以微電網(wǎng)可以看作是運(yùn)作良好的負(fù)載或發(fā)電機(jī)。</p><p>　　微電網(wǎng)與電網(wǎng)聯(lián)接的復(fù)雜性主要受微電網(wǎng)中分布式發(fā)電的類型、連接點的數(shù)量和位置以及總發(fā)電量的影響。</p><p

90、>　　對基于傳統(tǒng)發(fā)電裝置如柴油機(jī)的微電網(wǎng)來說，已經(jīng)有很多經(jīng)驗可以參考，系統(tǒng)的設(shè)計相對容易一些。然而對大多數(shù)正在出現(xiàn)的使用可再生能源(如燃料電池、太陽能)的微電網(wǎng)來說，由于缺乏非傳統(tǒng)發(fā)電方式的經(jīng)驗，系統(tǒng)的設(shè)計及其與電網(wǎng)的聯(lián)接將是一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。</p><p>　　微電網(wǎng)內(nèi)電能是充足的，但是出于供電安全性和靈活性方面的考慮，它需要聯(lián)接到局部電網(wǎng)或者甚至是鄰近的其它微電網(wǎng)。這些聯(lián)接可以實現(xiàn)雙向的功率流(既

91、能輸出電能，又能輸入電能)的裝置，或者出于商業(yè)考慮，只能實現(xiàn)單向功率流。這樣從微電網(wǎng)的角度看，聯(lián)接的電網(wǎng)也可以看做是一個發(fā)電機(jī)或負(fù)載。一般來說，微電網(wǎng)和電網(wǎng)的聯(lián)接有同步和異步兩種聯(lián)接方式。</p><p>　　所謂同步聯(lián)接是指微電網(wǎng)通過同步的交流線路聯(lián)接到其它電網(wǎng)。同步聯(lián)接的優(yōu)點是簡單，僅需要電氣接線、斷路器以及變壓器(也可能不需要變壓器)。從原理出發(fā)，正常情況下微電網(wǎng)工作于并網(wǎng)運(yùn)行模式，而在電網(wǎng)跳閘時平穩(wěn)過孤島

92、運(yùn)行模式以保證供電的連續(xù)性，這種理想狀態(tài)應(yīng)該是可能實現(xiàn)的。主要問題是一旦電網(wǎng)準(zhǔn)備好重新建立聯(lián)接，如何實現(xiàn)再同步。 </p><p>　　所謂異步聯(lián)接是指微電網(wǎng)利用逆變器與其它電網(wǎng)相聯(lián)。而逆變器可以是能夠?qū)崿F(xiàn)雙向功率流(既能輸出又能輸入電能)的裝置，也可以是僅在局部電能不足時輸入電能的單向裝置。異步聯(lián)接的優(yōu)點是僅與電網(wǎng)交換能量而已，微電網(wǎng)完全負(fù)責(zé)其內(nèi)部的供電質(zhì)量(頻率、電壓、無功功率、諧波等)。</p>

93、<p>　　采用異步聯(lián)接方式的微電網(wǎng)的主要特點是其所有能量將通過逆變器提供。一些電源如太陽能電池本身是直流源，于是需要逆變器將它們連接到交流電網(wǎng)。其它的如微型渦輪發(fā)電機(jī)或斯特林發(fā)動機(jī)可以產(chǎn)生交流電，但是由于頻率不穩(wěn)定，并不適合做為同步發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。為了使裝有很多小發(fā)電機(jī)的微電網(wǎng)穩(wěn)定工作，需要采用有著適當(dāng)?shù)目刂撇呗缘碾妷盒湍孀兤?。幸運(yùn)的是電力電子技術(shù)和數(shù)字控制器的發(fā)展意味著復(fù)雜的控制策略是可以實現(xiàn)的，并且不會增加過多的成本。&

94、lt;/p><p>　　具體選擇哪種聯(lián)接方式在很大程度上由微電網(wǎng)的規(guī)模決定，當(dāng)然也要考慮調(diào)節(jié)微電網(wǎng)與電網(wǎng)之間能量交換的控制策略。</p><p><b>　　總 論</b></p><p>　　在時代高速發(fā)展的今天，電力需求迅速增長, 負(fù)荷加大，電力部門大多把投資集中在火電、水電以及核電等大型集中電源和超高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)的建設(shè)上來。但是,隨著電網(wǎng)

95、規(guī)模的不斷擴(kuò)大, 超大規(guī)模電力系統(tǒng)的弊端也日益凸現(xiàn), 成本高, 運(yùn)行難度大, 難以適應(yīng)用戶越來越高的安全和可靠性要求以及多樣化的供電需求。針對這個問題，國內(nèi)外提出了微電網(wǎng)的概念。</p><p>　　近年來國外關(guān)于微電網(wǎng)的理論和實驗研究已經(jīng)取得了一定的成果。例如微電網(wǎng)的并、離網(wǎng)運(yùn)行方式的不同和儲能單元的存在，使得微電網(wǎng)存在內(nèi)部能量的多向、多路徑流動與傳輸，需要建立適合該特點的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和運(yùn)行理論的基礎(chǔ)；根據(jù)負(fù)荷要求

96、和電網(wǎng)的不同狀況，對微電網(wǎng)控制技術(shù)進(jìn)行完善和細(xì)化，特別注意不同電網(wǎng)的整合和過渡；研究微電網(wǎng)自適應(yīng)保護(hù)理論與方法，包括建立堅固的微電源安全運(yùn)行防護(hù)體系，研制可在線識別運(yùn)行模式的微電網(wǎng)無通道保護(hù)自動化系統(tǒng)；微電網(wǎng)與局部電網(wǎng)相連時能量交換的控制策略等。</p><p>　　在當(dāng)今電力系統(tǒng)復(fù)雜的用電形勢和超負(fù)荷的供電形勢下，微電網(wǎng)的出現(xiàn)是解決當(dāng)今電力系統(tǒng)眾多問題的一個重要的輔助手段。通過以上分析我們可以清楚的看到，作為大

97、電網(wǎng)的有效補(bǔ)充與分布式能源的有效利用形勢，微電網(wǎng)的研究現(xiàn)在已經(jīng)引起各國學(xué)者的關(guān)注，雖然其中的問題還有很多尚未解決，但是毫無疑問，微電網(wǎng)在未來的電力系統(tǒng)發(fā)展中是潛力非常的大的。</p><p><b>　　第三章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)</b></p><p><b>　　3.1 風(fēng)能</b></p><p>　　在常規(guī)能源(如煤、

98、石油)日益緊缺并嚴(yán)重污染環(huán)境的今天，風(fēng)能越來越被重視。它具有常規(guī)能源所沒有的優(yōu)越性：</p><p>　　首先，風(fēng)能可以永續(xù)利用或循環(huán)利用，只要有太陽照射地球地面就會增溫，空氣就會流動，風(fēng)能用之不盡。</p><p>　　其次，利用風(fēng)能的設(shè)備，一次投資就可常年使用，除了維修開支外，基本上沒有經(jīng)常性的耗費(fèi)，是廉價的。</p><p>　　第三，風(fēng)能不會造成大氣污染。常

99、規(guī)能源利用過程中，會釋放出大量對人類有害物質(zhì)，而風(fēng)能在利用過程中不會給環(huán)境帶來污染，也不會破壞生態(tài)系統(tǒng)。</p><p>　　第四，風(fēng)能到處都有，特別是那些缺乏常規(guī)能源的農(nóng)村、野外、沙漠、高原、海洋，不需長途運(yùn)輸。</p><p>　　第五，風(fēng)能的總量是巨大的。</p><p>　　當(dāng)然，雖然風(fēng)能存在上述諸多優(yōu)點，但也存在著一些缺陷：</p><

100、p>　　第一，風(fēng)能甚為分散，是一種能量密度極低的可再生能源，不易集中起來而形成巨大的功率。</p><p>　　第二，受天氣影響而變化，不穩(wěn)定。風(fēng)能隨天氣和氣候的變化而不斷變化。在利用這兩種能源時存在一些困難。</p><p>　　第三，受地形影響大，地區(qū)差異顯著。</p><p>　　一種清潔能源轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟(jì)可靠的電能過程中仍存在著諸多技術(shù)難題。但是，隨著現(xiàn)代

101、科技的發(fā)展與進(jìn)步，風(fēng)能資源的利用在技術(shù)上有很大突破和進(jìn)展，特別是在風(fēng)能、太陽能綜合利用方面，充分利用兩種能源或多種能源在諸多方面的互補(bǔ)性，可以建立起經(jīng)濟(jì)合理、更加穩(wěn)定可靠的能源利用系統(tǒng)。</p><p>　　3.2 風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　風(fēng)電古老而現(xiàn)代,但之所以到近代才得以發(fā)展,是因為在這方面存在許多實際困難。主要表現(xiàn)在: </p><p>　　(1

102、) 風(fēng)本身隨機(jī)性大且不穩(wěn)定,對其資源的準(zhǔn)確測量與評估存在誤差; </p><p>　　(2) 風(fēng)速大小、風(fēng)力強(qiáng)弱、風(fēng)的方向都隨時間在變化,設(shè)計制造在不同風(fēng)況下都能保持穩(wěn)定運(yùn)行的風(fēng)電系統(tǒng),并使其風(fēng)電輸出功率效率高且理想平滑十分困難; </p><p>　　(3) 風(fēng)為間歇式能源,有功功率與無功功率都將隨風(fēng)速的變化而變化,在與電網(wǎng)連接時,需要考慮輸出功率的波動對地區(qū)電網(wǎng)的影響。</p&g

103、t;<p>　　此外,在降低制造成本和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用的前提下如何提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與可靠性、如何延長風(fēng)力發(fā)電機(jī)的壽命以及改善系統(tǒng)儲能措施使其容量更大、體積更小、效率更高且壽命更長等問題上尚有待于得到更完善的解決。</p><p>　　1 　風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)能資源、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、控制裝置及檢測顯示裝置等組成。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是風(fēng)電系統(tǒng)的

104、關(guān)鍵設(shè)備,通常包括風(fēng)輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、變速器及相應(yīng)控制裝置,用來實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　長期以來風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要采用恒速恒頻發(fā)電方式( Constant Speed Constant Frequency簡稱CSCF) 和變速恒頻發(fā)電方式( Variable Speed Constant Frequency 簡稱VSCF) 兩種。恒速恒頻發(fā)電方式,概念模型通常為“恒速風(fēng)力機(jī)+ 感應(yīng)發(fā)電機(jī)”,常采用定槳距失

105、速或主動失速調(diào)節(jié)實現(xiàn)功率控制。在正常運(yùn)行時,風(fēng)力機(jī)保持恒速運(yùn)行,轉(zhuǎn)速由發(fā)電機(jī)的極數(shù)和齒輪箱決定。由于風(fēng)速經(jīng)常變化,功率系數(shù)Cp 不可能保持在最佳值,不能最大限度地捕獲風(fēng)能效率低。變速恒頻發(fā)電方式, 概念模型通常為“變速風(fēng)力機(jī)+ 變速發(fā)電機(jī)(雙饋異步發(fā)電機(jī)或低速永磁同步發(fā)電機(jī)) ”,采用變槳距結(jié)構(gòu),啟動時通過調(diào)節(jié)槳距控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速;并網(wǎng)后,在額定風(fēng)速以下,調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)反轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)速跟隨風(fēng)速變化以保持最佳葉尖速比從而獲得最大風(fēng)能;在額定轉(zhuǎn)速以上