智能微电网技术与实验系统-PPT演示文稿

智能微电网技术与实验系统,智能微电网技术与实验系统,第一章 概述 第二章 分布式发电 第三章 微电网结构与分类 第四章 微电网的运行与控制 第五章 微电网保护 第六章 微电网的监控与能量管理,2,第一章 概述,微 网 定 义 微网是以分布式发电技术为基础，以靠近分散型资源或用户的小型电站为主，结合终端用户电能质量管理和能源梯级利用技术形成的小型模块化、分散式的供能网络。微网是智能电网的重要组成部分，能实现内部电源和负荷的一体化运行，并通过和主电网的协调控制，可平滑接入主网或独立自治运行，充分满足用户对电能质量、供电可靠性和安全性的要求。,3,第一章 概述,微电网基本结构,4,燃汽轮机 柴油发电机 风力发电 光伏发电 沼气发电 波浪能发电 生物质能发电,数据采集和监控系统（SCADA） 自动发电控制（AGC） 经济调动控制（EDC） 电力系统状态故估计（State Estimator） 安全分析（Security Analysis）,数字化变电站 智能继电保护系统 电力线路在线监测系统 电力故障实时报警系统 智能调度系统,智能电表 远程抄表系统 负荷监测系统 无功补偿系统,分布式微能源,能量管理系统,输配电系统,用户负载,智能微电网,第一章 概述,5,发展微电网的意义,第一章 概述,市场化前景,6,第一章 概述,微电网技术已取得了一定的理论和应用成果，但在诸如微电网的运行与控制、微电网电能质量、微电网保护以及微电网的接入标准等方面仍存在很多问题和不足。因此，进一步深入推进微电网技术的研究和开发应用必须发展微电网新技术，如大容量的多级混合微电网技术、智能微电网技术、微电网的多代理控制技术、面向整个微电网系统的各种仿真和应用工具软件及微电网多方向潮流交换的高智能型继电保护技术等。,7,第二章 分布式发电,2.1 分布式发电的基本概念 2.2 分布式发电技术 2.3 分布式发电与并网技术 2.4 发展分布式发电的意义 2.5 分布式发电研发重点与应用前景,8,2.1 分布式发电的基本概念,9,一般指发电容量较小(几十千瓦至一百兆瓦之间) 、 与配电网连接、分散在负载附近的发电形式。 在许多国家分布式发电一般不经规划或中央调度。 与远距离输电和大电网互联的电力系统相区别，称之为分布式发电。,2.1 分布式发电的基本概念,10,含有分布式电源的电力系统,2.1 分布式发电的基本概念,11,分布式发电供能系统与常规电力系统并网运行，实现功率的双向交换，具有很多优势。 提高分布式发电系统供能质量，有助于可再生能源的高效利用。 有助于防止大面积停电，增强电网抵御自然灾害的能力。,2.1 分布式发电的基本概念,12,几种常见的分布式电源,2.2 分布式发电技术,13,燃气轮机：燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。燃气轮机的工作过程是，压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气涡轮中膨胀做功，推动涡轮叶轮带着压气机叶轮一起旋转；加热后的高温燃气的做功能力显著提高，因而燃气涡轮在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机由静止起动时，需用起动机带着旋转，待加速到能独立运行后，起动机才脱开。 燃气轮机有轻型燃气轮机和重型燃气轮机两种类型。轻型燃气轮机为航空发动机的转型，有点事装机快、体积小、启动快、快速反应性能好、简单循环效率高，适合在电网中调峰、调节或应急备用。重型燃气轮机为工业型燃机，优点是运行可靠、排烟温度高、联合循环效率高，主要用于联合循环发电、热电联产。,2.2 分布式发电技术,14,内燃机：内燃机是通过在热功转换空间内部的燃烧过程将燃料中的化学能转变为热能，并通过一定的机构使之再转化为机械功的一种热力发动机。内燃机发电的工作原理是将燃料与压缩空气混合，点火燃烧，使其推动活塞做功，通过气缸连杆和曲轴驱动发电机发电。由于较低的初期投资，在容量低于5MW的发电系统，柴油发电机占据了主导地位。然而随着对排放的要求越来越高，天然气内燃机市场占有量不断提升，其性能也在逐步提高。在效率方面，相同跑量和转速条件下，柴油发电机有较高的压缩比，因而具有更高的发电效率。 微燃机：微燃机是指发电功率在几百千瓦以内（通常为100200kW以下），以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的小功率燃气轮机。微燃机由径流式叶轮机械、单筒形燃烧室和回热器构成，可分为单轴型和分轴型两种。,2.2 分布式发电技术,15,热电联产与冷热电三联产：热电联产(Combined heat and Power，简写为CHP)是指热能与电能的联合生产。CHP系统已在能源密集工业如造纸、纸浆和石油等行业应用了一百多年，满足了这些行业对于蒸汽和电力的需求。生产电能的动力装置的排热与余热用于工业生产供热与冬季采暖，使不同品质的能量得到阶梯利用。燃煤热电联产为的能源利用率达到70%以上，而即便当今世界上最高效率的燃煤发电产厂，也只有50%的效率。为进一步提高能源利用效率，在热电联产的基础上，发展起来了通过锅炉产生的蒸汽在背压汽轮机或抽汽汽轮机发电的冷热电三联产技术，其排汽或抽汽，除满足各种热负荷外，还可做吸收式制冷机的工作蒸汽，生产 C冷水用于空调或工艺冷却，便于减少冷凝损失、降低煤耗、提高能源利用率。,2.2 分布式发电技术,光伏（Photo-Voltaic，PV）发电技术 光伏发电具有不需燃料、环境友好、无转动部件、维护简单、维护费用低、由模块组成、可根据需要构成及扩大规模等突出优点，其应用范围十分广泛，如可用于太空航空器、通信系统、微波中继站、光伏水泵、边远地区的无电缺电区以及城市屋顶光伏发电等。光伏发电系统由光伏电池阵列、控制器、储能元件（蓄电池等）、直流-交流逆变器、配电设备和电缆等组成，如下图2-1所示。,16,图2-1 光伏发电系统示意图,2.2 分布式发电技术,燃料电池（Fuel Cell）发电技术 燃料电池主要包括碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、磷酸燃料电池、融入碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池等。燃料电池的分类及特性参见下表：,17,2.2 分布式发电技术,燃料电池发电技术在电动汽车等领域中有所应用，其基本流程如下图2-2所示。,18,图2-2 燃料电池发电的基本流程,这种静止型发电技术的发电效率与容量大小几乎无关，因此在小规模分布式发电的应用中有一定的优势，是一种很有前途的未来型发电技术。,2.2 分布式发电技术,生物质（Biomass）发电技术 生物质能发电有多种方式，其基本工艺流程为：生物质能预处理生物质能生产装置动力机发电机发电。目前生物质能发电的主要包括直接燃烧发电、混合燃烧发电、气化发电、沼气发电、垃圾发电等五种形式。生物质发电系统装置主要包括： (1)能源转换装置。不同生物质发电工程的能源转换装置是不同的，如垃圾焚烧电站的转换装置为焚烧炉，沼气发电站的转换装置为沼气池或发酵罐。 (2)原动机。如垃圾焚烧电站用汽轮机，沼气电站用内燃机等。 (3)发电机。 (4)其他附属设备。 生物质发电的工艺流程图如图2-3所示。,19,图2-3 生物质发电系统工艺流程图,2.2 分布式发电技术,风力发电技术 风力发电主要是通过原动机(风力机)捕获风能，并将其转化为机械能，然后再由发电机将机械能转化为电能，最后并网运行。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。风力发电机一般分为鼠笼式异步发电机、转差可调的绕线式异步发电机、双馈异步发电机、低速同步发电机等。按其并网方式将其分为二类：直接并网和通过逆变器并网。通过逆变器并网的风力发电机由于逆变器的自身特性，不可能承受电网短路电流，所以，通过逆变器并网的风机在系统发生故障时，将会迅速关断，使系统恢复到无DG的状态。,20,2.3 分布式发电与并网技术,分布式发电接入配电网的基本要求 (1) 与配电网并网时，可按系统能接受的恒定功率因素或恒定无功功率输出的方式运行。分布式发电本身允许采用自动电压调节器，但在运行电压调节时应遵循已有的相关标准和规程，不应造成在公共连接点（Point of Common Coupling，PCC）处的电压和频率频繁越限，更不应对所联配电网的正常运行造成危害。 （2） 采用同期或准同期装置与配电网并网时，不应造成电压过大的波动。 （3）分布式发电的接地方案及相应的保护应与配电网原有的方式相协调。 (4)容量达到一定大小（如几百KVA至1MVA）的分布式发电，应将其连接处的有功功率、无功功率的输出量和连接状态等方面的信息传给配电网的控制调度中心。 (5)分布式发电应配备继电器，以使其能检测何时应与电力系统解列，并在条件允许时以孤岛方式运行。 (6)与配电网间的隔离装置应该是安全式，以免设备检修时造成人员伤亡。,21,2.3 分布式发电与并网技术,22,分布式发电相关的电能质量问题主要考虑以下方面：, 供电的暂时中断, 电压调节, 谐波问题, 电压暂降,2.3 分布式发电与并网技术,23,分布式发电并网运行时与电网的相互影响, 对电能质量的影响, 对继电器保护的影响, 对配电网可靠性的影响, 对配电系统实时监视、控制和调度方面的影响, 孤岛运行问题, 其他方面影响,(1) 短路电流 （2）铁磁谐振 (3)变压器的连接和接地 (4)调节配合,2.4 发展分布式发电的意义,24,提高经济效益和能源利用效率并减少对环境影响是对电力工业发展的一贯要求，而融合了互联网技术和信息技术的分布式发电，以其能源利用效率高，直接面向终端用户的优点，将电力工业的综合效益寻优由单变量函数变为了综合考虑分布式发电和传统大电网相协调的多变量函数的最优解，从而获得经济效益、环境效益等的进一步优化。 经济性：有些分布式电源，如以天然气或沼气为燃料的内燃机等，发电后工质的余热可用来制热、制冷，实现能源的阶梯利用，从而提高利用效率（可达60%90%）。此外，由于分布式发电的装置容量一般较小，其一次性投资的成本费用较低，建设周期短，投资风险小，投资回报率高。靠近用户侧安装能够实现就近供电、供热，因此可以降低网损（包括输电和配电网的网损以及热网的损耗）。,2.4 发展分布式发电的意义,25,环保效益 ：采用天然气作燃料或以氢能、太阳能、风能为能源，可减少有害物（NOx、SOx、CO2等）的排放总量，减轻环保压力。大量的就近供电减少了大容量、远距离、高电压输电线的建设，也减少了高压输电线的线路走廊和相应的征地面积，减少了对线路下树木的砍伐经济性：有些分布式电源，如以天然气或沼气为燃料的内燃机等，发电后工质的余热可用来制热、制冷，实现能源的阶梯利用，从而提高利用效率（可达60%90%）。此外，由于分布式发电的装置容量一般较小，其一次性投资的成本费用较低，建设周期短，投资风险小，投资回报率高。靠近用户侧安装能够实现就近供电、供热，因此可以降低网损（包括输电和配电网的网损以及热网的损耗）。 能源利用的多样性: 由于分布式发电可利用多种能源，如洁净能源（天然气）、新能源（氢）和可再生能源（生物质能、风能和太阳能等），并同时为用户提供冷、热、电等多种能源应用方式，对节约能源具有重要意义。,2.4 发展分布式发电的意义,26,调峰作用 :夏季和冬季往往是电力负荷的高峰时期，此时如采用以天然气为燃料的燃气轮机等冷、热、电三联供系统，不但可解决冬、夏的供热和供冷的需要，同时能够提供电力，降低电力峰荷，起到调峰的作用。 安全性和可靠性:当大电网出现大面积停电事故时，具有特殊设计是分布式发电系统仍能保持正常运行。虽然有些分布式发电系统由于燃料供应问题（可能因泵站停电而使天然气供应中断）或辅机的供电问题，在大电网故障时也会暂时停止运行，但由于其系统比较简单，易于再启动，有利于电力系统在大面积停电后的黑启动，因此可提高供电的安全性和可靠性。 边远地区的供电:许多边远及农村、海岛地区远离大电网，难以从大电网直接向其