分布式电源和微电网技术

2014/04/291中国电力科学研究院·新能源研究所2014年04月29日分布式电源和微电网技术朱凌志13776667085  [e-mail]报告内容一．分布式电源概述二．分布式电源并网技术三．分布式电源并网标准四．分布式电源相关政策五．微电网基本概念与研究情况六．微电网关键技术2014/04/292（一）分布式电源基本概念国外定义服务于当地用户或当地电网的发电站，包括内燃机、小型或微型燃气轮机、燃料电池和光伏发电技术，以及能够进行能量控制及需求侧管理的能源综合利用系统。国际能源署小规模、分散布置在用户附近，可独立运行、也可以联网运行的发电系统。美国能源部靠近用户，不连接到高压输电网，装机规模小于1万千瓦的能源系统。丹麦能源环境部（一）分布式电源基本概念基本特征电网电网一．直接向用户供电，潮流一般不穿越上一级变压器。二．装机规模小，一般为10MW及以下。18个典型国家（组织）中，13个为10MW及以下，3个为数十MW级，2个为100MW级。2014/04/293（一）分布式电源基本概念基本特征三．通常接入中低压配电网，一般为10（35）kV及以下。四．发电类型主要为可再生能源发电、资源综合利用发电、高能效天然气多联供(能效一般达到70%以上)。18个典型国家（组织）中，8个为10kV及以下，7个为35kV级，3个为110（66）kV级。（一）分布式电源基本概念利用分散式资源，装机规模小，位于用户附近，通过10(35)kV及以下电压等级接入的可再生能源、资源综合利用和能量梯级利用多联供发电设施。*我国分布式电源发展重点是风电、光伏发电、小水电和小型天然气多联供等技术类型。*分布式电源的概念常常与可再生能源发电、热电联产的概念发生混淆，大型可再生能源发电、大型燃气蒸汽联合循环机组不属于分布式电源。*目前美国能源署已不再将单机1MW以上的电源纳入分布式电源统计范畴。我们的定义2014/04/294（一）分布式电源基本概念解决偏远地区供电问题部分农牧地区和偏远山区，要形成规模化、集中式供电网需要巨额投资，而分布式发电技术则可弥补集中式供电在这些地区的局限性。提高重要用户供电可靠性对于一些可靠性要求较高的工业和商业用户，分布式发电可作为备用机组，提高供电可靠性，减少停电损失，并在电网意外事故（战争、地震、暴风、雨雪冰冻等）情况下维持向重要用户供电。促进节能减排分布式电源通过能源的梯级利用，可以提高能源综合利用效率。采用天然气燃料或可再生能源的分布式发电，可减少有害物排放，减轻环保压力。降低系统损耗分布式电源电力大多就地消纳，通过优化电源布局，合理设计电源容量，可以减少配电网的功率输送，降低输送线路的损耗。主要作用（二）分布式电源主要技术类型序号能源类型发电技术1太阳能光伏发电、碟式光热发电2风能定桨距异步风机，双馈异步风机，永磁直驱风机3资源综合利用煤层气、转炉煤气、高炉煤气、工业余热余压4天然气天然气发电5生物质农林废弃物直燃发电、农林废弃物气化发电垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电6地热能地热能发电7海洋能潮汐发电、波浪发电8燃料电池燃料电池发电按能源类型划分2014/04/295（二）分布式电源主要技术类型按并网接口类型划分序号能源类型发电技术1同步电机接口转炉煤气/高炉煤气/工业余热余压发电碟式光热发电采用气发电、地热发电、潮汐发电生物质直燃发电等2异步电机接口定桨距异步风机，双馈异步风机3电力电子变流器接口采用全功率变流器的永磁直驱风力发电光伏发电采用微型燃气轮机的煤层气、天然气及沼气发电波浪发电燃料电池（二）分布式电源主要技术类型风力发电80%风能资源分布于三北和东南近海，适宜于集中开发；20%分布于中东部地区，其中大部分仍以集中开发为主，少量适宜分布式。资源条件制造能力逐步提升，年产能超过1500万千瓦，但机组设计、关键控制部件等核心技术还有待突破装备技术2014/04/296（二）分布式电源主要技术类型光伏发电光资源富集在西北和华北。西北华北荒漠地区适宜集中式开发。分布式光伏发电主要包括建筑屋顶和农牧区户用光伏。我国城市以高层建筑为主，发展条件不及欧美。资源条件组件年产能超过3000万千瓦，约占世界3/4，产能过剩近半，价格跌幅超过50%。逆变器、控制及成套设计等核心技术仍与国外存在一定差距。装备技术（二）分布式电源主要技术类型天然气发电资源不足，管网设施不完善，当前存在开发热情高，但落实较少的情况，大规模发展天然气多联供存在不确定性。资源条件多联供发电机组均为进口。2012年1月国内首台100kW微型燃气轮机在哈尔滨研制成功并稳定运行，我国初步具备微型燃气轮机的自主研发能力。装备技术2014/04/297（三）我国分布式电源发展路线山东江苏安徽湖北浙江江西湖南福建受端负荷中心地区川渝广西、广东东南亚西藏南方台湾伊犁哈萨克斯坦吐哈准东酒泉宁夏山西陕西内蒙蒙古俄罗斯东西伯利亚俄罗斯远东宝清辽宁东北三省西北新疆西南山东江苏安徽湖北浙江江西湖南福建受端负荷中心地区川渝广西、广东东南亚西藏南方台湾伊犁哈萨克斯坦吐哈准东酒泉宁夏山西陕西内蒙蒙古俄罗斯东西伯利亚俄罗斯远东宝清辽宁东北三省西北新疆西南区域内集中发电通过大容量、高参数机组集中供电，实现能源高效利用。跨区远距离输电主要解决能源资源与能源消费地域逆向分布，实现全国范围的资源优化配置。分布式发电促进分散式能源的开发利用，提高能源综合利用效率，促进节能减排，解决偏远地区的电力供应。我国分布式电源的发展定位我国分布式电源的发展定位电源类型2020年电源结构（万千瓦）总规模分布式发电水电344007500抽蓄50000煤电1034000燃气59002000核电80000风电200003000生物质30001500太阳能50002700总计184700167002020年分布式电源装机占比约9%，是我国电力供应体系中的重要部分。基于我国能源资源特点、经济发展阶段和节能环保要求，跨区远距离输电、区内集中式发电与积极推动分布式电源三者缺一不可、有机统一。大电网集中式供电是我国电力供应的主体方式，分布式电源是重要补充。（三）我国分布式电源发展路线2014/04/298我国分布式电源的发展布局（三）我国分布式电源发展路线天然气管网相对发达，太阳能、风能资源较为丰富。在大城市和工业园区，建设天然气分布式发电示范项目，技术条件成熟后进行推广使用；在大中型城市中推广建筑光伏系统；在风资源较好的郊区或农村地区建设分布式风电，就近接入配网。华北地区对居民供暖需求较大，应根据地区热负荷特性，发展规模合理的热电联产系统；在大中型城市中建设天然气分布式冷热电联供示范项目和推广建筑光伏系统；在风资源条件较好的地区建设分布式风电。东北地区天然气资源和风能、太阳能资源较为丰富，适宜在能源负荷较为密集的城市中心建设天然气冷热电联供示范项目和建筑光伏系统；在风资源较好的郊区或农村地区建设分布式风电，就近接入配网。西藏、青海的偏远地区，适合发展小水电、分布式风能和太阳能光伏发电等解决能源供应问题。西北地区我国分布式电源的发展布局（三）我国分布式电源发展路线用能负荷密集，天然气管网相对发达，沿海地区风能资源较好，太阳能资源条件一般。适宜在大城市和城市工业园区建设天然气冷热电联供示范项目，并待条件成熟后进行推广；在大城市中推广建筑光伏系统；在沿海风资源较好的地区建设分布式风电。华东地区水力资源丰富，风能和太阳能资源条件一般。分布式发电应重点发展小水电，在风资源较好的地区，适度发展分布式风电。华中地区风资源一般，西南部的水和太阳能资源较好，在沿海地区建设有液化天然气站，天然气资源有一定保障。适合在广州等大城市或工业园区建设天然气多联供示范项目；在大中型城市推广建筑光伏系统；在西南部积极开发小水电；在沿海地区发展分布式风电。南方地区2014/04/299报告内容一．分布式电源概述二．分布式电源并网技术三．分布式电源并网标准四．分布式电源相关政策五．微电网基本概念与研究情况六．微电网关键技术（一）分布式电源对配电网的影响(1) 电能质量产生的原因风电、光伏发电输出功率随机性易造成电网电压波动和闪变电压波动和闪变功率波动天气变化2014/04/2910（一）分布式电源对配电网的影响(1) 电能质量产生的原因通过电力电子变流器并网，易产生谐波；变流器采用PWM技术，高频开关过程中必然产生谐波电流注入系统。谐波会在逆变器的入口滤波电容器和系统阻抗变压器产生并联谐振；多组逆变器并联可能导致特征次谐波叠加PWM技术并联谐振（一）分布式电源对配电网的影响(1) 电能质量产生的原因大量单相光伏发电系统接入可能导致三相电流不平衡无隔离的逆变器并网易导致直流分量给定正弦波信号中含有直流分量控制系统反馈通道的零点漂移脉冲分配及死区形成电路逆变器输出的高频SPWM波中含有一定的直流分量开关管特性不一致2014/04/2911（一）分布式电源对配电网的影响LTCXfmrPowerGenVoltageFeederwoltageprofileatpeakdemandwithDGUnitOffFeederwoltageprofileatpeakdemandwithDGUnitOnAreaofVoltageSubstation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24681012141618202224tQQLQG(2) 运行控制（一）分布式电源对配电网的影响(3) 继电保护对10kV三段式电流保护的影响由瞬时电流速断保护、定时限电流速断保护与过电流保护组成的三段式电流保护具有保护原理简单、可靠性高的优点，并且在一般情况下也能够满足快速可靠切除故障的要求，因而在10kV配电网中得到广泛应用。分布式电源大量接入配电网后，系统的潮流重新分布，短路故障时，故障电流的大小和流向也会因分布式电源的接入位置和接入容量的不同产生很大的不同，从而对三段式电流保护动作行为产生不同的影响。2014/04/2912（一）分布式电源对配电网的影响(3) 继电保护对10kV三段式电流保护的影响接入线路末端k1点故障，无论接入容量大小，对各点保护没有影响；k2点故障，若接入容量足够大，P2感受到反向电流，过电流保护可能动作；k3点故障，P3电流保护灵敏度随接入容量的增大而增加，若接入容量足够大，可能造成P2先于P1误动；k4点故障，若接入容量足够大，影响同上；P3由于电流助增作用，电流速断保护范围可能延伸到下一级线路，造成越级跳闸。（一）分布式电源对配电网的影响对10kV三段式电流保护的影响k1点故障，P2电流保护灵敏度增加，P1由于电流助减作用，灵敏度将下降，接入容量越大电流助减越明显；k2点故障，对各保护影响不大；k3点故障，P3电流保护灵敏度随接入容量的增大而增加，若接入容量足够大，P1过电流保护可能误动；k4点故障，若接入容量足够大，影响同上；P3由于电流助增作用，电流速断保护范围可能延伸到下一级线路，造成越级跳闸。接入线路中间位置(3) 继电保护2014/04/2913（一）分布式电源对配电网的影响对10kV三段式电流保护的影响对于相邻线路的电流保护都有电流助增作用，接入容量足够大时，电流速断保护有可能越级跳闸，造成误动。接入线路首端(3) 继电保护（一）分布式电源对配电网的影响对重合闸的影响分布式电源接入配电网后，若线路发生瞬时性故障时，分布式电源没有快速脱离线路，而是继续向故障点输送电流，会导致故障点持续电弧，最终导致自动重合闸失败。在故障发生后，若分布式电源的防孤岛保护在重合之前没有动作，此时电力孤岛与电网往往不能保持同步，在这种情况下非同期重合闸会引起很大的冲击电流或电压。