电气工程微电网的控制策略.doc

第1章 绪 论 1.1微电网提出的背景与意义 随着电力需求的持续增长，大电网（或称公用电网）如今已成为主要的电力供应渠道，集中式发电、远距离输电的特点使其在国民经济发展中担当着重要角色[1]。然而，大电网也存在着成本高、运行难度大等缺点，越来越难以满足用户对供电可靠性和多样性的需求[2]。尤其是近几年，在发生自然灾害、电网事故的紧急状况下，医院、金融等系统突然断电造成的损失不仅仅是经济损失，严重的还会引起社会不安定。[3]。同时，DG可以改善电网峰谷性能，提高系统供电可靠性，是大电网的有效补充和有力支撑。近20年来，很多国家已经把发展DG提上日程，并开始研究其潜在的经济效益和社会价值。由此可以看出，DG是未来电力系统的发展趋势之一[4-6]。 尽管DG与集中式发电相比有很多优势，但是随着DG接入大电网数量的不断增加，其本身存在的问题也开始显现，分布式电源（Distributed Source，DS）单机接入成本高、控制困难。一方面，DS并网时，会对大电网造成冲击。另一方面，配电系统的运行结构和能量流动的单路径特征，使DS必须得以负荷形式并入电网运行，这些都导致DG发电能力在结构上受到限制[7]。 为了充分发掘分布式发电的潜力，21世纪初，出现了微电网（Microgrid）的概念[8-9]。与传统集中式发电相比，微电网更加接近负荷，不需要建设远距离高压输电，可以有效减少线损，节约输电成本和运行费用。微电网以非集中方式协调DS,可以减少电网控制并充分发挥DS优势。与大电网单独供电方式相比较，微电网与大电网结合具有以下优势[4-6]： 1）微电网并网标准只针对微电网和大电网的公共连接点(Point of Coupling),不针对具体微源（Micro Source，MS），解决了配电网中DS大规模接入问题，微电网和DS之间可以灵活的连接、断开，展现了“即插即用”的特征，充分发挥DS优势。 2）减小电网在负荷峰值期的负担，使分布式发电设备能力得到充分利用。 3）增强系统稳定性和可靠性。对于特殊负荷，微电网在大电网出现故障时可以保证其供电，提高供电可靠性。 4）提高整个电网运行效率，并减小环境污染。 5）通过微电网可以调节无功功率控制，有效减小谐波污染，提高电能质量。 6）缩短了发电厂与负载间距离，提高系统无功供应能力，改善电压分布特征，从而降低高压网络损耗，减少输电项目投资。 7）在市场方面，广泛应用微电网可以降低电价，把最大限度的经济实惠带给用户。 微电网可以看成是未来电力系统的一种结构，作为输电网、配电网之后的第三级电网。与当前的大电网相比，这种结构具有明显的经济和环境效益。配电系统也会因为微电网的影响而发生根本性的变化，将从辐射性网络转变为电源和用户互联的网络，控制和管理配电系统将会变得更加复杂；对整个电力行业的影响在于，微电网和DG的广泛应用会对电力市场的走向和格局产生深远的影响。 1.2 国内外微电网的研究现状和发展趋势 1.2.1 国外微电网发展现状 由于世界各个国家发展微电网的方向不同，所以对微电网的定义和研究也不同。 1 美国微电网的定义与研究 微电网作为美国未来电力系统发展的重要方向，得到了美国能源部的高度重视。美国能源部对微电网给出的定义为：微电网是由分布式电源和负荷组成，可以分别工作在并网和独立两种模式下，有高度的可靠性和稳定性。美国对微电网的研究方向主要为电力电子器件的控制，已经形成了“即插即用”和“对等”的设计理念。目前美国对微电网的建模、仿真、保护、控制策略都有了全面的理论分析，已经初步形成了微电网的控制策略；同时，美国将微电网与“电网的现代化”建设结合起来，将提高供电可靠性、满足负荷多样性、降低电网成本作为未来研究和发展电网的重点[10]。 2 日本微电网的定义与研究 东京大学为微电网的定义为：微电网是由分布式电源组成的独立系统，通过线路和大电网相连，供电和需求的不平衡关系，使得微电网可以选择与主网并网运行或独立运行。日本对微电网的研究方向主要为负荷要求多样性和能源利用率。目前当地政府已与国内高校、国家重点实验室合作，大力发展可再生能源，并在微电网的研究上取得了不错的成果。 3 欧洲微电网的定义与研究 欧盟科技框架计划（Framework Programme,FP）对微电网的定义为：利用一次能源；含有并网和独立两种运行方式。英国从微电网可靠性出发，将其看作是电力系统中的一部分，具有灵活的可调度性并可以适时的向大电网提供有力支撑等优点。欧盟将“智能电网”作为未来电力系统发展方向，目前很多国家已经建设了微电网不同规模的实验平台，对其运行、控制、保护、通信等理论加以验证。 1.2.2 国内微电网发展状况 我国对微电网的定义为[11]：微电网是通过本地分布式微电源或传统中、小型发电方式的优化配置，向本地