分布式能源和微电网综述.docx

分布式能源和微电网综述摘要：分布式能源（DER）涵盖的技术如柴油发动机、微型燃气轮机、燃料电池、光伏发电、小型风力发电机等。微电网概念的核心就是分布式能源、可控负载以及储能设备的协调运行和控制，其中储能设备包括飞轮、超级电容器和蓄电池等。微电网能够与主网联网运行，或者运行在孤岛模式。本文总结和研究了微电网技术，并阐述了微电网的运行以及市场环境中的微电网。关键词：分布式能源，微电网，运行，多代理系统（MAS）1、绪论由于科技进步和环境保护的要求，一些分布能源（DER）如内燃机（IC）、微型燃气轮机、光伏发电、燃料电池和风力发电[1]，已经在配电网中应用。独立分布式发电的应用可以解决很多问题，但其本身也存在不少缺陷。为更好地实现分布式发电的潜力可以采用系统的方法，也就是使电源和相关的负载构成一个子系统或微电网（MG）。在文献[2]中，认为微电网是一组负载和微电源（MS）组成单一的可控系统运行，同时为本地提供电能和热能。文献[2,3]分析了微电网的优点，如提高本地供电可靠性，减少馈线损失，维持本地电压稳定，通过热电联产（CHP）提高能源效率，电压凹陷校正和提供不间断电源等。微电网可以运行在两个不同的运行条件下：正常并网运行模式和紧急模式（孤岛模式）[4]。由于电能生产的特点，微电网中大多数分布式电源不可以直接与电网相连。因此，微电网中需要电力电子接口（DC/AC或AC/DC/AC），而在微电网运行中的主要问题就是逆变器的控制。微电网通过中压/低压（MV/LV）变电站的微电网中央控制器（MGCC）来进行集中控制和管理。该中央控制器是分层控制系统的核心，其关键功能包括经济管理功能和控制功能[4]。本文的主要目的是，总结和研究了微电网技术。在第2节中，介绍了微电网的研究现状，其中重点介绍微电网在欧洲和日本的发展。第3节描述了微电网的结构，其包括微电源、储能设备和逆变器。然后，第4节详细讨论了微电网紧急运行的两种方式，在本节中也介绍了微电网的故障检测和安全分析。最后一节探讨了市场环境中的微电网，并重点分析了多代理系统（MAS）。2.微电网的现状“MICROGRIDS”项目是欧洲关于可再生能源和分布式发电接入技术的一系列研究项目的一部分。该项目将研究、发展和论证微电网的运行、控制、保护、安全、电信基础设备，并且确定和量化微电网的经济效益。其目的是通过发展和推广微电网的概念，来提高它在电网中的渗透率，其中相关的内容有，研究微型发电机控制策略和网络设计、开发多分布式发电的微电网运行管理工具，开发标准化技术和商业协议，详见文献[5]。Amorim等人在文献[6]中，简述了“MICROGRIDS”项目中的一个葡萄牙低压电网。这个项目建造Frielas住宅区，其由200kVA配电站通过一条低压馈线供电，该文章重点提出了一些改进效率和可靠性的措施。其得出的结论是，为保证用户在孤岛运行时的供电，必须升级控制和保护的硬件；为防止微电网的电压扰动，需要详细分析其从联网模式转换到孤岛模式的过渡过程；微电网黑启动是另一项重要的挑战。测试表明了微型燃气轮机可以满足配电MV/LV变压器在磁化初期的暂态峰值需求。日本新能源和产业技术发展组织（NEDO）在2004年，开始了新能源接入本地电网实地试验的3个研究项目[7]。该项目分别在，青森县、爱知县和京都实施。在青森县项目中，首先为一些通过私营电力线供电的地区建立了一套分布式能源供电系统，由于该供电系统与大电网近接于一点，因而其对没大电网有影响。在该项目，燃料电池是主要电源。除了一般的交流电网（AC），文献[8]提出了应用分布式电源的直流（DC）系统。该实验系统在，10kW直流太阳能电池发电机组、风力涡轮机发电机组、储能单元、功率调节单位、与交流电网相连的逆变器的基础上设计和建造。实验结果表明，在上述各单位间不存在环流。通过输出阻抗特性的配合，交流电网逆变器和存储单元可以分配到适量的功率。3.微电网的结构在微电网的基本结构图中（图1），该系统包含一组放射式馈线和一个集中负载。辐射式系统通过隔离装置连接到配电系统，一般采用静态开关，连接点称为公共耦合点（PCC）。每条馈线均有断路器和潮流控制器。在欧盟的微电网项目中，微电网结构采用图2所示的运行架构。它包括一个低压网络、负载（部分可中断）、可控和不可控的微电源、储能设备、通过通信设施监测和控制微电源与负载的分层管理控制系统。分层管理控制系统是的中心是MGCC。其第二层是负荷控制器（LC）和微电源控制器（MC），它们与MGCC交换信息，通过为负荷控制器和微型控制器提供设置点来管理微电网运行。在网络中，控制器之间的数据交换量小，这是因为交换的信息主要包含LC和MC的设置点，由MGCC向LC和MC发送的无功、有功和电压的请求信号以及控微电网开关的信号。图1 微电网基本结构图2 分层