微电网的演进及其关键技术研讨

李力lili@nrec.com第十四届中国智能电网学术研讨会2023.5.6三亚只电气有 南京南瑞继保电气有限公司 1微电网概念 2微电网关键技术及应用案例 微电网重点研究方向瑞继保电气有 微电网概念 》微电网内涵的演变一初起 爱迪生，Pearl Street Station，1882年，6000kWDC，500用户1w盏灯 电、热（CHP理念） 随电能的远距离传输技术发展逐渐淡出关注 园区/大学仍继续应用并发展UniversityofTexasatAustin始于1929年，多能微网，集成度最高、规模最大的微电网） 微电网概念 微电网内涵的演变一有电用-不停电-绿色用电友好互动 海岛、边远山区、偏僻乡村－有电 智能 风、光、储一绿色+可靠 多元融合、供需互动一供需变换Prosumer+服务+市场机制(vs.虚拟电厂)南京 微电网构成 附件 推进并网型微电网建设试行办法 为推进能源供给侧结构性改革，促进并规范微电网健康发展，引导分布式电源和可再生能源的就地消纳，建立多元融合、供需互动、高效配置的能源生产与消费模式，推动清洁低碳、安全高效的现代能源体系建设，结合当前电力体制改革，特制定本办法。 发改能源【2017]1339号 微电网概念 》微电网定义 国家能源局：微电网是指由分布式电源、用电负荷、配电设施、监控和保护装置等组成的小型发配用电系统（必要时含储能装置）。微电网分为并网型微电网和独立型微电网，可实现自我控制和自治管理。（特征：微型、清洁、自治、友好） 国标： GB/T33589-2017《微电网接入电力系统技术规定》-同能源局定义GB/T51341-2018《微电网工程设计标准》=补充：能够基本实现内部电力电量平衡的小型供电系统 IEC :IEC 62898-1"Microgrids - Part 1: Guidelines for microgridprojects planning and specification"Agroup of interconnected loads anddistributed energy resources within clearly defined electrical boundariesthat acts as asingle controllable entity with respect to the grid. Amicrogrid can connect and disconnect from the grid to enable it to operateinbothgrid-connectedorislandmode. 附件： 微电网管理办法 （征求意见稿） 电网友好互动的技术手段，可以提高电力系统的安全性和可靠性，促进清洁能源的接入和就地消纳，提升能源利用效率，在节能减排中发挥重要作用，有利于建设节约型社会。为促进电力行业健康有序发展，推进电力体制改革，进一步规范配置的能源生产与消费体系，特制定本办法。 第一章定义与范围 第一条微电网是指由分布式电源、用电负荷、配电设施、监控和保护装置等组成的小型发配用电系统（必要时含储能装置）。微电网分为并网型微电网和独立型微电网，可实现自我控制和自治管理。并网型微电网既可以与外部电网并网运行，也可以离网独立运行：独立型微电网不与外部电老电网学术 第二条微电网作为整个电网系统的一部分和重要补充，可向特定用户提供经济、安全、可靠的供电，是推动集中与分散相协调的新一代电网发展模式，其发展方向具备以下四个基本特征： 微电网概念 》微电网定义 CIGRE: WG6.22DEFINITION Microgrids are electricity distribution systems containing loads and distributed energyresources,(suchasdistributedgenerators,storagedevices,orcontrollableloads)thatcanbe operated in a controlled, coordinated way either while connected to the main powernetworkorwhileislanded. toprovidepowerqualityand/orreliability(PQR)differentfromthelocalstandardofservicee.g.toserveparticularlysensitiveloadssuchasemergencyservicesto use local assets unlikely to be chosen ordifficult to operate by the centralized grid, e.g.small-scalerenewableresources,orinterconnectedplug-inelectricvehicle(PEV)batteriesusedforASto present a controlled profile to the wider power system, e.g.to damp the variability of alocal renewableresourceandbufferthegridfromit. 微电网概念 微电网的自标要素及技术要点 抵御风险灾害保供电能力：并离网运行及切换方式下保护控制的安全性和灵活性，应对极端灾害的供电可靠性风险（解列电源->解列微网） 缓解主网建设和运行压力：电网的安全和经济约束，引导微电网优化运行 引导分布式电源有序建设：电网规格要求（GridCode）先行，应对非电网主体建设模式汽 助力提升新能源消纳能力：基于市场化市场化手段优化局部能源结构和能源服务 口优化非电网主体盈利模式：创新电网和运营商、运营商和用户的市场机制和商业模式，促进微电网模式的可持续发展 www.nrec.com 微电网概念 》微电网Vs.配电网口 微电网在配电网视角下是一个实体，而非一个电网（边界？动态聚合？）一简化电网调度 一强化内部保护控制及调度 主配微协同有助于提升电网运行的效率和资产利用率（微网群？）对电网的运行支撑 微电网是配网促进分布式能源有序建设和消纳的一种组织形式和载体完善第三方建设运行约束 配电网并非需要全部划分为微电网，有源配电网的规划可参考微电网配电网规划的变化 图摘自：AReviewof Optimal Planning ActiveDistributionSystem:Models,Methods,andFutureResearches,2017www.nrec.com中8 微电网概念 》微电网的物理形态 微电网概念 微电网规划（应用场景） 远郊、孤岛、社区、商业、工业、园区、军事基地依据地理位置、规模、分布式电源种类、供电可靠性要求、电网网架、投资投入产出等因素，分别制定建设目标和运行目标 图摘自ABB:Howmicrogridscancutcosts,emissionsandenhancereliability 微电网概念 2微电网关键技术及应用案例 微电网重点研究方向 微电网关键技术 微电网运行方式及关键问题 并网运行方式： 微电网内部源荷随机波动，需要有源网荷协调的调度策略，使其成为电网的一个柔性调控的电源/负荷 微电网外部需要有主配微协同的调控目标和机制，一方面保障微网优化运行，另一方面必要时微网能够多时间尺度支撑主配电网 多微网接入可能导致配网电压升高，短路电流增大，电能质量恶化，需要多微网协调控制机制，一方面通过多微网节点联络线出力的合理优化，降低配网系统网损，提高配网运行的稳定性；另一方面对多类资源的协调调度，降低弃风弃光量国智能电瑞继保电 微电网关键技术 》微电网运行方式及关键问题 口离网运行方式 包含风光储等多种基于变流器控制的电源，谐振、低惯性、欠阻尼等问题，需要构建电网支撑型电源控制策略，保障微电网离网频率电压稳定需要保证离网型微电网的能量平衡，减小源、荷功率波动对构网型装置运行稳定性的影响，需要利用现场有限条件，实现资源协调优化调度，提升微网生存能力微网内源荷功率波动性强，构建功率和负荷的预测能力，及可调设备的分级响应机制，制定日前、日内滚动及实时的控制策略，提高平衡控制的鲁棒性，提升离网系统内运行安全 》微电网运行方式及关键问题 口并离网切换（非计划）： 在主配网故障时需要有快速可靠灵活的控制策略，既不影响主配网的保护控制又能保障离网后的稳定性和供电可靠性：微电网并、离网方式短路电流差距较大，继电保护定值需要自适应微网不同工况;非计划离网后，需要快速调整源荷运行状态，减小对构网型装置及重要负荷的影响 非计划性离网失败 黑启动： 微电网黑启动时，往往采用PCS作为黑启动源，变压器的励磁涌流对PCS的冲击较大。形电网 微电网关键技术构网控制 》微电网构网控制关键技术 口构网型储能 构网型储能变流器将内电势幅值和相角作为控制量，实现有功、无功等运行控制目标，呈现自主电压源外特性国智能电 并网/离网无需模式切换 具备惯量支撑和阻尼特性 可四象限运行，同时提供频率和电压支撑能力 提供更强的暂态支撑能力 微电网关键技术一构网控制 微电网构网控制关键技术 多构网储能并联稳定运行 多电压源同步技术，采用自同步独立控制，具备惯量支撑和阻尼特性，实现多机功角同步稳定高速柔性载波同步技术，采用基准载波与实际载波比较，逐步调整各自载波相位与基准载波的相位完成同步，环流抑制效果好，抗干扰能力强解决了多PCS并列运行的技术瓶颈，大幅提升了离网微电网的极限容量电网学木 微电网关键技术一构网控制 》微电网构网控制关键技术 口多构网储能并行黑启动 多机并行黑启动技术，多个储能变流器同步带变压器零压逐渐升压，耐过流能力更强，有效克服黑启动过程中产生的励磁涌流冲击黑启动路径寻优技术，系统失压后，控制器自动识别启动电源和最佳路径快速顺控储、源、荷设备，实现最优黑启动 微电网关键技术一运行控制 》微电网运行控制关键技术 口多时间尺度调频控制技术 惯量响应：模拟发电机转子惯量牛特性，有效提升系统惯量快速一次调频：微网控制系统快速聚合系统内的调频资源（风、光、储、荷）根据下垂特性生成调频总指令并进行最优分配，实现百毫秒级的频率响应多级调频：构网储能调频（一级）+风电光伏快速调频（二级）+精确切机切负荷（三级）不同偏差、不同时间尺度协调控制，保障系统频率稳定 微电网关键技术一运行控制 》微电网运行控制关键技术 口非计划性并网转离网技术 基于快速开关快速隔离故障，隔离故障时间<10ms通过快速孤岛检测技术判断系统发生非计划性离网，检测时间<50ms依赖构网储能技术，无需变流器模式切换，具备更强的暂态支撑能力·。灵敏可靠，非计划性离网整体时间<100ms，实现系统的不间断供电 微电网关键技术一运行控制 微电网运行控制关键技术 多储能并联优化运行 功率分配技术：采用下垂特性实现多机有功和无功自然分配，适应系统频率和电压变化并提供支撑响应SOC均衡技术：根据储能单元当前的充、放电状态和SOC状态，对处于有效SOC区间内的储能单元进行多重变比例系数功率分配，在兼顾稳定的基础上，提升了储能系统的充放电功率裕度国智能电继保 微电网关键技术一运行控制 微电网运行控制关键技术 微网潮流控制技术 微网控制器快速响应调度的潮流控制指令，维持调度周期内的联络线功率快速精准控制，使微电网成为电力系统中的一个可控电源/负荷 新能源：秒级优化控制，根据储能当前的运行状态及新能源实时发电量闭环控制，确保新能源发电最大化 储能：采用GOOSE通讯协议，实现百毫秒内快速功率