2023 交直流微电网技术研究与实践

国家电网 STATEGRID努力超越·追求卓越 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 交直流微电网技术研究与实践 袁宇波国网江苏电科院 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 STATEGRIDJIANGSUELECTRICPOWERCO.LTD.RESEARCHINSTITUTE 一、微电网演进路线 目录二、直流微电网关键技术三、江苏微电网工程实践 四、未来展望 1.1微电网定义 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 强调实现微电网与配电网的协调运行，保障用户电能质量与供电可靠性 欧盟科技框架计划： ·满足冷、热、电三联供，强调清洁能源高渗透率、满足用户对多样化用能需求 日本新能源产业技术综合开发机构： 需求集中在解决海岛供电和提升供电可靠性，其关于微电网的定义更多地强调“自治” 3 1.1微电网定义 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 中国现行国家标准： 微电网是由分布式发电、用电负荷、监控、保护和自动化装置等组成（必要时含储 能装置），是一个能够实现内部电力电量基本平衡的小型供用电系统 微电网电压等级不高于35kV，系统容量不高于20MW 分布式发电年发电量不宜低于微电网总用电量的30%，可再生能源装机容量占比在 50%以上，或天然气多联供系统综合能源利用效率在70%以上；独立运行模式下向重要负荷持续供电时间不宜低于2h。 GB/T33589-2017微电网接入电力系统技术规定GB/T34129-2017微电网接入配电网测试规范GB/Z34161-2017智能微电网保护设备技术导则 GB/T34930-2017微电网接入配电网运行控制规范 GD/T36274-2018微电网能量管理系统技术规范4 1.2微电网分类 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 STATEGRIDJIANGSUELECTRIOCPOWERCO.LTD.RESEARCIITINSTITTTI 微电网分类 按组网形态分类按服务对象分类按应用场景分类按微网集电形式 井自公工业 独立型 网用型用型 型 居民户用村镇社区工商建筑园区 高海边无 流微网 流网微 流微网 孤岛运行井网运行 1.2微电网分类 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 例1：开山岛微电网 >以可靠供电为自标的独立型微电网 独立供电系统独立型微电网绿色微电网 早期岛上负荷由柴油发电机直接供电 AC380 柴油发电机负荷 6 1.2微电网分类 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 例1：开山岛微电网 >以可靠供电为自标的独立型微电网 独立供电系统独立型微电网绿色微电网 随着负荷增加和柴油机扩容形成了 独立型微电网 AC380 五 柴油发电机：30kW负荷：28.75kW 1.2微电网分类 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 案例1：开山岛微电网 >以可靠供电为目标的独立型微电网 独立供电系统独立型微电网绿色微电网 光伏：101kW风机：30kW储能：600kWh DC750 AC/DC AC380 柴油发电机：50kW负荷：121kW 8 1.2微电网分类 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 案例2：狮泉河乡镇微电网 >以可靠供电为自标的型井网型微电网 独立供电系统并网型微电网绿色微电网 狮泉河镇原为独立柴油发电机：7.2MW 供电系统，并逐步水电：6.4MW 演化为独立型微网 AC35kV 35kV中心站 新华网AC10kV 注：型并网型微电网以孤岛运行为主 NWW.NEWS.C 负荷负荷负荷 6 1.2微电网分类 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 案例2：狮泉河乡镇微电网 >以可靠供电为自标的型井网型微电网 独立供电系统并网型微电网绿色微电网 接入藏中电网后柴油发电机：7.2MW 成为并网型微网水电：6.4MW 但藏中线路薄弱 AC35kV 35kV中心站藏中电网 新华网AC10kV 注：型并网型微电网以孤岛运行为主 WWW.NEWS.C 负荷负荷负荷 10 1.2微电网分类 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 案例2：狮泉河乡镇微电网 >以可靠供电为自标的型井网型微电网 独立供电系统并网型微电网绿色微电网 光伏：10MW储能：10.4MWh柴油发电机：7.2MW 水电：6.4MW AC35kV 35kV中心站藏中电网 新华网AC10kV 注：型并网型微电网以孤岛运行为主 NWW.NEWS 负荷负荷负荷 11 1.2微电网分类 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 STATEGRIDJIANGSUELECTRIC 案例3：蓝湖镇村镇微电网 >以可靠供电为自标的型*并网型微电网 备用电源系统并网型微电网绿色微电网 蓝湖镇原由电网供公共电网 电，但因自然灾害频发、供电可靠性差，配备了柴油机作为备用电源 AC12.5kV AC480VAC208V 注：1型并网型微电网以并网运行为手 负荷柴油发电机负荷柴油发电机 1MW80kW 12 1.2微电网分类 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 STATEGRIDJIANGSUELECTRIC 案例3：蓝湖镇村镇微电网 >以可靠供电为自标的型*并网型微电网 备用电源系统并网型微电网绿色微电网 通过改造部分负荷并接入部分屋顶光伏，成为I类并网型微电网 公共电网 AC12.5kV AC480VAC208V 注：1型并网型微电网以并网运行为主 负荷可控负荷及柴油发电机负荷柴油发电机楼宇光伏1MW80kW 13 1.2微电网分类 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 STATEGRIDJIANGSUELECTRICPOWERCOLTD.RESEARCHINSTITUTT 案例3：蓝湖镇村镇微电网 以可靠供电为自标的型*并网型微电网 备用电源系统并网型微电网绿色微电网 光伏储能公共电网 420kw500kW/950kWh AC12.5kV AC480VAC208V 注：1型并网型微电网以并网运行为手 负荷可控负荷及柴油发电机负荷柴油发电机楼宇光伏1MW80kW 14 1.2微电网分类 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 案例3：牙爱知县园区微电网 》以绿电消纳为目标的井网型微电网 有源配电系统并网型微电网绿色微电网 光伏公共电网 10kW AC200V 负荷负荷 15 1.2微电网分类 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 案例3：牙爱知县园区微电网 >以绿电消纳为自标的并网型微电网 有源配电系统并网型微电网绿色微电网 固态氧化物燃料电池（SOFC）：25kW 光伏燃料电池公共电网 10kW25kW AC200V 负荷负荷 16 1.2微电网分类 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 案例3：牙爱知县园区微电网 >以绿电消纳为自标的并网型微电网 有源配电系统并网型微电网绿色微电网 磷酸盐燃料电池（PAFC）：800kW 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）：270kW固态氧化物燃料电池（SOFC）：25kW 光伏储能（NaS)燃料电池公共电网 10kW500kW1095kW AC200V 负荷负荷 17 1.2微电网分类 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 案例4：德国曼海姆居民微电网 >以绿电消纳为自标的并网型微电网 川类井网型微电网绿色微电网 公共电网 AC400V CHP光伏 30kw AC230V 光伏燃料电池飞轮储能CHPCHP负荷 3.8kW4.7kW 1.2kWh 9kW5.5kW 18 1.3微电网演进路线 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 独立型微电网 独立供电系统与主网间没有物理连接 供电困难 并网型微电网（孤岛运行为主） 供电可靠型微电网 与主网间存在物理连接本地分布式电源为主 备用电源系统并网型微电网Ⅲ（并网运行为主）绿色微电网 用户电能质量要求高与主网间存在物理连接主网供电为主 有源配电系统 网型微电网（并网运行为主） 绿电消纳型微电网 主要电源取决于分布式电源渗透率：与主网间存在物理连接。绿电装机量大 各类微电网的发展最终会统一到绿色微电网 19 1.3微电网演进路线 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 风光储是绿色微电网的特征电力电子装置是绿色微电网的核心 口风、光、储、充等源荷储元素均具有 公共交流电网直流化特性 交流380V口接入传统交流微网需配置大量换流装 置，电能变换环节多、损耗大，能源 浪费严重 DCDC 750V自750V口多个交流电源并网间存在同步问题 直真流源荷接入灵活性差 光伏电站储能电站新能源轿车终端负荷 变换环节多 20 1.3微电网演进路线 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 TTD.RESEARCITINSTTTUTT 构建直流微电网，实现直流汇聚就地消纳提高用电能效 公共交流电网公共交流电网 AC. 交流380VDC 直流750V ACAC DCDCDCDC 直流750V直流750V 光伏电站储能电站新能源轿车终端负荷光伏电站储能电站新能源轿车终端负荷 交流微电网直流微电网 21 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 STATEGRIDJIANGSUELECTRICPOWERCO.LTD.RESEARCHINSTITUTE 一、微电网演进路线 目录二、直流微电网关键技术三、江苏微电网工程实践 四、未来展望 2.2直流微网控制 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院分层控制架构 直流微网包含设备层、协控层与能量层三级控制架构，其中协控层、设备层 实现稳定运行，能量层实现经济运行 微电网监控及气象能量管理层 口能量管理层：微网电量经济调度，实 能量管理系统 数据服务器 数据光功率预测系统 远动装置 现储诸能经济运行（能量优化问题） 口系统协控层*：设备间信息交互实现快 控制网 -- 微电网系统协控层速功率控制与微网模态切换（平滑切 换问题) 中央控制器 (MGCC) 口设备监控层：分布式设备控制、监视 微电源微电源微电源 设备监控层 控制器控制器控制器与保护（稳定控制问题） 储能光伏负荷注：采用分布式控制时可省略系统协控层 23 2.2直流微网控制协控层模态平滑切换 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 按照通讯方式分类，模态切换的理论方法 分布式控制 不存在控制中心 或弱通讯 微电网分布式可控单元间没有通讯工程中实际使用的方法 模态切换 并网->孤岛孤岛->并网 可控单元间自调节集中+分布式控制 存在控制中心 可控单元间的自调节与控制中 集中式控制心调节可控单元协同 存在控制中心 控制中心与可控单元间存在强通 讯 由控制中心调节可控单元 24 2.2直流微网控制协控层模态平滑切换 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 微网运行模态切换时，源荷储控制策略须同步转换。孤岛状态下有且仅有一 个分布式电源工作在恒频率-电压模式或多个分布式电源工作在下垂模式 频率、电压源 储能是孤网运行的核心 并网模式PCC开关闭合孤岛模式PCC开关断开 光伏储能可控负荷负荷光伏储能可控负荷负荷 恒功率控制恒功率控制恒功率特性恒功率控制恒频率恒功率控制恒功率特性 下垂控制电压模式下垂控制 （调减功率）下垂控制（调增功率） 25 国家电网 STATEGRID2.2直流微网控制能量层优化运行管理 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 以高算力云平台作为能量层，向智能边设备下达能量优化调度指令