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美國微電網系統介紹

作者:中國儲能網新聞中心 來源:中國儲能網 發布時間:2014-12-07 瀏覽:
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中國儲能網訊:美國電力可靠性技術解決方案學會(CERTS)最早提出了微電網的概念,其設計理念是不采用快速電氣控制、單點并網不上網、提供多樣化的電能質量與供電可靠性等。這些突出的特點使它成為世界上微電網概念中最權威、認可度最高的一個。CERTS 微電網概念的兩個核心組件:靜態開關和自制的分布式微型電源。

CERTS 通過在Wisconsin大學Madison分校建立的實驗室微電網驗證本地下垂控制策略,暫態電壓和頻率調整等相關研究后由美國電力公司 (American Electric Power,AEP)資助在俄亥俄州首府哥倫布的Dolan技術中心建立了CERTS的微電網示范平臺來進一步驗證。

圖1 美國電力公司資助的CERTS微電網示范平臺

圖2 DUIT測試設備總平面圖

在系統圖中,微電網的電力網絡呈現輻射狀,由A、B和C三條饋線以及1條母線構成。微電網通過PCC與外部大電網相連,通過控制PCC點狀態實現微電網的孤島運行和并網運行。饋線A上安裝有光伏電池,向敏感負荷供電;饋線B上連接可中斷負荷;饋線C上安裝有燃料電池和微型燃氣輪機,向可調節負荷供電。

當外界大電網出現故障停電時,微電網可通過主分離器切斷與大電網的聯系,進入孤島運行的狀態。

孤島運行狀態下,微電網的負荷全部由內部的DG承擔,必要時可切除饋線B上的可中斷負荷,調節饋線C上的可調節負荷,實現微電網的功率平衡。

當故障消除后,主分離器重新合上,微電網重新恢復連接,實現與大電網同步運行。

CERTS微電網具有如下主要特點。

(1) 微電網與主網之間只有1個PCC,微電網不向主網輸出電力,對于主網來說也是一個普通負荷,減輕主網的管理負擔。

(2) 分布式電源通過電力電子接口接入,采用恒功率控制、下垂控制以及電壓頻率控制策略,主要對當地的頻率和電壓變化做出反應及采取相應控制。

(3) 對負荷重要性進行劃分,分為可中斷負荷、可調節負荷和敏感負荷。當主網側發生較嚴重的電壓閃變及跌落時,可通過靜態開關將可調節負荷和敏感負荷隔離起來,孤島運行,保證局部供電的可靠性,等系統恢復后再重新與主網相連運行。

(4) 提供“即插即用”接口,對分布式電源的接入無需特殊工程要求。

(5) 通過能量管理系統對分布式電源進行經濟調度和管理。

從美國電網現代化角度來看,提高重要負荷的供電可靠性、滿足用戶定制的多種電能質量要求、降低成本、實現智能化,將是美國微電網的發展重點。CERTS微電網中電力電子裝置與眾多新能源的使用與控制,為可再生能源潛能的充分發揮及穩定、控制等問題的解決提供了新的思路。

CERTS 只是微型電網結構的一種典型形式,其具體的結構隨負荷等方面的需求而不同。但是其基本單元應包含微能源、蓄能裝置、管理系統及控制保護系統,以及各種負荷。其中大多數微能源與電網的接口都要求是基于電力電子的,以保證微電網以單個系統方式運行的柔性和可靠性。保證系統在三種基本運行方式下能可靠穩定的運行。

以這種方式組織分布式電源而形成的微型電網的重要優勢來自于它對周圍的配電網呈一個可自我控制的獨立個體,并便于實現終端用戶電能質量管理和能源的梯級利用。它遵循電網規則,并能給電網提供更多的價值。它可作為可中斷或可控負荷,以減少網絡擁塞和其他威脅。可進入獨立運行狀態,保證微型電網內重要負荷和敏感負荷的供電安全性。另外,微型電網能提供優良的電能質量和其他輔助性服務,如電壓支撐、向外饋送電能甚至提供黑啟動能力。未來的電力系統將會是由集中式與分布式發電系統有機結合的供能系統。其主要框架結構是由集中式發電和遠距離輸電骨干網、地區輸配電網、以微型電網為核心的分布式發電系統相結合的統一體,能夠節省投資,降低能耗,提高能效,提高電力系統可靠性、靈活性和供電質量,將成為21世紀電力工業的重要發展方向。

美國還建立了商用微電網項目(Distributed Utility Integration Test,DUIT),該項目由DOE、加州能源署(California Energy Commission,CEC)和太平洋燃氣和電力公司(Pacific Gas and ElectricCompany,PG&E)合作,主要關注不同種類和數量的分布式電源在多種情況下對配電網絡影響的研究。

除了研究機構,美國的其它一些公司、團體及軍方,也有關于微電網方面的研究。如DOE與通用電氣公司(General Electric,GE)合作的微電網示范工程,如圖3所示。該項目計劃分為兩個階段,第一階段主要對微電網的控制策略、保護、上層能量管理進行仿真研究,其能源管理平臺如圖4所示。第二階段的任務是微電網示范平臺的建設實施。美國北方電力承接的MAD river微電網是美國第一個微電網示范工程,用來驗證微電網的建模與仿真,保護和控制及微電網的管理條例與法規。美國的軍方在美軍方基地建立了 Sandia national labotatories微電網示范工程,并準備推廣到全美軍事和民用場合。

圖4 GE微電網能源管理平臺

繼CERTS之后,美國勞倫斯伯克利國家實驗室、美國電力科學院、歐洲、日本等國也相繼提出適合各自國情和電力工業的微型電網概念。這些不同的實驗室和機構提出的微型電網的概念不完全相同,歸納起來有如下特點:所有的方案一致認為微型電網應該具有獨立運行能力,并且應能實現即插即用和無縫切換;大多數方案把聯網運行列為必要條件,而其它方案也推薦能夠聯網運行;多數方案認為微型電網應該具有中央管理單元,能夠實現本地管理自治運行,應該備有儲能設備,具有可實現熱電聯供的能力。除上述概念比較相同外,所提出的十一個方案在微型電網是否與公共電網單點連接、潮流是否雙向流動等方面看法不盡相同。

關鍵字:美國 微電網

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