分布式能源系统微型电网技术分析

摘要:随着对供电可靠性、电能质量的要求不断提高,人们对于利用分布式能源系统发电的需求也在不断增加。本文对分布式能源系统微型电网技术进行了分析。

关键词:分布式能源系统;微型电网;技术分析;能源;电网

一、微型电网综述

微型电网技术是在最近的几年所兴起的。其研究的人员从不同角度来诠释了微型电网的概念。美国的Consortium for Electric Reliability Technology Solutions(电力可靠性解决方案协会)认为:微型电网就是一个小型的电力系统,而这个系统又在公用的电网级别下,而通常是属于配电网的服务范畴之列。但是它又在某种程度上能够脱离配电网而独立的运行。美国的Hatziargyriou N D和Dimeas A认为:微型电网供电技术就是在利用一次能源来使用微型的电源供电并且储能的装置,是实现冷、热、电三方相互联系的供电系统。Lasseter R H、 Paigi P. Microgrid 以及Lasseter R H也都认为:微型电网就是由负载与微型电源所组成的、独立的、可控的系统,它可以提供拥有较高质量的电能,还可以脱离配电网而独立的运行。

二、整体能源系统中的微型电网

整体的能源系统当中IES有多种多样的用途,电气设备的供电、电力的驱动、制冷、供热、以及照明和商业、公共建筑物的室内空气的送风、除湿等等。在IES的系统当中,如果使用IC(内燃机)、燃气轮机或是燃料电池来发电,就可以使用吸收式的制冷机以及干燥除湿器,还可以运用热回收的装置来产生蒸汽或者热水,并回收余热以便于用来制冷、供热和建筑物之内湿度的控制,这样就显著的提高了能源利用的效率,而最高时可达85%。和传统的供能系统相比较,能够节省40%以上。因此在文献资料当中会将这种系统定义为建筑物当中冷、热、电联供系统,大致上常用的有三种缩写既:CHP (Cooling, Heating and Power for Buildings) 、CCHP (Combined Cooling Heating and Power) 以及BCHP (Buildings Cooling, Heating and Power)。而为提高整体的能源系统当中IES的所供能源的可靠性,常常会使所有子系统并列的运行。

三、分布式能源系统当中微型电网技术应用

1、微型电网的分布式电源及接入模式

在国际上由于电力市场的拓展,在受到了发电投资的回报周期较长和几次国际上大面积的停电所影响,新增的电源当中分布式的发电设施,所占比例正在呈现出强劲的上升的趋势。在2000年全球的新增电源共110 GW,其中分布式的发电占比例约为3%;到了2004年新国际上增加的114 GW当中,分布式发电设施所占的份额就上升到了7%左右,截止到2008年新增的120 GW当中,分布式发电设施所占的份额就会达到40%。所以,如何的应对分布式的发电日益的发展,也是一个不容回避的问题。

IEEE1547所含有的分布式能源的发电机组。如下图所示,大概就有三种模式局部的电力系统Local EPS1、2、3与区域的电力系统Area Electric Power System (Area EPS) 互联。局部电力系统1是负荷通过PCC直接受电的地方电力系统;局部电力系统2是分布式电源通过PCC与Area EPS并列;局部电力系统3是分布式电源和负荷通过PCC与Area EPS并列。当区域电力系统Area EPS比局部电力系统Local EPS强得多时,与Area EPS发电不同,这些可以视为虚拟负荷的分布式发电设备直接由用户控制启停,也不参与自动发电控制,只要在配网侧安装逆功率继电器,正常时不向电网注入功率即可。

Area Electric Power System (Area EPS) 区域电力系统(Area EPS);Point Common Coup ling ( PCC) Area EPS连接的公共连接点(并网点);Point of DR Connection DR并网点;Local EPS1 局部电力系统1—负荷通过PCC直接受电的地方电力系统;Local EPS2局部电力系统2—分布式电源通过PCC与Area EPS并列;Local EPS3局部电力系统3—分布式电源和负荷通过PCC与Area EPS并列。对于局部电力系统Local EPS2、3,只要分布式的发电机组启动、停运以及异常、故障,对于区域电力系统Area EPS的影响明显,就必须通过Area EPS与DR的互联系统ICS联网。

2、微型电网的分布式电源并网技术

ICS的互联系统就是微型电网的一个非常重要的部分,它是技术的要求最高、设计最为复杂而变化也最多的那部分,它包含有分步式的电源DR能量的转换装置逆变与整流器,感应的同步发电机;系统的控制、电气的保护、稳态的控制以及辅助的设备等。而ICS的功能还包括:系统的启动和停止以及输入和输出等控制;而对于系统的稳量电压、电流、有无功的功率以及电量的自动调整,以确保电能的数量与质量。系统异常或是故障时,要采取对系统元件的保护与安全的控制等措施。

在分布式的电源DG当中,内燃机、燃气轮机、热电联产的燃煤机组以及生物质能的发电等,均可以采用常规的同步发电机来实现其能量的转换。

在众多可再生的能源技术当中,风电就是增长最快的领域。风能的容量在几百W 至几MW 之间,通常我们所使用的异步的发电技术,就是将风能转换成为电能的使用。而太阳能的技术则是发展潜力最大的可再生能源的技术。而太阳能的装机容量约在几W 至几百KW 之间,通常所使用的是D/A的交换技术,将太阳能直接的转换为电能来使用。

结论:

分布式能源系统当中的微型电网技术,是当代世界电力系统应用当中的新型技术之一,是电力系统所应用的最新的科技成果之一,它是将现代的能源转换、电网、电力电子以及自动控制等技术有机的相互结合而发展起来的。分布式的能源系统,是以其最为优化的投资、最有为效的对能源的利用,能灵活变负荷性以及合适的可再生能源等等的特性,成为了集中式的能源供体系当中不可缺少的、重要的补充,它是未来世界上能源技术发展的重要方向。

参考文献:

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