分布式发电、微网与智能配电网综述姓名 XXX学号 XXXXXXXXXX清华大学电气一班1.分布式发电1.1 概念美国于1978年在《公共事业管理政策法》中将DG定义为：为满足特定用户需要或支持现有配电网的经济运行，以分散方式布置在用户附近，发电功率为几kW～50MW的小型模块式且与环境兼容的独立电源。

分布式发电是指利用各种可用和分散存在的能源，包括可再生能源(太阳能、生物质能、小型风能、小型水能、波浪能等）和本地可方便获取的化石类燃料（主要是天然气）进行发电供能的技术。

小型的分布式电源容量通常在几百千瓦以内，大型的分布式电源容量可以达到兆瓦级。

灵活、经济与环保是分布式发电技术的主要特点，但是，一些可再生能源具有间歇性和随机性等特点，使得这些电源仅依靠自身的调节能力难以满足负荷的功率平衡，通常还需要其他内部或外部电源的配合。

分布式发电技术的应用对开发可再生能源起着促进作用，有利于减少环境污染，是非常清洁的发电方式，可以建立在居民区和商业中心．1.2 几种主要的技术目前，比较成熟的分布式发电技术主要有风力发电、光伏发电、燃料电池和微型燃气轮机等几种形式。

应用较多的为热电冷三联供（CCHP），有时简称为CHP (Combined Heating &Power)。

1.2.1风力发电风力发电是利用风力发电机组将风能转化为机械能，再转化为电能的一种发电方式。

风力发电机的t要组成部分为支撑塔、风力涡轮、调相装置、齿轮箱、发电机以及速度测量和控制装置等。

风力发电的运行方式主要有两种：①独立运行的供电系统，解决规模小的社区用电问题：②作为常规电网的电源，与电网并联运行。

虽然风电技术难度高，成本高，受风的影响很不稳定等问题比较突出，但由于风能是一种可以加以利用的可再乍能源清洁无污染。

不产生有害气体和废弃物，因此风力发电越来越受到世界各过的重视。

1.2.2光伏发电光伏发电系统直接将太阳能转变为电能，不需要热力发动机，其输出功率范围为微瓦级到兆瓦级。

发电装置由固态半导体电子器件组成，重量轻，采用模块化的结构，所以光伏系统适用于其他分布式发电技术不能实现的环境(如安装于居民建筑物上)，但缺点是投资大，成本太高。

近年来，随着光伏电池成本的下降以及对可再生能源利用的重视，光伏发电也开始用于并网运行。

特别是嵌入到建筑物顶上的光伏发电系统，可直接连到用户的低压电网上去使总体造价降低，具有广阔的应用前景。

在美国和日本的一些地区，已经有由屋顶式光伏电池发电设备联成的光伏发电系统与当地电网相联。

1.2.3燃料电池发电燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化为电能的装置。

按电解质的性质町将燃料电池分为许多类：聚合电解质膜电池、碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、固体电解质燃料电池和熔融碳酸盐燃料电池等。

其能量转化效率可达40％至60％，有害废物排放可以忽略，运行时无噪声。

可直接安装在居民区。

由于其所具有的特点，以及起容鼍上的可塑性、高效率和模块化设计，使之特别适合在分布式发电系统中应用。

但燃料电池要广泛应用到分布式发电系统中仍有很多挑战和技术问题需要克服，如生产以氢为燃料的燃料电池，如何通过增加起制造容量来减少其发电费用。

1.2.4热冷电三联供传统电厂将燃料转换为电能后，往往抛弃了大量多余的热能。

由于分布式发电具有与负荷相适应的规模与位置，能够合理经济地回收这些热能，用户需利用自身设备内或附近的热冷电三联供系统就能同时获得热能和电能。

它主要是利用十分先进的燃气轮机或燃气内燃机燃烧洁净的天然气发电，对做功后的余热进一步回收，用来制冷、供暖和生活用热水。

使用能源主要为天然气，也有少量使用石油气、沼气和煤层气等。

热电冷三联供主要有区域式（DCHP）和楼宇式（BCHP）两种。

2.微网2.1 概念微网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。

既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。

从微观看，微网可以看做是小型的电力系统，它具备完整的发输配电功能，可以实现局部的功率平衡与能量优化，它与带有负荷的分布式发电系统的本质区别在于同时具有并网和独立运行能力。

从宏观看，微网又可以认为是配电网中的一个“虚拟”的电源或负荷。

2.2 微网的分类2.2.1联网型微网具有并网和独立两种运行模式。

在并网工作模式下，一般与中、低压配电网并网运行，互为支撑，实现能量的双向交换。

在外部电网故障情况下，可转为独立运行模式，继续为微网内重要负荷供电，提高重要负荷的供电可靠性。

通过采取先进的控制策略和控制手段，可保证微网高电能质量供电，也可以实现两种运行模式的无缝切换。

2.2.2独立型微网不和常规电网相连接，利用自身的分布式能源满足微网内负荷的需求。

当网内存在可再生分布式能源时，常常需要配置储能系统以保持电源与负荷间的功率平衡，并充分利用可再生能源。

这类微网更加适合在海岛、边远地区等地为用户供电。

2.3 微网的技术2.3.1微网规划设计微网工程的建设需要充分的技术和经济分析。

相对于传统电网，微网建设运行更为复杂，需要考虑风/光/气、冷/热/电等不同形式能源的合理配置与科学调度，这使得微网规划设计的不确定性和复杂度都大大增加。

微网面临着DG成本高、技术经验不足、标准缺乏、行政政策缺乏以及市场障碍等一系列挑战，只有合理确定微网结构及容量配置，才能保证微网以较低的成本取得最大的效益，进而达到示范、推广的目的。

联网型微网与独立型微网在优化目标上有时存在一定差异。

并网型的优化目标为增大微网收益而独立型的优化目标为保证供电可靠性的前提下降低供电成本。

目前微网的规划设计方法及工具大多还处于探索阶段。

2.3.2微网的控制微电网灵活的运行方式与高质量的供电服务，离不开完善的稳定与控制系统。

控制问题也正是微电网研究中的一个难点问题。

其中一个基本的技术难点在于微电网中的微电源数目太多，很难要求一个中心控制点对整个系统做出快速反应并进行相应控制，往往一旦系统中某一控制元件故障或软件出错，就可能导致整个系统瘫痪。

因此，微电网控制应该做到能够基于本地信息对电网中的事件做出自主反应，例如，对于电压跌落、故障、停电等，发电机应当利用本地信息自动转到独立运行方式，而不是像传统方式中由电网调度统一协调。

具体来讲，微电网控制应当保证：①任一微电源的接人不对系统造成影响；②自主选择运行点；③平滑地与电网并列、分离；④对有功、无功进行独立控制；⑤具有校正电压跌落和系统不平衡的能力。

目前。

已有3类经典的微电网控制方法：1.基于电力电子技术的“即插即用”与“对等”的控制思想”；2.基于功率管理系统的控制方法；3.基于多代理技术的微电网控制方法。

2.3.3微网的保护微电网的保护问题与传统保护有着极大不同，典型表现有：①潮流的双向流通；②微电网在联网运行与独立运行2种工况下，短路电流大小不同且差异很大。

因此，如何在独立和并网2种运行工况下均能对微电网内部故障做出响应以及在并网情况下快速感知大电网故障，同时保证保护的选择性、快速性、灵敏性与可靠性，是微电网保护的关键，也是微电网保护的难点。

传统的电流保护显然无法满足微电网保护的特殊要求。

目前，针对单相接地故障与线间故障，有学者提出了基于对称电流分量检测的保护策略。

该方法以超过一定阈值的零序电流分量和负序电流分量作为主保护的启动值，将传统的过电流保护与之结台可取得良好的效果。

虽然国际上已有学者研制出微电网保护的硬件装置，但人们仍在对更加完善的保护策略进行积极探索。

发电机和负荷容量对保护的影响、不同类型发电机(如基于变流器和不基于变流器)对保护的影响及微电网不同运行方式和不同设计结构对保护的影响等问题都是微电网保护策略研究中所关注的重点。

2.3.3微网运行优化与能量管理能量的不确定性和时变性强，决定了微网系统的能量管理与分布式电源优化调度方法与大电网的优化调度将会有很大不同。

需要使用集中调度与分散控制，进行微网优化运行与能量管理。

集中调度可以分为：1.以经济性为目标微网运行优化模型；2：以环境效应为目标微网运行优化模型3：考虑多目标情形优化模型。

分散控制目标函数约束条件与集中调度时类似，通过代理之间的通讯和协调完成系统的优化，目标需建立不同元件的代理模型。

2.4电网在国外的研究概况与进展负荷的持续增长、电力系统结构的不断老化、环保问题、能源利用效率瓶颈以及用户对电能质量的商标准要求，已成为世界各国电力工业所面临的严峻挑战。

微电网对分布式电源的有效利用及灵活、智能的控制特点，使其在解决上述问题方面表现出极大潜能，是许多国家未来若干年电力发展战略的重点之一。

目前，一些国家已纷纷开展微电网研究，立足于本国电力系统的实际问题与国家的可持续发展能源目标，提出了各自的微电网概念和发展目标。

作为一个新的技术领域，微电网在各国的发展呈现不同特色。

2.4.1美国的微电网研究美国CERTS最早提出了微电网的概念，并且是众多微电网概念中最权威的一个。

美国CERTS提出的微电网主要由基于电力电子技术且容量小于等于500 kw的小型微电源与负荷构成，并引人了基于电力电子技术的控制方法。

电力电子技术是美国CERTS微电网实现智能、灵活控制的重要支撑，美国CERTS微电网正是基于此形成了“即插即用”与“对等”的控制思想和设计理念。

美国的微电网工程得到了美围能源部的高度重视。

2003年，布什总统提出了“电网现代化”的目标，指出要将信息技术、通信技术等广泛引入电力系统，实现电网的智能化。

在随后出台的Grid 2030发展战略中，美国能源部制定了美国电力系统未来几十年的研究与发展规划，微电网是其重要组成之一。

在2006年的美国微电网会议上，美国能源部对其今后的微电网发展计划进行了详细剖析””。

从美国电网现代化角度来看，提高重要负荷的供电可靠性、满足用户定制的多种电能质量需求、降低成本、实现智能化将是美国微电网的发展重点。

CERTS微电网中电力电子装置与众多新能源的使用与控制，为可再生能源潜能的充分发挥及稳定、控制等问题的解决提供了新的思路。

2.4.2欧洲的微电网研究从电力市场需求、电能安全供给及环保等角度出发，欧洲于2005年提出“聪明电网”计划，并在2006年出台该计划的技术实现方略。

作为欧洲2020年及后续的电力发展目标，该计划指出未来欧洲电网需具备以下特点：1)灵活性：在适应未来电网变化与挑战的同时，满足用户多样化的电力需求。

2)可接人性：使所有用户都可接人电网，尤其是推广用户对可再生、高效、清洁能源的利用。

3)可靠性：提高电力供应的可靠性与安全性以满足数字化时代的电力需求。

4)经济性：通过技术创新，能源有效管理、有序市场竞争及相关政策等提高电网的经济效益。