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分布式能源系統微型電網技術分析
摘要:隨著對供電可靠性、電能質量的要求不斷提高,人們對于利用分布式能源系統發電的需求也在不斷增加。本文對分布式能源系統微型電網技術進行了分析。
關鍵詞:分布式能源系統;微型電網;技術分析;能源;電網
一、微型電網綜述
微型電網技術是在最近的幾年所興起的。其研究的人員從不同角度來詮釋了微型電網的概念。美國的Consortium for Electric Reliability Technology Solutions(電力可靠性解決方案協會)認為:微型電網就是一個小型的電力系統,而這個系統又在公用的電網級別下,而通常是屬于配電網的服務范疇之列。但是它又在某種程度上能夠脫離配電網而獨立的運行。美國的Hatziargyriou N D和Dimeas A認為:微型電網供電技術就是在利用一次能源來使用微型的電源供電并且儲能的裝置,是實現冷、熱、電三方相互聯系的供電系統。Lasseter R H、 Paigi P. Microgrid 以及Lasseter R H也都認為:微型電網就是由負載與微型電源所組成的、獨立的、可控的系統,它可以提供擁有較高質量的電能,還可以脫離配電網而獨立的運行。
二、整體能源系統中的微型電網
整體的能源系統當中IES有多種多樣的用途,電氣設備的供電、電力的驅動、制冷、供熱、以及照明和商業、公共建筑物的室內空氣的送風、除濕等等。在IES的系統當中,如果使用IC(內燃機)、燃氣輪機或是燃料電池來發電,就可以使用吸收式的制冷機以及干燥除濕器,還可以運用熱回收的裝置來產生蒸汽或者熱水,并回收余熱以便于用來制冷、供熱和建筑物之內濕度的控制,這樣就顯著的提高了能源利用的效率,而最高時可達85%。和傳統的供能系統相比較,能夠節省40%以上。因此在文獻資料當中會將這種系統定義為建筑物當中冷、熱、電聯供系統,大致上常用的有三種縮寫既:CHP (Cooling, Heating and Power for Buildings) 、CCHP (Combined Cooling Heating and Power) 以及BCHP (Buildings Cooling, Heating and Power)。而為提高整體的能源系統當中IES的所供能源的可靠性,常常會使所有子系統并列的運行。
三、分布式能源系統當中微型電網技術應用
1、微型電網的分布式電源及接入模式
在國際上由于電力市場的拓展,在受到了發電投資的回報周期較長和幾次國際上大面積的停電所影響,新增的電源當中分布式的發電設施,所占比例正在呈現出強勁的上升的趨勢。在2000年全球的新增電源共110 GW,其中分布式的發電占比例約為3%;到了2004年新國際上增加的114 GW當中,分布式發電設施所占的份額就上升到了7%左右,截止到2008年新增的120 GW當中,分布式發電設施所占的份額就會達到40%。所以,如何的應對分布式的發電日益的發展,也是一個不容回避的問題。
IEEE1547所含有的分布式能源的發電機組。如下圖所示,大概就有三種模式局部的電力系統Local EPS1、2、3與區域的電力系統Area Electric Power System (Area EPS) 互聯。局部電力系統1是負荷通過PCC直接受電的地方電力系統;局部電力系統2是分布式電源通過PCC與Area EPS并列;局部電力系統3是分布式電源和負荷通過PCC與Area EPS并列。當區域電力系統Area EPS比局部電力系統Local EPS強得多時,與Area EPS發電不同,這些可以視為虛擬負荷的分布式發電設備直接由用戶控制啟停,也不參與自動發電控制,只要在配網側安裝逆功率繼電器,正常時不向電網注入功率即可。
Area Electric Power System (Area EPS) 區域電力系統(Area EPS);Point Common Coup ling ( PCC) Area EPS連接的公共連接點(并網點);Point of DR Connection DR并網點;Local EPS1 局部電力系統1—負荷通過PCC直接受電的地方電力系統;Local EPS2局部電力系統2—分布式電源通過PCC與Area EPS并列;Local EPS3局部電力系統3—分布式電源和負荷通過PCC與Area EPS并列。對于局部電力系統Local EPS2、3,只要分布式的發電機組啟動、停運以及異常、故障,對于區域電力系統Area EPS的影響明顯,就必須通過Area EPS與DR的互聯系統ICS聯網。
2、微型電網的分布式電源并網技術
ICS的互聯系統就是微型電網的一個非常重要的部分,它是技術的要求最高、設計最為復雜而變化也最多的那部分,它包含有分步式的電源DR能量的轉換裝置逆變與整流器,感應的同步發電機;系統的控制、電氣的保護、穩態的控制以及輔助的設備等。而ICS的功能還包括:系統的啟動和停止以及輸入和輸出等控制;而對于系統的穩量電壓、電流、有無功的功率以及電量的自動調整,以確保電能的數量與質量。系統異常或是故障時,要采取對系統元件的保護與安全的控制等措施。
在分布式的電源DG當中,內燃機、燃氣輪機、熱電聯產的燃煤機組以及生物質能的發電等,均可以采用常規的同步發電機來實現其能量的轉換。
在眾多可再生的能源技術當中,風電就是增長最快的領域。風能的容量在幾百W 至幾MW 之間,通常我們所使用的異步的發電技術,就是將風能轉換成為電能的使用。而太陽能的技術則是發展潛力最大的可再生能源的技術。而太陽能的裝機容量約在幾W 至幾百KW 之間,通常所使用的是D/A的交換技術,將太陽能直接的轉換為電能來使用。
結論:
分布式能源系統當中的微型電網技術,是當代世界電力系統應用當中的新型技術之一,是電力系統所應用的最新的科技成果之一,它是將現代的能源轉換、電網、電力電子以及自動控制等技術有機的相互結合而發展起來的。分布式的能源系統,是以其最為優化的投資、最有為效的對能源的利用,能靈活變負荷性以及合適的可再生能源等等的特性,成為了集中式的能源供體系當中不可缺少的、重要的補充,它是未來世界上能源技術發展的重要方向。
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