高电压与绝缘技术论文微电网并网与孤岛运行模式切换的研究分析报告.doc

第1章 前 言 1.1 选题的背景及研究的意义 电力生产在最初阶段的方式是集中发电、远距离输电、大电网之间相互联系，其过程存在三个特点：即电力生产的整体性、同时性与随机性。整体性与同时性即发电、输电和供配电的过程是不可分割的并且同时进行的，其中任何一个环节出现问题，电力生产都将难以完成。而电力生产的随机性则指负荷、设备异常情况以及电能质量等都在随时变化着，因此在电力生产中需要做到实时调度与安全监控，能够跟踪随机事件的动态情况，以确保电网的安全运行。但是电力建设成本高，运行难度比较大，已经越来越难以满足当今社会对电力的可靠性和安全性的需求。近几年来，我国多个地区出现罕见的用电高峰，期间的多次事故给国家和人民造成了重大的经济损失。美欧地区也有很多国家发生过多次大面积停电事故，致使大电网的脆弱性日益暴漏出来。 现如今，一次能源日益枯竭，环境污染问题也日益严重，传统大电网的脆弱性日益暴漏，致使全球化电力市场改革进程加快，在此背景下有学者提出了分布式发电系统这个概念。分布式发电被认为是减少环境污染、提高能源的利用效率、增强电能供应的可靠性以及可以满足社会发展对电力日益增长的需求等的一种有效的解决途径。 分布式电源经常分散布置在用户的周围，其发出功率为数千瓦到百兆瓦不等。相比于传统的集中式供电，分布式电源的安装位置比较灵活，并且比较分散，能更好的利用当地的资源分布，更能适应电力的需求；并且分布式电网与大电网之间又可以相互备用，有效地提高了电能的利用率，供电可靠性明显增强；输电和变电的过程中又可以减轻故障对其造成的影响，可以有效的提高电能质量；能够避免各地区电网之间由于电压和频率波动而相互造成的影响，从而可以防止由于局部电力故障而造成电网大面积的停电事故，等等。 相较于传统电网，分布式发电的这些优点更能适应电力的发展，并逐渐成为电力未来发展的趋势。在国外发生的一些电力故障中，一些拥有分布式发电系统的公司和单位在故障中依旧可以正常运营，供电的可靠性得以增强，也减小了不必要的经济损失。 分布式发电系统具有可靠性高、经济性好和污染性少等优点，但是有些缺点也制约着它的发展。例如：分布式发电系统的投入成本太高，并且其控制也非常复杂；相对于大电网来说是个不可控单元，为减小其对大电网造成冲击，特殊情况下分布式电源就需要被大电网隔离处理。IEEE 1547标准中，对分布式电源接入大网有明确的规定：当主网系统运行过程中发生故障时，分布式电源需要退出运行。这样就限制了分布式发电的充分发挥，新能源也不能得到充分的利用。 传统的配电网中，其任务是将电能分配并输送给终端用户群体。假如各个独立的分布式发电系统直接连接到主网系统中而不加以区分，就会改变配电网的辐射状态和其单向传输电能的状态，从而会造成诸如潮流计算、继电保护的设计以及整定值的设定等新的问题。而现在很多学者提出的微电网技术这个概念，则能够克服分布式发电技术的以上缺点，从而使其能得到大规模的运用。 微电网是分布式发电技术的一个重要形式，它将分布式发电装置、储能装置、检测和控制装置、保护装置和负荷等连接在一起，形成一个单一可控的单元，同时提供给系统电能和热能，提高了能源的利用率。这样，它可以对用户同时输出电能、热能和冷能，满足用户的三联供的需求，也能够与主网系统进行并联运行。另外，微电网运行模式非常灵活，在正常情况下可以与主网并网运行，对大电网系统提供有效的支撑；在主网出现故障的情况下，它也可以与大网断开进入独立运行模式，从而可以保证重要负荷的持续不间断供电，大大提高了供电的可靠性。 微电网在独立运行的过程中，由于分布式电源种类的多样化，使得其在负荷发生变化时较难实现快速响应而可能出现短暂的动态失衡，所以在微网与主网系统并联运行的过程中，当微电网的输出功率不能满足负荷的功率需求时，则需要由主网补充电能；而当微电网的功率输出大于负荷需求时，剩余的电能则可以流向主网，最终与大电网实现互为备用，相互支撑。当大电网发生故障或者运行需要时，微电网可以转入孤岛模式，在孤岛运行过程中继续向重要负荷供电，实现不间断供电；而当故障取消时，微网则根据要求又可以重新并网，继续为大网提供支撑，增强了电网的灵活性。 以往情况下，当主电网出现故障的时候，都会令分布式电源退出运行，待脱网后再重新启动微电源；同样，当需要并网的时候又需要再次切除负荷，并且并网过程十分麻烦。这样就会引起间断供电，降低了系统供电的可靠性。而对于一些重要负荷需要保证不间断供电，这就需要采取控制措施使微电网能够实现独立运行与并网运行两种模式之间的平滑切换。 由以上所述可知，对微电网的孤岛运行和并网运行，以及两种模式之间的过渡过程进行控制，使其实现平滑切换的研究对电力系统发展的影响意义深远。 1.2 国内外的研究现状 1.2.1 国外研究现状 微电网是近几年才提出来的