分布式能源集成系统的探讨.doc

1、分布式能源集成系统的探讨摘要：根据国家“十二五”规划中提出的加快能源生产与利用改革的要求，针对国外研究的状况和发展趋势，对当前国内外的分布式能源集成系统进行了论述与评价，探讨采用多种能源方式集成控制的策略及方法，为系统的研发提供基础。 关键词：分布式能源 集成系统 并网控制 Treat of Distributed Generation Integration System HU Shi-peng，Fei Xiang-jun，Tang Zhan-feng，Fang Chao (Yangzhou Electric Power Equipment Manufacture Factory，Yangz

2、hou Jiangsu 225000，China) Abstract: This article discusses and assesses the integration system of distributed generation based on the requirement of accelerating energy production and utilization of reform raised by “12th Five-Year Plan”. It shows a method of varieties of energy integrated control s

3、trategy，provides a basis for the development of the system based on development requirement of international, current research abroad and trends of future. Key words: Distributed Generation；Integration System；Grid-connection control 中图分类号：F470.6 文献标识码：A 国家能源发展“十二五”规划中指出， “我们必须加快能源生产和利用方式变革，强化节能优先战略，

4、全面提高能源开发转化和利用效率，合理控制能源消费总量，构建安全、稳定、经济、清洁的现代能源产业体系” 。 1 分布式能源集成系统的发展状况 人类对能源的使用经历了从分布式到集中式，再到分布式这么一个过程。传统的集中式能源系统的传输和分配网络都比较复杂，用户大多集中在一定的区域内，这样其在适应负荷变化的灵活性和供电安全性方面就存在一些弊端1。 上世纪 70 年代末，国际上有人提出了分布式能源系统的概念。美国的 Fuel cell energy 公司与加拿大的 Enbridge 公司合作开发的微型燃气轮机与燃料电池联合系统（DFC-ERG） ，采用两级能源管理，极大地提高了能源的利用效率，减少了污

5、染物的排放2。欧洲许多国家也纷纷制定能源政策和规划，优先发展分布式供能等高效节能技术，目前以太阳能光伏、风能和热电联产为主3。 我国在分布式能源技术方面起步较晚，但发展迅速。合肥工业大学对风-光-柴-蓄多重复合发电及其智能控制系统进行了研究，建立了相关数学模型和仿真系统，但经过测试，该系统还需进一步改进4。上海理工大学利用 Capstone 公司的微型燃气轮机为核心，用于分布式能源系统的研究5。西安交通大学在能量互补控制和风光互补独立供电系统的容量配置方面进行了研究6。 国内外在分布式能源开发应用上，主要集中在单个能源系统及其相互间的两级集成形式，在对于与大电网联接以及多级能源集成系统的开发极

6、少有报道。单个能源系统易受到自然环境和气候等方面的制约，有时也无法提供稳定的、持续的电力或热能，因此，多种新能源系统的集成，实现资源优化整合和能量梯级利用，提高能源转换效率，是分布式新能源开发的创新发展形式。 2 分布式能源集成系统的分析 21 集成系统的概况 根据 CIGRE 欧洲工作组 WG37-33 的定义：不受供电调度部门的控制、与 77kV 以下电压等级电网联网、容量在 100MW 以下的发电系统，称为分布式发电系统。分布式能源集成系统是一种创新的供电、供热和能源开发利用的解决方案，其主要分布在用户端，将冷热电系统以模块化、分散式、小容量的方式分布在用户附近，可独立输出高品质、高可靠

7、性的清洁能源，减小了中间输送环节的损耗，实现了资源利用的最大化，也可并网运行，实现用户侧可再生能源的整合优化和能源梯级利用7。 22 集成系统的结构 分布式能源集成系统主要有发电设备（燃气轮机、燃料电池、太阳能光伏、光热和风能） ，供热或制冷设备、储能系统（超级电容或蓄电池）、调节装置以及控制系统等，其系统框图如图 1 所示。多级的分布式能源集成系统可实现各分布式新能源的联合使用，形成有机整体，通过系统集成控制技术，根据负荷变化和各能源品种的特点，灵活、高效、合理的调配，实现多能源输入、输出以及互补功能。 由于单一能源发电系统的间歇性和不可预测性，其输出电压、电流会出现波动，难以并网，因此，在

8、能源输入端通过利用可再生能源（包括太阳能、风能） ，结合微型燃气轮机、燃料电池技术，实现系统高度集成和能源的优势互补，特别是中低温余热的利用，实现节能环保的理念和能源的梯级利用；另外，采用一定的储能装置平滑能源输出端的能源波动，提高机组效率和输出稳定性。 图 1 分布式能源集成系统框图 23 集成系统的控制 231 分布式发电控制 在分布式能源集成系统的控制中，我们可以使用模块化组合设计，采用群控技术与智能控制技术对模块组合联合控制，根据用户需求变化进行智能调节，决定每一模块的运行状态和模块间的调节优化关系。 分布式的电网发电可以直接由用户来控制，直接接入主网参与发电，也可接入不参与自动发电，

9、进行孤岛运行，甚至在配电网侧安装逆功率继电器，正常时不向电网注入功率。但是，由于小型机组的发电稳定性与持久性的原因，在解决分布式电源如何接入主网这个问题的同时，还需考虑到对用户的分布、以及电源的智能控制等多方面因素。因此，我们可以采用基于 MAS（Multi-Agent System）技术、具有智能性的现代电网调度决策支持系统来解决上述问题，这种技术通过采集实时的数据，对电网当前的运行状态进行有效评估，并与设置状态进行对比、分析，最后作为安全的调整策略，具有比常用 EMS（Energy Management System）策略更智能、主动、快速的响应8。 232 分布式储能控制 为了平滑发电系

10、统的功率波动，减少电源随机波动对电力系统的影响，就需要在发电系统中加入蓄电池、超级电容或飞轮等储能装置，抑制、平滑这些波动。在发电系统输出增加时，可以将多余的能量存储起来，在发电系统输出减少不能满足负载功率需求时，将储存的能量释放出来，以实现发电系统恒定功率输出9。 当微网接入主网时，储能系统使当地负荷同时从主网和本地微电源获取功率，保证电能的质量；在主网断电时，储能系统使微网平滑的过渡到孤岛运行状态，减小波动，以备再次接入电网。然而，过高的成本限制了很多储能技术在分布式发电中的推广，而且储能装置也具有容量限制及自身损耗等缺陷。在解决此类问题时，一般采用在馈线上安装具有广域性以及储能和补偿能力

11、的电能质量调整器（PQC，Power Quality Conditioner） ，通过电力电子技术解决电能的无功调压、瞬间扰动等问题7。综合上述，今后在储能技术中如何降低成本和提高能量转换效率便成为了重要的研究方向。 233 分布式并网控制 并网控制是分布式能源发展的重中之重，关系到能源的最终输出方式，也是国内外相关研究中一直没有完全解决的瓶颈问题。由于分布式发电系统具有多能量来源、多变流器并网的特点，因此必须对并网控制进行深入研究。比如：针对具有多能源多并网逆变器的分布式发电系统，研究并网运行时相互耦合影响的机理和并网协调控制问题；针对具有多能源多并网逆变器的分布式发电系统，研究合适的并网、

12、独立控制模式和协调一致的切换控制策略；针对具有多能源多并网逆变器的分布式发电系统的特点，开展适合并网逆变器的无盲区孤岛检测方法和防伪孤岛技术研究。 逆变器是并网控制中必不可少的装置，研究适应光伏发电的电力电子变换器的重点是使分布式能源集成系统在整个工作范围内均能实现高效率、高功率密度和高可靠性的运行。目前常用的并网光伏逆变器或燃料电池逆变器大多采用 DC-DC-AC 的双级结构，这是因为光伏阵列、燃料电池提供的直流电压普遍低于要求的交流输出电压，而 DC-AC 变换电路中，应用最广泛的全桥逆变器和半桥逆变器均属于 Buck 型，瞬时输出电压总低于输入电压，只能实现降压变换，为此，一般在桥式逆变

13、电路前增加一级可升压变换、具有高频隔离的间接的 DC-DC 变换器，将输入直流电压升高。 除此之外，在并网控制中，孤岛的运行是分布式发电中极为重要的问题。一般而言，分布式发电的保护继电器在执行自身的功能时，并不接受来自于任何外部与之所联系统的信息，而此时配电网的断路器可能已经打开，但分布式发电的继电器未能检测出这种状况，不能迅速地做出反应，仍然向部分馈线供电，最终造成系统或人员安全方面的损害。 3 结论 本文结合国内外对分布式能源的研究现状，分析了几种常见的分布式发电技术及其特点，根据我国能源利用中存在的弊端，引出了发展分布式集成系统的必要性和可靠性，从而最大限度的提高能源利用率，实现资源的优

14、势互补和梯级利用，积极响应国家节能环保的号召；其次，分析了发展分布式集成系统所涉及的控制技术与关键点，为进一步实行系统的研发提供参考。 参考文献 1 何源.分布式能源系统的分析及优化D.天津：天津大学，2007. 2 FuelCell Energy. Direct Fuel-cell Ebergy Recovery GenerationC. 3 P.Costamagna，L.Magistr，A.F.Massardo. Design and Part-load Performance of a Hybrid System based on a Solid Oxide Fuel Cell Reac

15、tor and a Micro Gas TurbineJ. Journal of Power sources 96，2001. 4 茆美琴，余世杰，苏建徽，等.风-光-柴-蓄复合发电及智能控制系统实验装置J.太阳能学报，2003,24（1）：18-21. 5 蔡小舒，戴韧.以微型燃气轮机为核心的热电冷三联供系统一上海理工大学“能源岛”研究进展J.能源研究与信息，2005，21：62-63. 6 王健，康龙云，曹秉刚.可再生能源分布式发电系统能量互补控制的研究J.西安交通大学学报，2005,39（7）：766-770. 7 刘向阳.智能电网分布式能源系统集成及基础科学J.智能电网技术专题，2009，48-53. 8 康权.基于 MAS 技术的电网智能调度决策支持系统的研究与应用D.北京：华北电力大学，2008. 9 聂晶鑫.风力发电系统中储能技术的研究J.四川成都：西南交通大学，2011. 作者简介： 胡世鹏，男，1986 年 8 月出生，安徽天长人，硕士研究生，研究方向为智能控制与分布式能源集成技术。