含分布式新能源的微电网实验系统建设及应用

发布日期：2018-06-25 16:37 来源：点击：

智能微电网集信息技术、新能源技术、分布式发电技术等为一体，以专业智慧构建节能高效、绿色环保、安全可靠的电力系统，助力国家坚强智能电网的建设和发展。微电网作为智能电网重要的组成部分，对新能源推广、节能降耗、降低炭排放具有重要意义[1-2,6]。

我校电气工程专业类依托我省电力行业快速发展和壮大，有着明显的行业背景与特色。在山西乃至全国电力行业，有着不可替代的作用。电力系统是现代化技术集成最高的行业之一，对学生知识、技能的要求不断提高。微电网是电力系统未来的发展方向之一，其是以分布式电源为基础的小型模块化、分散式的供能网络，是发挥分布式发电效益的有效途径。

它不仅能提高供电质量和可靠性，而且能减轻环境和能源压力，还可以为大电网黑起动提供后备电源，是大电网的有力补充，更是智能电网的重要组成部分。

微电网的最大优势是提高了电力系统面临突发灾难时的抗灾能力。大电网中超大型电站与微电网中分散微型电站的结合，可以减少电力输送距离、降低输电线路的投资和电力系统的运营成本，削峰填谷，降低电网损耗，降低电价。

多年来，我校一直在推行教育教学改革，学科建设取得长足的进展。目前电气工程类有“电力系统及自动化”研究生专业及“电气工程及自动化”本科专业。但我校原有电力专业实验室偏重教学体系，面对电力系统新技术就显得不足，主要体现在教师科研水平不高，学生参与分析现场事故能力不够的现象。

鉴于此，通过建立智能微电网运行与控制实验室，可以给教师提供进行科学研究，学习掌握现代先进电力系统技术的实验室[3-5];给学生提供见识现代电力系统实际场景，提高专业实践能力的基地。

目前，国内外不少高校、科研院所在微电网系统平台研究方面取得一定的成果，如天津大学及浙江电力科学研究院等，这些平台主要面向科学研究或工程示范，投资比较大。

本平台主要面向本科生、研究生的培养，另外，其的一次、二次系统均有开放接口，满足不同组网方式及控制策略的研究。

1 实验系统的设计构建

1.1 系统的组成

1)一次系统的组成

本实验室的微电网为两级交流智能微电网架构，包括：由5kW太阳能发电模拟系统、10kW模拟风力发电系统、30kW˙h磷酸铁锂电池储能稳定系统、30kW/10s超级电容系统、10kWRLC可控式模拟负载系统、12kW充电机组成的一级微电网。由5kW屋顶太阳能发电系统、9.6kW˙h铅酸储能系统组成的二级微电网。

整个微电网系统包含1面网关接口柜、2面微网智能配电柜、1面微网通信柜、1面锂电池储能双向变流柜、1面超级电容储能双向变流柜、1套微电网监控及中央控制系统、1套即插即用电能质量在线监测系统、1套一体式故障录波装置及微电网专用保护装置系统等，如图1所示。

2)二次系统的组成

二次系统包括：1套MG2500型微电网中央控制及快速测控系统、1套MG1100微电网监控软件，1套MG1600微电网控制策略软件，1套MG2200微网通讯转换装置，1套微网时钟，1套一体式故障录波系统，1套电能质量在线监测。

通过配置的通信管理机实现对微电网系统中各设备的通信处理及转发。包括保护装置、电力仪表、中央控制单元及快速测控、光伏逆变器、风力逆变器、稳定控制器(PCS)、电池管理系统BMS、超级电容管理系统CMS等，通过后台监控系统，实现对微电网系统中各设备的运行状态监视与控制，以及实现对储能系统、负荷以及模拟新能源电源的协调与优化控制，如图2所示。

1.2 系统的功能需求

主要功能有：分布式电源特性研究;分布式电源系统设计优化;分布式电源与能量转换单元的布局优化、选型与设计;分布式电源与能量转换单元的性能测试;分布式电源与能量转换单元的并网特性及控制，包括稳态、暂态特性;分布式发电能效对比及能效提高技术研究;储能电池特性研究;各种储能形式在微电网中的应用研究;新型储能电池试验;储能逆变器的研究;电动汽车充电技术研究;电动汽车的车网互动(vehicle to grid, V2G)技术;微电网系统的规划设计;微电网系统的并网、孤岛两种方式及其过渡过程的安全稳定运行;微电网系统的控制、保护与通信;微电网控制策略研究;微电网系统的监控与能量管理;微电网系统的经济性评估;微电网参与削峰填谷的优化调度技术;微电网系统电能质量管理;微电网系统对大电网系统的影响;电价方案的设计与优化;智能负荷控制与调节措施的研究;用户需求侧管理系统开发与研究;微电网展示技术与方法的研究等，国内在这方面进行了广泛的研究[7-10]。

1.3 系统的特色

该微电网系统具有如下特色。

1)可以并网、孤网运行，无缝切换，可以多种运行模式相互自动或手动方式切换，一、二级微电网可以分别独立孤网运行、并网运行及联动运行。

2)能与大电网并网点的功率大小及方向可调可控。

3)可以快速平滑光伏发电、风机发电、负荷变化等造成的功率波动。

4)配置专用保护装置，在微电网内部故障、外部故障情况下，均保证其准确、快速动作，使系统安全运行。

5)可实现对接入微电网系统的负荷进行分级管理。

6)具有开放接口，可以接入其他厂家的智能设备。

系统起动后，进入监控画面，如图3所示的主要研究方向，智能微电网运行与控制实验室、风力发电实验室、新能源实验室组成联合实验室，为创新团队的科研工程提供了重要的实验条件。

智能微电网二次系统图

微电网系统监控图

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