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应急预案评审

区域新能源微电网的规划研究

621日,第九届中国电工装备创新与发展论坛(主题分布式发电、储能与微电网技术和装备)在北京召开。在会议上,北京电工技术学会微电网专委会、北京北变微电网技术有限企业总经理杜宏对区域新能源微电网的规划做了研究报告。北极星电力网为网友整理报告内容如下:

 

受88必发电子游戏和北京市发改委委托,北京电工技术学会承担区域新能源徼电网(县级)规划编制工作。88必发电子游戏委托函的精神是:分析某县可再生能源资源条件和分布式特点,预测不同区域各种用能需求;结合可再生能源资源特点及能源需求特点,合理确定新能源微电网供电区域,各种可再生能源开展配比,最大比例的利用可再生能源;科学设计各种可再生能源及徼电网利用技术方案,通过研发并利用系统集成、智能控制、先进储能及需求响应等技术,实现微电网系统的安全稳定运行;探索适合微电网之间的电量交换及结算关系,研究促进微电网开发利用的政策措施等。

 

一、编制规划的主要思路

 

1)抓住新能源的发展机会,面向长远(十二五、十三五),将微电网打造成为分布式新能源和大电网之间的桥梁。

 

2)充分发挥某县的新能源优势资源,多能互补、规模开发(建设乡镇级、村级两级微电网,促进分布式新能源的发展)

 

3)解放思想,拓展思路,打破新能源资源与电力负荷不匹配的制约,前期新能源自发自用、余量上网;后期建成新能源微电网基地,县里发电、北京市区使用。

 

4)深入研究新能源微电网的核心技术(10项核心技术)

 

5)深入调研,将目标与实际相结合,促进规划落地。15个乡镇,3个开发区,2个景区,规划了20个乡镇和开发区级微电网项目,带动建设403个村级微电网项目。与规划、土地、气象、水务、乡镇配合。

 

6)研究电网接入问题,消除瓶颈,乡镇级微电网与大电网的分界设于10kV/35kV的出口处(PCC)

 

7)研究新型的新能源微电网建设、运营模式。吸引投资,促进地方,经济发展,规划涉及投资20亿元,推动新能源建设。

 

8)大力发展绿色能源,改变能源结构,促进节能减排,雾霾治理。

 

二、规划目标、意义、特点及实施路径

 

本规划研究在对某县新能源资源禀赋,建设条件进行大量调研的基上,提出建设乡镇级、村级两级微电网和微电网群,促进某县新能源的推广应用,将微电网打造成为分布式新能源和大电网之间的一个桥梁。

 

规划的具体目标:建设一个独立、专用的分层分布式多级新钝源微电网:分为村级、乡镇级(含开发区,景区)两级,与上级电网的分界点在乡镇级微电网10kV/35kV的出口处(PCC)

 

规划意义:规划将进一步提升某县国家绿色能源示范县的地位,打造大规模新能源发电基地,实现本地100%绿色供电,并向北京城区大规模输出绿色电力,带动发展其新能源产业促进当地的经济发展;建设全新的两级微电网及微电网群,从技术上,机制上提高电网的新能源接入能力,促进可再生能源大比例的接入、消纳;多能互补,优化能源结构,提高北市可再生能源利用比例,提高能源的综合利用效率,减少碳排放量,促进雾霾治理;增加北京市自主电源的比例,提高北京的电网安全。

 

规划特点:规划全面系统的提出微电网实际推广应用过程中很重要的问题,如微电网的定位、边界、容量等;多级分布式智能微电网的技术独特,虚拟电厂技术概念新颖,能够大幅增加电网对新能源的接纳能力;电网建设运营体制机制有重大创新,对于解决新能源电网接入难题是一种十分有益的探索。

 

规划实施路径如下:

 

1)国家、北京市政府主管部门协调有关各方,在电力经营许可权、建设用地、绿电消纳、电价政策、前期补贴、建设融资方面给予大力支撑。

 

2)国家、北京市推动有关方面,建议组建“新能源微电网建设运营企业”给予独家授权,授予其在一定区域从事电力建设运营的牌照,使其能够全面调动社会力量,探索全新的市场化建设运营模式,勇于创新,先行先试争取在新能源微电网建设运营方面取得重大政策突破。

 

3)国家、北京市给子某县新能源微电网所需建设用地指标。

 

4)国家、北京市给予某县新能源微电网用电消纳支撑。

 

5)国家、北京市给予某县新能源微电网实施前期的专门的度电补贴,在国家有关新能源补贴政策的基础上,给予微电网专项补贴每度电0.5元。在新能源微电网规模化运营后,可减少直至取消补贴。

 

6)国家、北京市给予某县新能源微电网针对夏季高峰用电削峰的峰谷电价政策,以充分发挥光伏发电、燃气发电对于夏季高峰的调峰作用。

 

7)随着我国电价改革的推进,逐步完善分布式能源上网电价形成机制和政策,逐步建立新能源微电网项目销售电价体系。在我国政策和法律条件都许可的情况下.可逐步开展分布式能源与其他用户的售电交易。

 

8)采用“先试点,后推广“的方式推进新能源微电网发展,根据某县各乡镇地域特点、温度变化和负荷特性,可以首先选择各方面资源条件较好的地区开展试点,逐步理顺和解决新能源微电网发展过程中的矛盾和难题,然后再进行推广。

 

三、微电网的定位、边界、容量及典型模型分析

 

微电网的定位:微电网是接入分布式发电的配电子系统:它的本质是一个智能配电网;微电网应该是分布式发电与大电网之间的桥梁;微电网能够促进分布式发电高比例的接入上级电网,减少不稳定的可再生能源分布式发电对于电网的冲击,从而促进分布式发电,尤其是分布式光伏发电的快速发展。

 

总之,大电网的归大电网,电源的归电源,微电网是桥梁。让接不了的分布式发电能高比例接入,让不好用的垃圾电变得优质好用。让电力用户得实惠。

 

综合各方情况,现在国内微电网的边界拟定如下:电压等级在35kV及以下,含35kV 10kV400V:与大电网的分界在微电网变电站或开闭所出口;含内部变配电系统;含微电网监控、保护、计量、通信、能量管理系统;含调节用储能系统;可高比例接入(但不含)各种分布式发电系统可接入(但不含)储能电站;可保证微电网中负荷的安全稳定可靠供电,孤网时可保证重要负荷供电;可接入并管理可调节负荷。

 

微电网的容量:微电网的容量是指微电网中能够保证稳定供电的负荷的额定容量;容量范围从30kW50MW;容量范围涵盖大部分的分布式发电;微电网内部配置的调节用储能系统,与其容量相匹配;微电网所能够接入的分布式发电的能力,与其容量、储能配置相关,目标是高比例接入分布式光伏发电,应>25%.比如30% 50% 80% 100%;微电网通过能量管理系统,综合调控储能、分布式发电、可调节负载,实现微电网的安全、稳定、可靠,高效的运行。

 

由于微电网的多样性、不确定性,对于微电网的经济分析目前还是个难题。之前,有分析常把微电网和分布式发电放在一起,感觉微电网是在常规分布式发电的基础上增加了一块造价,这就造成了人们对于微电网投资成本高的一个误解。

 

本规划提出,微电网造价的比较参照物应该是大电网,尤其是大电网中的配电网,而不是分布式发电的电源本身。电源的还是电源.电网的要归电网。由于我国的电力市场不发达,电网的成本造价也不是很清晰。有资料表明,电网造价约为电源造价的1 - 1.5倍,此处的电网指包含输、变、配的完整的大电网,电源指传统的火电、水电等。

 

因此,作为主要是配合分布式新能源接入而建设的微电网,其成本造价与新能源电源造价相比较来分析,确定一个适当的比例,应是一个有意义的思路。

 

有必要确定一个微电网的典型模型,包括微电网内部的变配电、配套储能、控制系统、各项安装施工服务等,其衡量的主要指标是微电网的供电容量、成比例的新能源接入容量及储能配套容量。

 

由于微电网的复杂与多样性,必须提炼出一个典型的模型。下面就一个典型微电网模型进行详细分析。

 

模型的三个关键指标为:微电网供电容量250kW;分布式光伏接入容量为80%(光伏装机容量为200kW):储能系统为供电容量的20%(储能系统装机容量为50kW),储能元件为50kW*2H(铅酸电池)、或者*1H(锂电池、液流电池)

 

其他类似容量的微电网,可类推分析。不同的光伏接入比例、储能配置比例可继续研究分析。大型微电网可以此作为参照。根据模型分析结果,小型微电网(容量为250kW左右)的综合造价为5000/kW,即5/W

 

四、规划投资规模及效益分析

 

本规划涉及的新能源微电网项目在规划期内,计划建设1个县级微电网监控管理中心,建设20个乡镇级微电网(含开发区、景区),建设403个村级微电网(含自然村微电网、社区微电网),预计实现规划目标需总投资约20.6亿元。

 

本规划涉及的各乡镇级、村级新能源微电网项目总投资估算为20.6亿元人民币,建成覆盖延庆乡镇、开发区的多级分布式智能微电网群。促进延庆光伏、光热、风电、燃气热电联供、沼气发电等新能源的建设、发展,改善延庆电网的薄弱环节,提高电网对于新能源的接入和消纳能力,提高新能源利用比例。

 

具体新能源基地本身的规划、建设、投资,另行研究确定。

 

五、规划实施具体计划

 

本次延庆新能源微电网规划水平年为2016年。按照“统筹规划、合理布局、科学建设、分步实施”的原则,确定本区域新能源的开发建设规模。

 

根据各项目所在地的资源分布和前期工作情况、结合工程地质条件、交通运输条件以及接入电网条件等因素,按照“以资源定规划,以规划定项目,突出重点,兼顾平衡”的原则来确定新能源开发顺序。根据项目建设条件进行分析,延庆县”十二五”阶段规划新能源微电网的容量为323.68MW,其中风电为99MW、光伏为224. 6MW

 

近期年度新能源开发总计划为2013年,开发光伏农业项目31MW;2014年,重点开发光伏项目,集中在工业园区屋顶光伏项目和农业光伏结合项目,总容量34. 8MW,风电场开发总容量49. 5MW,重点开发官厅风电场;2015年,风电场开发总容量49. 5MW,重点开发黄峪口风电场项目,光伏发电开发158. 7MW

 

相关微电网储能系统与新能源建设同步进行.争取分期分批早日建成多级微电网群,取得电力市场改革的重大突破。规划其他目标在“十三五”期间实现。

 

六、关于筹建新能源微电网建设运营管理企业的具体建议

 

发起目的:在政府引导、支撑下,在有关各方的共同努力下,建立一个面向互联网时代的新型新能源微电网建设、运营、管理企业,引领微电网的发展方向,努力解决政策配套、规划设计、技术标准.融资渠道、建设施工组织、运营管理模式等问题,共同创造经济效益,探索可持续发展的道路,为微电网的快速发展做好各项准备。

 

作为落实和推进规划工作的一项重要组织措施。发起单位应是:88必发电子游戏(宏观引导);市发改委(可通过产业基金给与支撑);开发区管委会(以新能源产业基地孵化器为依托)及其他单位。

 

争取政策支撑,为国家出台相关政策做好示范和经验总结、反馈。比如争取下列政策支撑:①微电网专项补贴,按照微电网用户总用电量补贴,补贴标准拟为0.5/kW˙h,对于微电网中配置的储能系统可一并考虑补贴;②代发国家、地方政府的各种新能源发电补贴,按照微电网内接入的新能源的上网发电量计量、补贴,标准为现有政策规定;③承担部分配电网建设、改造任务,降低配电网建设成本;④准许在特定区域内进行电力经营,对微电网内的电力用户可实时互动,给予互动用电奖励。

 

社宏,北京北变微电网技术有限企业总经理,北京电工技术学会微电网专委会副主任,国内知名微电网专家。长期从事电力自动化、轨道交通自动化方面的研发、设计、工程项目实施、企业经营管理工作。在北变微电网企业,负责“北京市新能源产业基地智能微电网项目”(北京延庆八达岭开发区微电网项目)。在北京电工技术学会,受88必发电子游戏委托,作为主编,主持编制了《北京延庆新能源徼电网规划研究》。

 

微电网稳定控制技术

 

622日第九届中国电工装备创新与发展论坛上,北京北变微电网技术有限企业技术总监刘世民分享了微电网稳定控制技术。北极星电力网为网友整理内容如下:

 

微电网是将分布式发电、负荷、储能及控制系统结合,形成的具有自治运行能力的小型供电系统。微电网类型有两种,联网型微网和独立型微网。

 

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。

 

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。

 

微电网的稳定控制面临着诸多挑战,如:如何解决可再生能源电源的间歇性和不可控性、如何降低对公共电网的影响、如何实现无缝切换、孤网情况下如何保持功率平衡、继电保护如何适应并网孤网运行方式、经济运行问题、电能质量问题等。

 

公共电网稳定控制模式有:基于负荷预测的AGC/EMS/DMS正常运行发电侧控制模式;基于事故特征量的继电保护系统故障控制模式;基于负荷、储能和发电的综合动态平衡稳定控制模式;基于自适应网架参数变化的继电保护故障控制控制模式;基于快速隔离的与公共电网无缝切换的控制模式。

 

微电网规划设计:电压等级及接线形式确定;不同分布式发电容量配比;考虑负荷容量与功率型储能配比:不同类型及用户可靠性要求下的微电网储能容量配比。

 

三层微电网稳定控制体系的基础是构建独立的快速测控系统,实现毫秒级暂态稳定控制、秒级实时调度中央控制、分钟级能量管理及经济调度。

 

一层控制与防护:毫秒级暂态稳定控制;二层控制与防护:秒级实时调度中央控制;三层控制与防护:分钟级能量管理及经济调度。

 

一层控制与防护(ms)的作用是平抑系统暂态功率波动及故障。其中,稳定控制器利用储能平抑系统瞬间功率波动,保持系统动态功率平衡,补偿系统惯性。快速开关实现快速隔离,避免相互影响。快速保护实现故障快速隔离。

 

二层控制与防护(s)的作用是实现系统级实时功率平衡。全网全电量快速采集用于系统各电气回路电气量快速采集,保持数据同步性和决策快速性。中央控制器基于全网信息的实时调度,确定各电源、储能工作点。

 

三层控制与防护(min)的作用是实现系统优化及经济运行。微电网能量管理系统实现全局优化运行,满足系统安全要求;微电网经济运行是根据不同的优化目标,给出不同的优化控制运行策略。

 

微电网与公共电网的关系:柔性可控有源负荷,功率可双向流动、大小可控的等效负荷;控制问题,如何对公共电网现有运行方式及保护系统不造成影响。

 

微电网与公共电网协调控制:在PCC点设置网关接口柜,实现与公共电网的接口与协调控制。正常运行时,接受公共电网下达的将近功率曲线,实现PCC交换功率的可控。微电网故障时,PCC开关10ms内快速断开,不影响公共电网故障特征。

 

微电网的控制模式分为:孤网启动、并网启动、并转孤、孤转并、全网停运。

 

微电网并网转孤网的无缝切换:PCC开关10ms内快速断开;稳定控制器作为标准源,提供电压支撑;稳定控制器瞬补偿系统功率差额,维护系统功率平衡,各电源与稳定控制器并网运行;中央控制器调整电源、储能、负荷分配。

 

微电网孤网转并网的无缝切换:稳定控制器带动微电网与公共电网同期;PCC开关同期合闸,并网运行;中央控制器调整储能工作状态。

 

刘世民,北京北变微电网技术有限企业技术总监。2010年开始研究、推广微电网技术。作为主研人员研制了BBMG微电网系统,对微电网控制及能量管理系统具有深入研究。

 

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