微电网仿真
BJCCE SpaceR
案例介绍
为了正确测试和评估在微网和智能电网中使用的新物理设备，需要模拟和分析电网中各个元素之间的相互作用。目标是在保证功率质量和可靠性的前提下达到电力服务的高效和安全。
系统仿真微网核心组成部分，例如分布式功率源（DER），电力传输系统和智能设备等，连接到虚拟分布和传输电力系统，然后研究整体控制、保护和状态监测。仿真系统含有SVC、FACTS和HVDC、步长在50微秒以下的大型输电和配电网络。仿真DER设备如微型涡轮机、太阳能光伏阵列、风力发电机组、同步电机、燃料电池、往复式发动机等。系统在共同耦合点模拟电源逆变器和过滤器，并在电网的任何地方协调变频器的控制策略，以改善微电网的电压档，研究不同类型的微网单位对孤岛和非孤岛模式的影响。
SpaceR仿真系统配置
软件配置
●SpaceR
●Matlab/Simulink
●SpaceR模块库
硬件配置
●实时仿真目标机
●实时仿真接口箱
●模拟量输入功能卡
●模拟量输出功能卡
●数字量输入功能卡
●数字量输出功能卡
●待时间戳的数字输入及调理卡●待时间戳的数字输出及调理卡
附件1：新能源微电网技术条件 一、联网微电网 联网微电网是解决波动性可再生电力高比例接入配电网的有效方案。相对于不带储能的简单可再生能源分布式并网发电系统具有如下功能和优势： 1、通过微电网形式可以有效提高波动性可再生能源接入配电网的比例，功率渗透率（微电网额定装机功率与峰值负荷功率的比值）可以做到100%以上，此次申报项目原则上要求做到50%以上； 2、微电网具备很强的调节能力，能够与公共电网友好互动，平抑可再生能源波动性，消减电网峰谷差，替代或部分替代调峰电源，能接受和执行电网调度指令； 3、与公共电网联网运行时，并网点的交换功率和交换时段可控，且有利于微电网内电压和频率的控制； 4、在微电网自发自用电量效益高于从电网购电时，或在公共电网不允许“逆功率”情况下，可以有效提高自发自用电量的比例，避免损失可再生能源发电量，提高效益；当公共电网发生故障时，可以全部或部分孤岛运行，保障本地全部负荷或重要负荷的连续供电； 5、延缓公共电网改造，不增加甚至减少电网备用容量； 6、在电网末端可以提高供电可靠性率，改善供电电能质量，延缓电网（如海缆）改造扩容，节约电网改造投资；
7、与其它清洁能源（如CHP）和可再生能源不同利用形式结合，可以同时解决当地热水、供热、供冷和炊事用能问题。 主要技术条件 1、与公共配电网具有单一并网点，应能实现联网和孤岛2种运行模式，根据所在地区资源特点、负荷特性以及电网需求和架构，可以具备上节联网微电网的一种或多种功能。 2、微电网接入110kV公共配电网，并网点的交换功率应≤40MW，微电网接入35kV公共配电网，并网点的交换功率应≤20MW，微电网接入10kV公共配电网，并网点的交换功率应≤6MW，微电网接入400V公共配电网，并网点的交换功率应≤500kW； 3、储能装置的有效容量由所希望实现的功能、负荷的日分布特性、孤岛运行时间以及电网调峰需求决定，应根据实际情况设计； 4、在具备天然气资源的条件下，可应用天然气分布式能源系统，作为微电网快速调节电源，为消纳高比例、大规模可再生能源发电提供快速调节能力； 5、具有从发电到用电的智能能量管理系统，具有用户用能信息采集功能和远程通信接口； 6、微电网与公共配电网并网，应符合分布式发电接入电力系统的相关技术规定；微电网供电范围内的供电安全和电能质量亦应符合相关电力标准。
微电网仿真试验研究平台 微电网是由各类分布式发电系统、储能系统和负荷等组成的可控型微型电力网，为了满足负荷的不断增长和消除分布式能源接入的不利影响，而在传统配电网基础上发展而来的。目前微电网的研究工作也正处于迅速发展的时期，微电网仿真试验是微电网开展研究工作必备手段。 北京中电建投的微电网仿真试验研究平台，可以满足交直流混合微电网的关键设备检测、功能性验证试验、能量调度管理及控制策略研究，多个微电网之间的相互影响及调度控制技术研究。 北京中电建投的微电网研究试验移动平台，内置有试验设备、检测仪器、控制室，铁锂电池组，已经应用于中国电力科学研究院，移动式可以满足接入到各种现场实施研究试验，可以灵活接入已有分布式发电系统，有针对性开展微电网技术研究。 微电网仿真试验研究平台的主要作用与功能： 1.研究微电网相关技术与关键设备，满足微电网关键设备入网检测与功能性验证； 2.开展微电网规划研究、架构研究与配置研究，控制消除分布式发电系统对配电网的影响； 3.研究微电网相关控制技术与控制算法、交直流混合微电网多种控制策略研究； 4.研究交直流混合微网仿真运行，直流母线微电网与交流母线微电网并联/独立运行模式以及控制策略技术研究； 5.能量管理与调度控制的研究，微电网储能研究、风光储科学配比优化研究与高渗透率研究。 群菱生产并具备有以下产品的核心技术： 1.风力发电机模拟器：可以模拟双馈或直驱风力发电机组并网接入特性，满足控制策略研
究及功能验证 2.柴油发电机模拟器：工作时无需加柴油，无噪声，不排废气，是研究柴油发电机组接入 微电网的必备 3.电缆阻抗模拟装置：模拟各类电缆长度的阻抗特性，是研究新能源并网接入、继保控制 程序开发必配 4.短路故障模拟装置：可以模拟相相短路故障、相地短路故障，短路电流可选择 5.非线性负荷模拟装置：满足非线性负荷、谐波负荷、冲击负荷的模拟，加载时间与负荷 曲线可以预先设定 6.可编程交流负载：各种交流负荷模拟，共有21个标准产品RLC负载、RCD负载、RL 负载、RC负载可供选择, 负荷曲线及加载时间可以预先设置并自动运行 7.可编程直流负载：可以精确模拟直流负荷特性，负荷曲线及加载时间可以预先设置并自 动运行，直流负荷全工况模拟 8.谐波闪变测量阻抗模拟系统：提供符合IEC61000-3-3、IEC61000-3-11 、VDE4105 （30°、50°、70°、85°）标准要求的不同阻抗值 9.保护时间自动测量仪：应用于各种电气实验室，过欠压、过欠频、并离切换时间自动测 量，直接显示 10.微电网中央控制器：具备完善的微电网多目标优化控制、协议转换、数据采集、测量、 保护、控制与监视功能，是一款开放的控制器，可以通过软件手动配置实现任意添加于删除所要控制设备 11.微电网监控及能量调度管理系统：组态灵活，具有可维修性和可扩充性与稳定性，并网 /离网切换管理 12.其他具备技术优势产品服务：电池模拟器、光伏模拟器、电网模拟器、燃气机发电模拟
微网政策解析 一、微网认定标准 1、微型，一般在35kV及以下，系统容量（最大用电负荷）原则上不大于20MW。 2、清洁，电源以可再生能源为主50%以上，或天然气多联供系统综合能源利用效率在70%以上。 3、自治，微电网内部具有保障用电负荷与电气设备独立运行的控制系统，具备电力供需自我平衡运行和黑启动能力，独立运行时能保障重要负荷在一段时间内连续供电（不低于2小时）。微电网与外部电网的年交换电量一般不超过年用电量的50%。 4、友好，微电网与外部电网的交换功率和交换时段具有可控性，可与并入电网实现备用、调峰、需求侧响应等双向服务，满足用户用电质量要求，实现与并入电网的友好互动，用户的友好用能。 二、微网交易要求 1、与外部电网的电力交易 微电网运营主体负责按照市场规则参与电力市场交易，承担与外部电网交易电量的输配电费用。
2、微电网内部交易 鼓励微电网内建立购售双方自行协商的价格体系，构建冷、热、电多种能源市场交易机制。 3、备用容量费。 由微电网运营主体根据微电网自平衡情况自主申报备用容量，统一缴纳相应的备用容量费用。 4、售电业务 微电网内部源网荷可由不同投资主体建设，但须具有统一的运营主体，作为第二类售电公司，开展售电业务。 三、微网政策支持 1、微电网内部的新能源发电项目建成后按程序纳入可再生能源发展基金补贴范围，执行国家规定的可再生能源发电补贴政策。鼓励各地政府对微电网发展给予配套政策支持。 2、鼓励微电网项目单位通过发行企业债券、专项债券、项目收益债券、中期票据等方式直接融资，参照《配电网建设改造专项债券发行指引》（发改办财金【2015】2909号），享有绿色信贷支持。 3、省级能源管理部门应会同相关部门研究制定微电网所在地区需求侧管理政策，探索建立微电网可作为市场主体参与的可中断负荷调峰、电储能调峰、黑启动等服务补偿机制，鼓励微电
（河南开封供电公司，开封 475000） 摘 要：由于交直流混合微电网可以减少多重变换器运行所产生的损耗、谐波电流，同时能够提高系统的经济性、可靠性，所以现在已成为当今微电网的主要发展方向。笔者将从电压等级、接地方式、母线结构和网络拓扑等角度，探讨交直流混合微电网的规划设计，以供有意对交直流混合微电网进行深入研究的专家学者参考。 关键词：交直流混合微电网 规划设计 网络拓补 示范工程 前言 目前，社会在能源需求不断增加的同时，环境保护的概念越来越强烈。结合电网结构在发展过程中的一些问题，微电网作为一种新型模式不断发展起来。微电网从供电方式以及网架结构的角度进行分类，有交流微电网、直流微电网以及交直流混合微电网三种类型。交直流混合微电网是当前发展环境下最主流的一种。虽然其运用广泛，但是分布式电源并联接入时带来的谐振、谐波等问题还需得到进一步分析研究来解决。和交流微电网相比，直流微电网的优势主要在于不需考虑各DG之间的同步问题。因此，可以看出，直流微电网的优势主要体现在环流抑制上。另外，直流微电网的另一个优点是，它只需要在和主网连接的地方应用逆变器即可，使得系统成本包括相关损耗降低。 现在，智能电网正在以其可持续性以及对环境的改善作用，作为当今社会提供高质量的、可靠电能的建设理念，获得了人们的认可。其特点主要在于能够便捷地将不同的储能系统、交直流发电系统以及不同的交直流负载进行连接，从而使运行效率达到最大化。直流微电网以及交流微电网在这种背景下，则有明显的不足之处。因此，为了降低纯粹的交流、直流微电网在实际运用中的多种弊端，交直流混合微电网应运而生。 １ 交直流混合微电网的电压等级分类 １．１ 交流子微电网电压等级 目前，交流微电网并没有严格固定的电压等级相关标准。所以，分布式电源容量是目前部分微电网工程圈定电压等级的主要判断标准。主要有以下几点：如果电源的总容量在0.2MW及以下，那么并网电压就要处在0.4KV水平；如果电源的总容量是0.2MW到8MW之间，那么并网电压就要处在10KV水平；在并网电压处于35KV时，电源总容量是在8MW到30MW之间；当网电压就要处于110KV水平时，其电源总容量则需要在30MW及以上。 微电网还处理发展研究阶段， 6.6KV/200V，通过双向变流器可转 是我国使用的唯一单相电压有效值， ～400V则是直流母线的电压范围。目前，380V是得到了国际相关标准认可的电压。这项标准确定的根据来自美国数据中心的直流配电，而且进行了严密的可行性研究，符合我国居民直流供电系统。 ２ 交直流混合微电网的母线结构 交流微电网母线结构是由单母线、单母分段、双母线等多种接线方式完成的，与交流配电网的连接方式很相像。通常而言，直流微电网的母线结构不同于交流微电网的母线结构。直流微电网母线的结构包括单母线结构、双母线结构、双层式母线结构以及冗余式母线结构。 ２．１ 单母线结构 一般来说，单母线结构的直流微电网和现存的交流接线板等相关的转接设备都可兼容。假如给低压设备供电，如计算机，那么变流器的电压应力就会增大。考虑到这种情况，在进行输电时，应该对每个低压电子设备配置电源适配器。 ２．２ 双层式母线结构 双层式母线结构是利用分层设计的原理重新调整了单母线结构。一般来说，一级母线的电压比较高，二级母线的电压比较低。双层式母线结构主要是运用当住宅流入高直流电压等级的母线后，高直流电压通过变换器进行转化，从而转换为较低的电压等级。相比而言，这种双层式母线结构更加适用含有多种电压等级的电力设备。 ２．３ 双母线结构 实现与目前存在的转接设备的相互兼容，同时也能够完成较为复杂的电力输送工作，即完成较高程度的工作是具备双母线结构的直流微电网的重要特点之一。但是，这种结构存在着一定的缺点。在电源侧变流器具体运作时，主从母线之间电压关系需要通过均衡才能完成工作。所以，在具体设备如储能装置、连接电网与分布式电源的变流器拓扑和传统拓扑结构上，都有具体的不同之处。 ２．４ 冗余式的母线结构 通常情况下，冗余式的母线结构会运用在要求较高质量的电能的配电区，如飞机、船舶、数据中心等相应的供电系统。一般情况下，施工人员会采取通过使用两条母线的方法来确保供电的可靠性，其中一条是带电的，另一条则为备用的。当然，虽然这种方法提高了母线结构的可靠性，但同时也增加了相应的投资成本。 ３ 交直流混合微电网的接地方式 一般来说，系统的性能、相应的保护方案的配置都会 DOI:10.16107/https://www.doczj.com/doc/3518102856.html,ki.mmte.2016.0156
新能源微电网发展概要 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】
新能源微电网发展概要 新能源微电网的含义 随着可再生能源渗透率的日益提高，可再生能源存在并网难、消纳难、长距离传输能效低、损耗大、设备利用率低、系统增容投资边际效率差等挑战越来越大。传统能源电力行业的高度垄断技术构架体系、管理体系，不适应高渗透率的可再生能源及分布式能源的接入。 新能源微网利用了风、光、生物质、天然气等多种可再生能源，通过能量存储和优化配置实现本地能源生产与用能负荷基本平衡，通过冷、热、电等多能融合，实现可再生能源的充分消纳，构建智慧型能源综合利用局域网。新能源微电网利用互联网思维和手段，构建新型区域能源生态系统，提高可再生能源比重，转变能源结构，提高能源综合利用效率，提升大众参与程度，提升能源综合价值，转变经济增长方式，带动产业升级。新能源微网有并网、独立两种运行模式。联网型微网一般与配电网并网运行，互为支撑，实现能量的双向交换。对电网来说，可以作为可控负荷进行管理。外部电网故障时，可转为独立运行模式。通过先进的控制策略和控制手段，可保证新能源微网内高可靠的能源供给，可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能源与负荷间的功率平衡，并充分利用可再生能源，适合在海岛、边远地区等地为用户供能。 新能源微电网的基本理念 新能源微电网是在新理念下构建的综合能源系统。其基本理念如下： 一个多重融合：能源系统与信息系统的有机融合；分布式能源、可再生能源与大系统能源的融合等。两个提高：提高资产效率；提高能源生产效率。 三个平衡：源—源之间的协调平衡，即多种一次能源、二次能源、分布式能源及可再生能源等与大系统能源跨时空平衡；荷—荷之间的协调平衡，即可控负荷、随机负荷、热负荷、电负荷等的时空平衡；源 —网—荷之间基于负荷侧的协调平衡。 四个基本约束：可靠性保证的约束；经济性的约束；环境保护的约束；可持续发展的约束。 五个基本要素：源、网、荷、储、控。 六个关键指标：系统总效率指标；供能可靠性指标；新能源渗透率指标；能量、功率交换率指标；能量自给率指标；绿色环境指标。 七类关键技术：新能源的高效转换及发电技术；电力电子技术；信息技术及低成本的传感技术；大规模低成本高效率的储能技术；基于总能量理论的能量控制技术；新能源汽车的V2G技术；在大系统理论构架下的能源系统重构技术。 新能源微电网的基本要求 1）新能源微电网的功能定位 利用风、光、生物质、天然气等多种分布式能源，通过能量存储和优化配置实现本地能源生产与用能负荷基本平衡，通过冷、热、电等多能融合，实现可再生能源的充分消纳，构建智慧型能源综合利用局域网。创新管理体制和商业模式，整合各类政策，以新能源微电网为载体，参与当地电力体制改革，形成具有本地特色且易于复制的模式。
分布式发电和直流微电网 摘要本文围绕分布式发电和直流微电网两个中心，介绍了分布式发电和直流微电网的由来和特点，参考其他文献对直流微电网的系统结构进行了简要的分析，发现直流微电网在发展过程中存在的问题，并对二者的发展前景进行预测。 关键词分布式发电直流微电网发展状况结构 引言随着全球经济的快速发展，各行各业对电能的需求与日俱增，伴随电气领域符合需求的不断攀升以及化石燃料数量的减少，对新能源的开发和利用迫在眉睫。发展可再生能源一直是各国关注的重点问题，随着相关政策的出台，可再生能源的分布式发电建设正在进行，但在发展过程中还存在诸多问题亟待解决。 1分布式发电与微电网的关系 1.1 分布式发电的由来 传统的电网是经过发电、输电、配电三个主要环节，将电能从发电厂输送到用户的单向流动。现代电网为了提高经济效益，大力发展新能源，而新能源发电需要与传统发电并网运行，目前并网点一般是在配电环节，这是因为新能源发电与传统发电之间存在着发电容量和电压等级的差异。要顺利实现配电环节的并网，必须要改变配电网的运行方式，将电源嵌入配电网中去，这就是分布式发电的含义。 1.2 微电网的由来 由于现代电力需求和资源的分布比较分散，使得分布式发电的建设也具备
了灵活分散的特点，分布式发电这一举措充分利用现有的电网设施，大大减少了电网升级建设的成本，但分布式发电受到诸多客观原因如成本高、不确定性强等影响，发电效能无法充分发挥出来，对新能源的利用发展产生不良影响，为了解决这一难题，提出了微电网的概念。微电网将分布式电源、储能、负荷及电力电子装置有机结合，形成自愈性强的可控发用电系统。与主网不同，微电网独立形成一个具备高可控性的模块单元，在大电网的总体结构中，起着电力补充的作用．当大电网出现故障时，为电网重要负载提供可靠的高质量电能。 1.3 直流微电网的优势 相比于传统交流电网，直流微电网在新能源利用和负荷承载方面拥有明显的优势，首先直流微电网是在大电网的总体结构中，起着电力补充的作用，以新能源发电电能为主体进行有效补充，直流所发的电能如果要并入交流配电网，就必须经过升压和逆变两个过程。若直接接入直流微电网则会方便得多，大大节省了逆变环节的资源消耗。 近年来，直流家电逐渐进入我国家电市场，可预见直流家电所占的市场份额将会越来越大。直流微电网建设不但可以有效降低家用电器的耗能，而且能够减少所有整流环节的成本。 此外线路成本低、输电能力强，直流微电网具有更高的转化效率，在电网的整体运行中，直流微电网也不需要专门对其电压的相位和频率进行跟踪，大大提高系统的可控性和可靠性，同时符合节能要求。 2直流微电网系统结构 在国内电气领域中，对微电网的边界拟定有明确的要求: 电压等级在35kV 及以下，包含35kV、20kV、10kV和400V四种。直流微电网系统结构简图如图1所示。
新能源光伏1050kW光储微电网 项目方案 某某新能源科技有限公司 20XX年7月25日
一.项目方案概述 项目利用某某新能源工厂，可建设一座由800kW光伏发电、250kW的500kWh锂电池储能系统和工厂负荷组成的综合能源供电系统，本系统将多种分布式发电系统、储能装置、能量变换装置与负荷组合在一起，作为一种配电子系统，通过公共连接点并入到400V低压侧交流母线，再通过10kV升压变压器接入电网。微电网自身即为可控的电力系统单元，可 以为作为智能负载，满足电力系统控制要求，减少馈线损耗；也可以进行削峰填谷和功率平滑，并对用户的特殊需求进行响应；在电网故障时，也可以进入孤岛运行，从而极大的提高了供电可靠性和稳定性。 光伏发电系统采用高效单晶组件，安装位于厂房屋顶，采用分布式发电，集中并网；储 能系统采用高效锂电池储能系统，安放于集装箱内；通过EMS能源管理系统，将整个系统 建设成与智能用电发展定位相匹配，具有信息化、自动化、互动化特征的可靠、自愈、灵活、经济、兼容、高效、集成的智能微网系统。 本系统按照4个子系统进行设计，包括： 1、光伏发电子系统（光伏组件、光伏逆变器）； 2、储能子系统（储能单元、储能变流器）； 3、智能配电子系统（智能配电柜）； 4、能源管理系统（EMS能源管理、通讯柜）。 图1-1 光储微网综合供电系统结构示意图
二.供电指标 光伏装机容量：800kW 储能系统容量：功率额定输出250kW，最大储能500kWh 发电类型：光伏发电+锂电池储能 供电电压：10kV/50Hz （0.4kV/50Hz） 电能质量：THD＜3% 系统工作模式：并网+离网 三.设计方案 3.1整体方案概述 本项目主要由光伏发电子系统、储能子系统、智能配电子系统和EMS能源管理系统构成，所发电能主要供纳新工厂使用，采用自发自用，余电上网模式。本系统与电网采用单公 共连接点方式，所有系统组成10kV交流微网的综合能源供电系统，整个供电系统主要有以 下2种运行方式： 并网运行模式—微网系统与市电网的公共连接点开关闭合，系统内的负载（纳新工厂）可由光伏、储能、电网共同供电，可以实时根据需求调节储能系统的输出功率，也可以控制 系统从电网吸纳的电能量。 离网运行模式—市电网失电，微网系统与电网的公共连接点断开，此时储能系统黑启动运行，带动储能系统和光伏系统向负载供电。新能源微网供电系统的结构示意图如下： 图3-1 新能源微网系统结构图
智能微电网实验平台建设 未来能源革命成功与否的关键在于分布式能源生产管理技术和一体化能源存储解决方案。微电网系统中，光伏发电和风力发电的是目前应用较为广泛的清洁能源，智能型微电网是近年来的研究热点，目前，北美、日本和欧洲等国家已经在加快进行微电网的研究和建设，我国微电网相关的研究和实验系统建设多局限于理论研究和数字仿真，因此建设智能微电网实验平台将至关重要。 1、微电网实验平台建设现状 在不改变现有配电网结构下，对了减小间歇性分布式发电系统给传统大电网带来的冲击，美国CERTS组织最先提出微电网概念。微电网是把规模较小的分散独立系统，如燃气轮机、光伏发电、风力发电、电池、电力电子设备等并在一起直接与用户相连，大大减少了输电损耗和费用，保证了本地电压稳定和用电不间断，与大电网并联运行时，可以看作电网的可控单元，当大电网断电，也可以独立运行保证本地用户用电，提高了供电可靠性。 在微电网系统实验室建设方面，各发达国家已经完成很多项目建设。最早CERTS组织2001年在威斯康星大学建立了系统容量为200KW，电压等级280V/480V的微电网系统。 在智能微电网平台建设领域，相对国外实验室或示范工程，我国的差距较为明显，一是规模非常有限，如杭州电子科技大学微电网系统主要能供应两栋教学楼；二是缺乏实际应用，缺失针对某地区用户的实际运用。2015年7月，国务院批复同意设立《河北省张家口可在生能源示范区发展规划》，同意设立张家口可再生能源示范区，根据规划，到2020年，张家口示范区55%的电力消费来自可再生能源。这预示着我国正在逐步弥补与国外在微电网规模和应用上的差距。 2建设的必要性 2008年初的冰雪天气导致我国发生大面积停电，暴露了我国现有网架结构在供电可靠性上的缺陷，微电网以其灵活的接入方式，能够保证恶劣天气下的供电，可以作为现有骨干电网的必要补充，反观微电网技术从提出到现在的近15年里，我国在该技术上的突破仍然欠缺，尚处于起步阶段，如果需要大规模应用，还有很多技术难题有待解决，如电能质量问题、储能容量优化问题等。 随着新的电改方案逐步落实，国内智能型微电网建设逐步开展，我国在“十二五”期间微电网的市场规模随智能电网的建设，年均增长率在8%左右。2015年能源局发布《关于推进新能源微电网示范项目建设的指导意见》进一步提出了加快推进新能源微电网示范工程建设的机制。 因此，建立智能型微电网系统实验平台是微电网技术入科研和新能源发电专业学生实验教学的有效方法。 3、微电网试验平台建设 北京群菱专注于智能微电网实验平台的建设，针对微电网建设的难题，推出多个微电网实验平台： 1、微电网仿真试验研究平台—满足交直流混合微电网、关键设备检测、功能验证，有针对性开展微电网技术研究；
电气工程系毕业设计 开题报告 课题名称：微电网建模及其仿真 姓名： 班级： 学号： 指导老师： 年月日 微电网建模及其仿真 课题开题报告
1．课题来源 微电网的应用可就地将新型微电源和负荷结合起来进行协调控制和运行，有效缓解各种分布式电源直接接入电网的影响，并提供了环保、安全、高效、可靠的电能供应。 微电网的优点主要包括能够充分利用了分布式电源的分散性、位置灵活的优点，能够提供冷热电联产，充分挖掘了分布式电源的效率。微电网具有即插即用的特点。微电网可以作为一个可定制的电源，以满足用户多样化的需求，例如，降低网络损耗，增强局部供电可靠性，通过利用废热提高能源利用效率，支持当地电压，提供电压下陷的校正，或作为不可中断电源等。微电网能够孤网运行，它在特殊情况下能与大电网互为备用，极大地提高了电网的安全可靠性问题。微电网运行具有较强的经济效益。从用户来看极大地提高了能源利用效率使用冷热电联产，能源热效率能从提高到左右从投资者的角度来说微电网更环保、投资成本和运行成本更低，更能适应终端用户能源需求变化。 2．国内外的研究现状 （一）国内外微电网的发展 目前国内在微电网应用方面应用最为广泛、前景最为明朗的，应该首推冷热电三联产技术。因为对于中国大部分地区的住宅、商业大楼、医院、公用建筑、工厂来说，都存在供电和供暖或制冷需求，很多都配有发电设备，这些都是冷热电三联产的多目标分布式供能系统的广阔市场。 提高能源利用效率、开发新能源、加强可再生能源的利用，是解决中国经济和社会快速发展过程中日益凸显的能源需求增长与能源紧缺、能源利用与环境保护之间的矛盾的必然选择。采用微电网技术有助于充分利用各地丰富的清洁和可再生能源，向用户提供“绿色电力”，是实现“节能减排”目标的重要举措。《国家中长期科学与技术发展规划纲要一年》中明确提出要大力开展“可再生能源低成本规模化开发利用”以及“间歇式电源并网及输配技术”开展微电网研究符合国家的需求，虽然目前国内对微电网的研究基本还处于起步阶段，但微电网的特点适应中国电力发展的需求与方向，在中国具有广阔的前景。 目前国家多所高校和科研院所已对微电网展开了相关研究，己在微电网的控制策略、储能技术、电力电子技术等方面取得了不错的进展。其中中国科学院电工研究所承担的“计划”、南方电网公司和天津大学等单位承担的“计划”、杭州电子科技大学和合肥工业大学等单位建立的小型微电网实验研究系统等都为微电网技术的发展提供了系统的理论研究和工程实践验证。为微电网的研究积累了经验。 美国最早提出了微电网概念〔，近年来，其微电网研究已取得了较大的进展，多项示范工程己经建立。其研究的重点主要集中在提高重要负荷的供电可靠性、满足用户定制的多种电能质量要求、实现智能化和降低成本等方面。美国电气技术可靠性解决方案联合会首次对微电网在经济性、可靠性及其对环境的影响等方面进行了分析研究。其提出了较为完整的微电网概念。所提出的微电网主要考虑了当微电网和主网因为故障突然解列时，微电网能够自动解列转入孤岛运行，并维持对自身内部负荷的电能供应，直到故障排除。的微电网设计理念是单点并网不上网、不采用快速电气控制、提供多样化的供电可靠性与电能质量、可以无缝
微电网标准体系建设 微电网在全国范围发展迅速，亟需标准化工作给予技术支撑和规范。微电网改变了电力系统在中低压层面的结构和运行方式。与微电网的电网运营企业和设备供应商们熟悉的传统原则受到挑战。迫切需要国家层面的标准化工作支撑，很多时候我们一些供电原则、保护原则等受到挑战，迫切需要从国家层面标准化工作的支撑，必须要有国标才方便管理层面，甚至政府、法院认可的程度。 微电网的标准体系急需统一的规划和顶层设计，微电网和分布式电源并网涉及发电、电网、用户等多个领域，系统复杂性突出。需要将微电网作为一个相对独立单元，对相关技术领域开展系统分析。对不同应用场景下微电网、分布式电源功能进行定位和系统边界区分。从系统的角度辨识标准缺失和可能出现的重复甚至矛盾的地方，识别亟需制定的标准，制定微电网标准化路线图和标准体系。这是我们标委会在做的工作。 目前定的标准，包括微网建模及仿真、微网并网、微源接入微网、微网规划设计、微网运行特性测试、微网调试及验收、微网运行维护、微网内发电侧管理、微网内需求侧管理、微网内储能管理、微网保护、微网信息与通讯、微网监控系统功能、微网黑启动、微网运行评价。在标准领域都有很多工作急需要做，没有这些标准支撑很难形成大规模网站化推广。 针对微电网建设的难题，北京群菱专注于微电网研究试验平台的开发，推出多个微电网实验平台： 1.微电网仿真试验研究平台 2.微电网监控及能量调度管理系统 3.微电网电缆阻抗模拟系统 4.多源互补智能微电网供电系统 5.开放式交直流电力电子研究与试验平台
以上平台均为群菱能源专业设计制造，详细技术方案请联系群菱获取。试验平台可以满足交直流混合微电网的关键设备检测、功能性验证试验、能量调度管理及控制策略研究、微电网之间的相互影响及调度控制技术研究、微电网储能研究以及风光储科学配比优化研究与高渗透率研究。 群菱能源微电网仿真实验室成功案例：中国电科院“先进配电自动化与配电网优化控制联合实验室”、“电力需求侧管理和智能用电仿真实验室”,中科院电工研究所“多能互补发电系统运行和保护性能测试系统”,国网智能电网研究院“交/直流电网物理仿真试验平台”,河南电科院“智能配电网新能源接入研究平台”,浙江工业大学“智能微电网试验、测试与储能系统”,南昌大学“微电网仿真模拟试验平台”等数十家科研院所，为我国微电网标准体系建设贡献出一份力量。 标准化工作的现状以及展望，中国在IEC先后发起成立adhocG53微电网特别工作组和IECSEG6微电网系统评估组，这个组的使命去年年底已经完成了，制定IEC在微电网领域的战略规划。目前微网标准的现国家标准层面，微电网领域6项，行业标准微电网领域4项。微电网标准体系的研究和编制，内容涵盖微电网的规划设计、调试验收、并网测试、运行控制等内容。
微电网的重要性 进入21世纪，随着石油、煤等不可再生能源的枯竭，人类进入大规模开发利用新能源的关键期。可再生能源发电成为新能源利用的重要途径，然而随着越来越多的分布式发电接入配电网，传统配电网的结构将发生变化。分布式发电大量采用现代电子技术，同时也产生大量影响电能质量的谐波，会威胁配电网的安全运行，给新能源的利用造成了阻碍。微电网概念的提出为新能源的利用提供了新的思路。微电网能够充分发挥新能源的特点，是未来人类能源与环境的钥匙，可以预见，围绕新能源的利用，微电网的建设在21世纪会出现高速的发展期。本文以微电网为核心技术，围绕光伏发电，对微电网的运行，控制技术和光伏发电技术进行了研究。 本文对微电网系统控制和运行、光伏发电系统的控制等方面进行研究，详细 的介绍了微电网运行的控制思想和光伏逆变电源的控制策略。本文在对介绍的控制策略进行仿真的基础上，搭建了一套实验样机。论文的主要工作如下： （1）阐述了微电网的发展历程以及建立微电网的必要性和可行性，介绍了光 伏发电的基本方法，研究了控制光伏电池最大功率输出的最大功率点跟踪算法。（2）设计了一个无逆流微电网系统，主要控制包括微网控制器、负载控制器 和光伏逆变控制器，此微电网系统主要是基于光伏发电。微网控制策略主要作用是控制微电网并网运行和孤网运行，同时控制光伏发电的最大功率输出和指定功率输出，指定功率输出的主要目的是使光伏发电的电功率不向大电网输出，避免给大电网的正常运行带来威胁。 （3）分析了三相逆变电路的拓扑结构，改进了传统的光伏逆变系统，不仅可 以进行最大功率跟踪并输出最大有功功率，还可以通过微网控制器输出指定的有功功率和无功功率。应用MATLAB仿真软件对三相逆变系统进行仿真，分析逆变系统的总体性能，验证设计思想的可行性。 （4）对上面的设计模型进行实物设计，搭建了一套满足项目要求的实验样机，系统主要采用TI公司的TMS320F28335 DSP作为控制核心，给出各主要模块的软件设计流程图。
第1章 微电网动态运行特性仿真分析 1.1 微电网系统仿真模型 本章在PSCAD/EMTDC 中建立了微电网模型。其中，大电网用25 MV A 的电压源代表，变压器变比为10.5 kV/0.38 kV 。微电网共带有4个微电源，包括2台燃气轮机，1座光伏电池组和1台异步风力发电机。仿真模型错误！未找到引用源。-错误！ 未找到引用源。 如图 1-1所示： MT1 e1r MT2 e1r PV e1r WD e1r Power A B P Q BRK1 Pmt1Qmt1 38[kW] 18 [kVAR] Power A B P Q Ppv Qpv BRK4 10[kW] Power A B P Q Pmt2Qmt2 BRK3 30[kW] 13 [kVAR] Power A B P Q Pwd Qwd BRK2 20[kW] P o w e r A B P Q Pload Qload BRK5 14[kW] 3 [kVAR] 燃气轮机1，70kW 风力发电机，20kW 燃气轮机2，60kW 光伏电池组，16kW Vrms f ph Freq/Phase Measurement f V_pu BRK0 P o w e r A B P Q Pgrid Qgrid #1 #2 BRK8 BRK7 BRK6 图 1-1 微电网系统仿真模型 馈线1：额定容量为70 kW 的燃气轮机一台，阻性负荷为38 kW ，感性负荷为18 kV AR 。联网时使用P/Q 控制，Pref 为40 kW ，Qref 为25 kV AR 。孤岛模式下采用U /f 控制。在下文中称为微型燃气轮机1。 馈线2：额定容量为20 kW 的异步风机一台，阻性负荷为20 kW ，带7.32 kV AR 的电容做无功补偿。 馈线3：额定容量为60 kW 的燃气轮机一台，阻性负荷为30 kW ，感性负荷13 kV AR 。联网和孤岛模式下均采用P/Q 控制，Pref=30 kW ，Qref=15 kV AR 。在下文中称为微型燃气轮机2。 馈线4：额定容量为16 kW 的光伏电池组一座，阻性负荷为10 kW 。联网和孤岛模式下均采用P/Q 控制，Pref 随着光照强度变化而改变，Qref 设置为0。 馈线5：一般负荷，阻性负荷为14 kW ，感性负荷为3 kV AR 。
分布式直流微电网分级控制技术研究 摘要：随着人类对能源需求的不断增加，太阳能和风能作为清洁无污染、储存 丰富的新能源，得到国际社会和专家的广泛关注，但由于分布式电源(如风能和太阳能)受外界环境影响较大，风速、温度和光照的变化都会影响分布式电源的输出 特性。随着风能和太阳能系统规模变得越来越复杂，外界环境的变化对分布式电 源输出功率稳定性也越来越高，此时仅靠分布式电源不能维持系统安全运行。鉴 于此，本文对分布式直流微电网分级控制技术进行分析，以供参考。 关键词：分布式；直流微电网；分级控制；技术 引言 通过对分布式直流微电网分级控制技术的分析与研究，不仅实现了对基本的 微电流网局限性的改善，而且也为控制技术的不断改进提供了借鉴。此外，对不 同的分级控制技术的研究，还需要结合实际的影响因素。 1分布式直流微电网分级控制方案分析 据有关调查显示，我国大多数现存的微小型发配电系统中微电网技术的使用 率是较高的，而对其进行有效地分析，则体现了对微电网技术的实际应用和技术 发展的重视。展开对分布式直流微电网分级控制的研究，需要从控制方案入手， 结合实际的控制技术，实现分析和改进。 在对分布式直流微电网分级控制技术进行研究之前，首先需要对其内容和技 术控制过程等进行大致的了解和分析。一般分布式直流微电网分级控制技术主要 包括3种技术手段和1个通信系统应用。其中，3种技术手段指的是主级控制技术、次级控制技术以及第三级控制技术。1个通信系统应用则根据通信控制和存 在方式的不同而分为分散式、集中式以及分布式。在实践中，对分布式直流微电 网分级控制技术进行分析，需要在充分掌握微电网技术应用方案的基础上展开技 术研究和技术创新，从而达到事半功倍的效果。 2直流微电网拓扑 直流微电网模型如图1所示，由并网VSC、光伏发电单元、储能单元以及负 载构成。本文的研究中，直流微电网具有以下特点：1)并网VSC交流侧三相对称，为系统主电源，控制直流母线电压；2)光伏发电单元工作在MPPT模式，在暂态 时间尺度内，可以等效为功率为负的恒功率负载；3)储能单元恒流充放电，充电 时可等效为恒电流负载(CCL)；4)直流负载包含恒阻抗负载和恒功率负载(CPL)；5) 由于线路较短，忽略线路阻抗。基于上述分析，图1所示的系统可以简化为由并 网VSC，直流侧电容，恒电流负载，恒功率负载以及恒阻抗负载组成的简化模型，如图2所示。 3次级控制技术 首先，在分散式控制上主要是改变下垂控制的性能带来的限制，在达到主要 控制线路传输效果的基础上完成直流微电网的传输工作。分散式控制方法的应用 使得整体的分布式直流微电网在负载分配上更加均衡和具有关联性，也使得输出 电压可以控制在合理范围内，并有效改善电压偏差大的情况，最终优化系统的性能。 最后，对分布式控制的研究则是通过将分散式控制与集中式控制相结合的方法，在保障合理通信的基础上，实现对控制技术的性能改善。分布式主要的优点 如图3所示。
基于MATLAB的微电网仿真平台与负荷特性数据库的接口 设计 颜艳丽１，李欣然１，李强２，李小菊１，徐长鸿１ （1．湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙 410082；2．宜宾电业局，四川宜宾644000) 摘要：本文的微电网仿真平台和数据库分别采用MA TLAB/Simulink和SQL Server进行开发研制，使用MA TLAB M语言编程技术和ODBC(开放式数据库的连接)实现微电网仿真平台与负荷特性数据库之间的通信。以含燃料电池的微电网仿真平台的负荷特性数据存储在数据库为例，验证了本文设计的微电网仿真平台与负荷特性数据库之间通信接口的正确性与实用性。本文建立的微电网负荷特性数据库，能够方便地对微电网仿真数据进行各种查询和调用，便于从一个整体、长期的范围来对负荷特性进行比较、分析、综合和应用。为研究考虑分布式电源接入配网后对电网综合负荷特性的影响及其建模提供后台服务器和数据基础。 关键词：微电网；仿真建模平台；负荷特性；数据库访问技术 0 引言 微电网是将分布式电源纳入中低压配电网以解决未来能源问题及利用新能源、绿色能源的重要途径[1,2]。世界上很多国家都参与到微电网的研究和开发中，关于微电网的理论和实验研究已经取得了一定成果。由于微电网系统的复杂性和实际条件的限制无法获取实测微电网的数据，因此无论是研究其与大电网相互作用的机理，还是研究在各种扰动下的复杂动态行为，都需要有效的仿真手段，仿真实验能够节约成本，具有很强的可操作性。负荷特性对于研究考虑分布式电源接入配网后对电网综合负荷特性的影响及其建模至关重要，因此必须要建立负荷特性数据库。 目前常用的微电网仿真工具有MATLAB/Simulink，PSCAD/EMTDC，RTDS等[3]，本文使用MATLAB/Simulink作为微电网仿真的工具，而使用仿真工具的得到的微电网负荷特性数据比较多，需要一个存储容量大、建立和维护数据十分方便的数据库，而SQL Server能满足要求[4]。本文对MATLAB与SQL Server之间如 基金项目：国家自然科学基金项目（50977023）；湖南省自然科学基金重点资助项目(10JJ2043)何实现通信（如数据交换、查询、删除等）进行了研究，设计了两者之间的通信接口。本文建立的负荷特性数据库，能够很方便地对微电网仿真数据进行各种查询和调用，便于从一个整体、长期的范围来对负荷特性进行比较、分析、综合和应用。为研究考虑分布式电源接入配网后对电网综合负荷特性的影响及其建模提供后台服务器和数据基础。 1 负荷特性数据库设计原则 从微电网建模平台对数据库的要求而言，该负荷特性数据库必须安全可靠并且易于使用，要求提供大容量的数据仓库，支持大容量的数据调用且迅速；不同类型的微电网数据必须规定相应的数据格式模版；应当具有各类数据的自动引导入库功能；必须能够对各类数据方便地查询和删除；各数据模块均应能够方便地实现与微电网仿真建模平台的通信。 鉴于此，该仿真平台和数据库分别是用MATLAB/Simulink和SQL Server来进行开发研制的。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。SQL Server具有使用方便、易于安装、可伸缩性好、可靠性高与相关软件集成度高等优点，这种关系型数据库管理系统能够满足独立软件构建应用程序的需要。 2 MATLAB访问数据库技术——ODBC(开放式数据库的连接) ODBC(Open Database Connectivity)，即开放数据库的连接，是客户应用程序访问关系数据库的统一接口，提供了一组对数据库访问的统一的API(应用程序编程接口)[5]。这种接口提供了独立于任何的数据库管理系统编写应用程序的能力。
微网数字物理混合仿真实验室 需求 客户想要建立一个微网仿真实验室，希望有一个微网的实时仿真器，能够实时地仿真微网孤岛运行和与主网并网时的运行情况。整个系统还要兼顾虚实结合，把实验室建设前期已经搭建好的光伏发电与风电系统的实际硬件接入到仿真系统中，构成一个物理数字混合仿真平台。同时，还希望整个平台有很好的开放性和拓展性，既能帮助进行新能源微网的科研项目，又能够完成学生实验教学的任务，方便后期实验室进行升级和再建。 微网系统拓扑组成与功能 为了满足客户对包含新能源微电网的科研需求，远宽能源搭建了如下图所示的微网拓扑。 此微网系统中含有风力发电、光伏发电等分布式可再生能源；也有钒液流(VRB)电池储能系统——
在和主电网并网运行时储存能量，在微网孤岛运行时的提供功率支撑；还包括了不同类型的负荷，如普通的居民负荷，以及电动汽车充电负荷等。 在微网系统运行起来后，初始状态是并网运行的。用户可以将储能、光伏、风机等依次使能，对应地观察各个系统的行为，比如光伏发电系统的最大功率追踪以及风机通过调节系统转速如何实现最大风功率追踪等。 把微网切换到孤岛运行的模式，可以看到在储能系统的功率支援下，微网系统在孤岛运行时如何保持频率和电压的稳定。当储能系统控制器把微网的频率稳定到50Hz附近后，还可以使用系统主动同步的功能，使得微网和主电网的相位同步，以最小的系统冲击重新并网。 基于StarSim和PXI的实时仿真方案 项目选用StarSim+PXI作为微网系统实时仿真的平台，同时利用采集板卡将实际光伏发电与风电系统的电压电流信号采集并输入到微网仿真系统中。整体的结构如下图所示：
未来建筑新蓝图直流微电网系统 随着配电系统的发展，直流微电网比交流微电网更具优势，更能适应绿色、高效、可持续性的要求，在未来建筑能源系统的发展中有巨大的潜力。然而，目前在建筑中大规模引入直流系统仍然有较大挑战，直流配电节能效果究竟如何也难以评估，其影响因素有很多，比如建筑类型，可再生能源及储能技术的应用，电源转换组件的数量和效率，线路长度及其损耗，整个电力系统的配置等等。目前，一些国家已经纷纷开展了直流配电网的研究，提出了各自的直流配电网概念和发展目标。美国相对较早开始了直流配电网的研究。2015年2月，美国节能联盟(Allianceto Save Energy)发起了SEI(SystemsEfficiency Initiative)研究计划，致力于提高美国建筑系统能效，推动建筑节能的商业性发展。 2017年，美国节能联盟发布了“Going Beyond Zero: A SystemsEfficiency Blueprint for Building Energy Optimization and Resilience”报告。该报告对美国建筑能效技术和政策背景进行了调研，总结了美国建筑能源优化和弹性电网方面的调研结果，并提出相应的一系列建议推动节能项目发展。本文节选报告中直流微电网相关内容进行介绍。 发现1：直流配电在美国国家能源政策、能源计划和项目实践中存在亟待填补的空白 目前，直流配电系统研发和部署工作尚未列入美国国家能源政策或计划之中。直流建筑系统涉及事项跨度广阔，各利益相关方比如政府，科研人士以及私营企业都有机会从中获益。美国能源部联邦能源管理计划(FEMP)已经确定了58个光伏项目，总计超过325兆瓦的发电容量。针对这一问题，报告给出如下建议：建议1.1：能源部建筑技术办公室(BTO)应做到： 对现有规模的直流供电建筑进行持续评估，包括节能性，可靠性，弹性和经济性; 对目前进行中的建筑直流配电或终端设备示范项目进行展示 与行业或消费者合作，根据已有评估和示范项目，明确推广直流配电的技术、制度和市场障碍