分布式发电与微电网论文教程文件.doc

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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。分布式发电与微电网论文-超导磁储能与微电网控制保护课程名称：分布式发电与微电网完成人姓名及学号：完成时间：2013年11月14日声明此报告是在分布式发电与微电网课程结束后，出于自己的兴趣，搜集相关资料和信息整理而来，整理过程即是学习过程。本人也是初学超导磁储能相关的技术，对微电网的一些问题理解不深，发表了错误的观点，还望老师及同学予以纠正。报告作者（签名）：2013年11月14日-摘要微电网中分布式电源具有多样性,分布式电源输出功率也存在间歇性、波动性,微网中的多种电力电子器件控制复杂等等因素使得微网供

2、电质量受到很大的影响,并成为限制其并网的关键因素储能作为一种能量缓冲环节,能够有效的改善微电网的电能质量,提高电网的稳定性和可靠性,在微电网中起着至关重要的作用。本文针对储能技术在微电网中应用，两者间的相互作用的课题，选取超导磁储能技术作为一方面，进行了相关研究。本文先是分析超导磁储能技术的发展及国内外研究现状，综述了国内一些学者对超导磁储能技术与微电网相互作用的研究后，提出了一些超导磁储能技术及未来接纳多种分布式电源的电网的保护等方面的展望。关键词：超导磁储能技术分布式电源微电网继电保护AbstractDistributedgenerationinmicrogridhasdiversity,

3、distributedpowersupplyoutputpowerisintermittent,volatility,micropowerelectronicdevicecontrolnetworkofcomplexfactorsmakesthemicrogridpowerqualityaregreatlyaffected,andbecomethekeyfactorlimitingthegridenergystorageasanenergybufferlink,caneffectivelyimprovethemicrogridpowerquality,improvethestabilityan

4、dreliabilityofthegrid,playsacrucialroleinthemicrogrid.Inthispaper,theapplicationofenergystoragetechnologyinmicrogrid,theinteractionbetweenthetopicselection,superconductingmagneticenergystoragetechnologyasthehand,fortherelatedresearch.Inthispaper,firstthedevelopmentandthecurrentresearchathomeandabroa

5、dofthesuperconductingmagneticenergystoragetechnology,summarizesthedomesticsomescholarstothesuperconductingmagneticenergystoragetechnologyandresearchofmicrogridinteraction,putsforwardtheprotectionandotheraspectsoftechnologyandthefuturepowergridusingvariousdistributedpowerofsomeofthesuperconductingmag

6、neticenergystorage.Keywords:SuperconductingmagneticenergystoragetechnologyDistributedpowersupplyMicrogridRelayprotection目录摘要3Abstract41.绪论61.1学习背景及意义61.2国内外研究现状71.3论文安排102.超导磁储能原理102.1储能工作原理103.超导磁储能应用于微电网的展望123.1可能需武器系统维护安全123.2继电保护控制算法会更加精确12致谢14参考文献151.绪论1.1学习背景及意义随着电力系统的发展，很多电力电子器件、电动机等设备接入电网，对电

7、能质量干扰不断增加，而客户对电力系统供电质量的要求却是越来越高。储能技术能够有效地改善电力系统的稳定性，提高供电质量，一直备受重视。储能加入微电网中,能够提高电网运行的安全性、经济性、灵活性,具体来说主要有:1提高电网供电可靠性储能技术可以作为不间断电源,提高智能电网运行可靠性。同时储能系统可以提供短时间内有功功率的支持,从而解决电网运行过程中电工频率漂移的问题，适量的储能能在分布式电源不能正常运行时起过渡作用。3提高系能源发电并网性能,提高电能质量分布式发电具有间歇性和随机波动性,其输出功率不断波动会对电网造成一定的影响,储能装置能平抑分布式点出输出功率波动,减少谐波和其对电网电压、频率的影

8、响。4提高电能利用效率,优化能量管理储能与大电网配合,能对大电网负荷进行削峰填谷,优化电网运行,提高电网经济性。5提高电网的稳定性微电网在孤岛运行时,储能技术能作为微网主电源,为微网提供电压和频率支撑,并自动补偿分布式发电和微网内负荷之间的不平衡功率,保证微电网孤岛模式下的稳定运行。超导磁体储能系统具有快速吸收、释放和储备电能的能力，并且储能密度高，结构紧凑。这为超导储能系统参与电力系统、改善供电质量提供了有利条件。近些年来超导储能成为超导应用研究领域的一个热点。对于如此火热的超导磁储能技术，应用于微电网中，对微电网的控制与运行会提出更高的要求，同时在某些方面又会促进微电网的稳定性。深入研究超

9、导磁储能技术与微电网的控制和运行的相互作用，能够推进储能系统技术在电力系统，特别是微电网中的应用和普及。1.2国内外研究现状1.2.1国内外对超导磁储能技术的研究六十年代，在法国和英国就有人对超导储能感兴趣了。在适用于大型超导磁体的低温和超导电性方面的准备工作具备之后，1970年，美国威斯康星大学应用超导中心的H.Peterson和R.Boom发明了一个超导电感线圈和三相AC/DC格里茨桥路组成的电能储存系统并获得了美国专利。由此开始了超导储能电力应用的研究和发展阶段。1987年，美国战略防御立案办公室提出了一个超导储能工程实验模型（ETM）的计划。该计划的目标在于在经济上显示一个全尺寸的超导

10、储能系统用作军事目的和电力应用的作用。用作地面自由电子激光武器的电源，它可在秒上升时间内给出0.41GW的峰值功率,并能维持100秒；也可作为电力应用，它具有10-25MW功率输出,2-3小时的储能容量。1988年初，在美国建立的开发超导储能商业应用的超导电公司（SI）已研制成了用来对超导储能进行经济评估的系统(SSD),并推向了市场。19902004年间，SI/ASC公司先后有约20多台SMES投入运行。美国、德国和日本等都提出研制100kwh等级的微型SMES，这种SMES可为大型计算中心、高层建筑及重要负荷提供高质量、不间断的电源，同时也可用于补偿大型电动机、电焊机、电弧炉、轧机等波动负

11、载引起的电压波动，它还可用作太阳能和风力发电的储能等。美国AMSC公司还提出研制一种新的D-SMES，用于配电网的功率调节。目前，美国已有多台微型超导储能装置在配电网中实际应用，美国还将研制100MJ/50MW的SMES安装在CAPS(theCenterforAdvancedPowerSystem)基地，SMES不仅可以为脉冲功率试验提供能量支撑，而且它的现场师范运行对军用和民用SMES技术的发展都很有意义。1999年，德国的ACCEL、AEG和DEW联合研制了2MJ/800kWSMES，解决DEW实验室敏感负荷的供电质量问题。日本九州电力公司先后研制了30kJ以及3.6MJ/1MW的SMES

12、，日本的中部电力公司(1MJ)、关西电力公司(1.2MJ)、国际超导研究中心(48MJ/20MW)也分别进行了EMSE的研究工作。1.2.2储能与微电网相互作用研究分布式电源中的风电和光伏发电等都具有不可预测和不可控制,大量的分布式电源组成的微网系统正常运行将是一个突出的问题。作为能量缓冲环节的储能系统是微电网的一个重要组成方面,它们对实现微网的稳定可靠经济运行有着十分关键的作用。电力系统中已经应用的储能技术主要有:电池类储能、飞轮储能、超导磁储能、超级电容器储能等等。文献4在充分分析各类储能技术的运行机理和优缺点及使用范围后，在建立详细的电磁暂态仿真模型的基础上，针对微电网孤岛运行时充当主电

13、源的储能系统的控制策略。电网用高温超导储能磁体的失超会影响超导储能系统的运行,造成设备的损坏,甚至影响电力系统的可靠性。文献5针对超导储能系统的特点,设计了一套用于超导储能(SMES)磁体的失超保护系统，基本上满足了超导储能系统失超保护的要求。超导储能磁体作为一种电磁储能元件,在运行过程中会产生相当强的磁场。一般超导储能磁体产生的中心场强为高斯数量级,但10高斯数量级的磁场就可以导致一些电子设备不能正常工作,5高斯的磁场就可能使一个配有心脏起博器的人面临生命危险。文献6比较了磁屏蔽的几种常规方法,提出了适合超导储能磁体的屏蔽方式多螺管线圈系统。热稳定性是指超导磁体受到热扰动后其温度场自动恢复到

14、原平衡状态的性能,在SMES装置中磁体的有效冷却和热稳定性十分重要,在磁储能装置励退磁阶段,如果温升过大,将有可能造成失超或者磁体烧毁,同时在磁场的维持阶段,也有可能因为维持电流的指数损耗、局部损耗等造成磁体温度升高。文献7对直接冷却超导磁体热稳定性进行了理论分析和实验研究,并对磁体热稳定性进行了优化研究，通过研究得出了磁体热稳定与励磁电流速度及幅值优化结果。1.3论文安排本论文着眼于目前研究较热的超导磁储能技术，针对其在电力系统中的应用，概括了超导磁储能技术的国内外研究现状，重点分析了该技术应用于多分布式电源的微电网，其与微电网相互作用的重点问题，提出了一些浅显的观点。2.超导磁储能原理2.

15、1储能工作原理超导储能系统的核心即超导线圈，是超导储能装置中的储能元件，其储存的能量可由下式表示：。式中，为电磁能，J；L为超导线圈电感，H;I为超导线圈电流，A。超导储能系统主要由超导线圈、冷却系统、失超保护与系统保护、变流器、控制系统组成。超导储能系统首先在超导线圈内储存一定的能量（如最大储存电能的25%75%），在通过控制变流器的触发脉冲来实现与系统的有功、无功交换，从而完成超导储能装置的多种功能。超导线圈在通过直流电流时没有焦耳热损耗，因此超导储能装置都采用直流电系统。超导储能系统的主要构成与相应技术内容主要包括：超导线圈、失超保护、冷却系统、变流器和控制器等组成。这些是超导储能装置的

16、主要组成部分，其结构原理如下图所示。图1超导储能装置结构原理2.2小结基于时间和报告篇幅的限制，本节仅简单介绍了一些超导磁储能系统的最浅显的知识，以便保证报告的完整性。3.超导磁储能应用于微电网的展望3.1可能需武器系统维护安全超导储能磁体作为一种电磁储能元件,在运行过程中会产生相当强的磁场，而这种强磁场会对人产生伤害。同样，超导储能系统一般都是用液氮作为冷却剂，而液氮是一种强冷冻剂。如果未来超导磁储能系统得到大面积的推广应用，相当于我们身边多了一些潜在的危险。然而超导磁储能系统的利大于弊，其能源节约可以造福千秋万代，而其潜在的危险只需配备相应的武器系统，就可以保证对旁边人员的安全，防止恐怖分

17、子的危害。可以设想，未来无人坚守的超导磁储能电站，配备防核爆级的墙壁，其门禁系统采取军用级别的管理措施，任何外来人员都必需经过严格的审查才可以进去。如果你是恐怖分子，没有得密钥和认证，你进去了，里面上百个由机械手臂控制的机枪将会瞄准你，干掉你。3.2继电保护控制算法会更加精确在含分布式电源的配电系统中，继电保护协调问题值得深入研究。文献8在分析主/后备继电保护关系的基础上，建立了继电保护统一协调优化模型，提出了牛顿-下山和Broyden两种改进的牛顿算法。针对系统结构的变化，提出了一种能适应系统结构变化的过电流继电保护优化协调方法。随着研究的进一步深入，电力系统会更加成熟。无论任何分布式电源在

18、系统中即插即用，电网继电保护系统会采用更优的算法去控制管理，真正实现电网的坚强。致谢此报告的题目来源于分布式发电与微电网课程上，学识渊博的XXX老师及邓老师所带的两位在分布式发电和微电网方面研究较深的博士后、博士为我们上课，开设的课堂内容。此前根本不知什么是超导磁储能，借助课堂，我真正学到了很多这方面的知识，非常感谢为我们上课的三位老师，也感谢老师给了我此次机会，课余继续深入研究的机会。虽然时间紧迫，研究不深，但依然学到了不少知识。在此报告完成之际，谨向作者的各位老师致以崇高的敬意和忠心的感谢！也感谢实验室里，跟我一起交流讨论的博士师兄和硕士师弟的关心和帮助。感谢上课期间和作者一起走过的同学和

19、朋友，使作者漫长的大学生活充满了无尽的欢声和笑语。参考文献1余运佳.超导储能电力应用的新进展J.低温与超导.1995,(23):34-38.2ProceedingsoftheFirstInternationalSMESworkshop,June,19913M.A.Daughertyetal.,IEEETrans.onAppliedSuperconductivity,Vol.3,No.1,p.2044袁清芳改善系统稳定性的故障限流器的控制策略研究成都：四川大学，2004：5杨艳芳电网用高温超导储能磁体的失超保护研究北京：北京交通大学，2009：6施斌.余运佳.超导储能系统的磁屏蔽J.电工电能新技术.1999,(07):33-35.7吴钢直接冷却高温超导磁储能体热稳定性分析与优化武汉：华中科技大学，2009：8刘霞含多种分布式电源和储能的微电网控制技术杭州：浙江大学，2012：9杨辉在含有分布式电源的配电系统中继电保护协调问题的研究广州：华南理工大学，2010：