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微电网与分布式发电

摘要

个体分布式电源的应用所引起的问题与它解决的问题几乎一样多。采用系统化方法，
实现分布式供电的一种更佳途径是将配电及其负载视为子系统或“微电网”。这些电源
能平行的对电网或独立个体起作用，提供不间断电源服务。当发生重大事件（逆变失败，
电压崩溃），系统将从该设备中断开，但也可能当来自电网的电压质量下降到一定标准时，
系统故意断开连接。利用来自能源所浪费的热能，将增加整体效率，使这项工程在经济上
更有吸引力。威斯康星州大学实验室证实了微电网的内容。
CE数据库科目标题：CHP；分布式发电；孤岛检测方法；换流器；微电网；电力电压
频率误差；无功电压误差。
1简介

经济，技术和环境因素正改变着电力电源和变压器的面貌。由于传统经济比重的失衡
导致集中发电设备越来越小，更多的采用分布式发电。分布式发电完成了一个大范围的最
优原动力技术，例如内燃机发电机、汽轮机、微型涡轮机、光法发电、燃料电池和风力发
电。大多数能源技术像微型涡轮机、光伏发电、燃料电池、有永磁机的汽内燃机都有一个
转换器用来与电力分布系统相连接。这些紧急技术产生更少的排泄物，潜在地能更少的消
耗传统经济的比例。这些应用程序包括变电站的电力提供，T&D上升的延迟和就地发电。
分布式发电的渗透在美国还没有达到有效的水平。然而这种情况正在快速改变，而且
要求关注与在分布系统中高分布式发电渗透有关的问题。独立的分布发电机的任意程序能
引起问题跟它所解决的问题一样多。采用系统化方法，实现分布式供电的一种更佳途径是
将配电及其负载视为子系统或“微电网”。这个方法是允许当地控制的分布式发电从而
降低或消除需要中央分配。在这种干扰中，电源与相应的负荷能从分布系统中分离出来，
从干扰中隔离智能电网，并不损害传输电网的完整。电源与负荷的蓄意孤岛测验要比电力
系统作为一个整体更能提高一个潜在地可靠性。这种紧急发电技术允许发热负荷使用余热
来最优取代发电机。这种程序的效率能有整个系统的两倍还多。
大多数电流微电网实现负荷与能源的结合，允许使用蓄意孤岛测试，并尝试使用可使
用的余热。这些解决方法取决于复杂的交流与控制，依赖于关键部分并要求广泛的建设工
程。这项工作的目的是不必为每一个应用程序提供一个需要详细工程的复杂控制系统。我
们的方法是提供基本发电控制，它能为每一个地点工程提供一个即插即用模式而没有交流
或约定。
体现在微电网概念的每一个创新是为了明确地实现降低成本和提高更小比率分布式
发电系统的可靠性。这项工作的目的是为了加速实现更小比率分布发电所提供的多种好
处，例如它们有能力在需要的情况下提供余热或在一个设备里对一些但不是所有的负荷提
供更高的电能质量。从电网的方面看，微电网的概念是有吸引力的，因为它现实的意识到

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国家的分布系统是广泛的，衰老的和只能很缓慢的改变。微电网是更深刻的理解分布式发
电而不是对分布系统的重新设计或重新管理。

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2新型发电技术

由于潜在的低空气排放，分布式电力应用程序使用天然气技术原理。尽管在稳定和短
期运行程序中依然使用柴油燃料系统,但目前天然气拥有更好的结合性、价格、和环境。
功率密度改进、提高燃油效率、降低排放量带来的经济和环境压力推动了往复式引擎技术。
通过更好的设计和控制燃烧过程，天然气发动机的排放已经得到显著改善。先进的稀薄天
然气体发动机产生的氮氧化合物（NOx）水平低至50PPMV，这是一个巨大的改善，但在大
多数应用程序中仍然需要使用排气催化剂。在利用率目标在50%的情况下为35%。不幸的
是，目前高效率低排放还达不到同步。
燃气涡轮发动机是一项重要的新兴技术。它们通过空气轴承和无润滑剂的单周设备进
行简单的机械运动。它们是被设计用来结合低成本汽车涡轮增压器提高商业飞机辅助电源
的可靠性。这个发电机通常是一个永磁机，运行在一个可变的速度下（50000～100000转/
分钟）。这个变量速度的操作需要电力电子接口的电力系统。例子包括:课本上的来自欧
洲的制造商Bowman和Turbec生产的30千瓦和60千瓦系统。复杂的燃烧系统、低温度和
精益燃料与空气比率导致氮氧化物的排放量减少10ppmv，还有固有的低碳氧化物的排放。
较大的燃气涡轮机、往复式引擎和改良引擎都涉及到更高的温度会导致更多的氮氧化物的
生产，燃气涡轮发动机运行使用许多不同的燃料包括天然气和汽油等液体燃料而且效率在
28%-30%的范围内。用于燃料电池发电的氢气和氧气，反应只产生水蒸气，氮氧化合物、
二氧化碳排放量关联着生产供应氢氧燃料电池的天然气或其他燃料的改革。氢氧电池比燃
气涡轮发动机提供更高的效率，排放量更少，但目前还很昂贵。磷酸电池和高温臭氧化物、
高温碳酸盐电池已被证