国际先进研究期刊》的研究在电子、电子、仪表工程
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Jitender Kaushal1,Prasenjit Basak2
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介绍了分布式能源资源的部署的重要性作为一个很有前景的方面成为未来电力系统微型智能电网"在全球社区的力量。微型智能电网"技术的基本概念,包括其操作和控制技术以简化的方式简要介绍了。微型智能电网"在印度力量的应用和前景也探索和讨论的场景,证明,印度有很大的地域可能接受和实施这项技术在未来。样本使用Matlab-Simulink直流微型智能电网"模型模拟演示的电网连接和坐落操作相同。仿真结果表示,讨论和发现令人满意。
关键字 |
| 分布式能源(DER)财团电可靠性技术解决方案(组),分布式发电(DG),新能源和可再生能源(MNRE),综合能源政策报告(IEPR)。 |
介绍 |
| 所有可再生能源资源是有用的。每个可再生能源的来源,有一个独特的好处。可再生能源资源是由大自然可以取代像风、水和阳光。这些资源在世界各地使用。可再生能源产生更少的空气污染。显然这是最好的能量来源。它是干净的,可靠的,生态友好。它可能花费很多一开始然后支付从长远来看。需要更少的维护然后化石燃料燃烧引擎和燃料来源是无限的。消费者不会投资于能源,除非私人行业创建基础设施。 However, private industries won't invest in the infrastructure unless consumers are willing to invest in the alternative source. Therefore, alternative sources won't be developed unless other incentives are in place. The government can make a real difference by placing in these incentives to start alternative sources. The future must be planned by pure fact that oil, coal, and natural gas are not sustainable energies. We know we will eventually run out; why should we rely on them to always be there and be present? We need to focus as much time as possible to dedicating our future to renewable energies such as solar and wind. We have an opportunity to reimagine and re-engineer our energy infrastructure into clean sources that are widely available and offer wide market participation. It won’t always be the easy path, but it is the logical one to deliver energy, economic, and environmental security. |
| 印度的累积网格交互或网格与可再生能源产能(不包括大型水电)已达到26.9千瓦,其中68.9%来自风能,太阳能光伏贡献了近4.59%的可再生能源装机容量在印度[1]。在2009年11月宣布,印度政府提出了推出贾瓦哈拉尔•尼赫鲁国家太阳能计划在国家气候变化行动计划,计划到2013年产生1000兆瓦的电力,20000 MW基于电网的太阳能上,2000兆瓦的离网太阳能和年底覆盖2000万平方米和收藏家的最后阶段任务在2020年[2]。任务的目标是实现电网平价(电一样的成本和质量,交付交货网格)到2020年。实现这一目标将建立印度作为全球领先的太阳能发电[3]。虽然风能行业新来者与丹麦和美国相比,国内政策支持风能使印度成为的国家世界上第五大风能装机容量[4]。 |
| 电可靠性技术解决方案联盟(组)微型智能电网"概念假定一个聚合的加载和microsources操作作为一个单独的系统提供电力和热能。大多数microsources必须基于电力电子提供所需的灵活性,以确保操作作为一个聚合系统。这种控制的灵活性允许微型智能电网"展示自己可以大部分电力系统作为一个控制单元满足当地需求的可靠性和安全[5]。微型电网低压电力发电厂。网络的目的是为一个小社区提供电能,如住宅区或sub-urban局部性或学术团体如学校或大学。发电机工作在各级微型智能电网"通常可再生发电(分布式能源资源)集成在一起,在配电电压水平。一些重要的微型智能电网"和常规电厂之间的差异有: |
| 生成的权力分布水平可以直接喂效用的分销网络。 |
| 的来源用于微型智能电网"是小得多的能力比传统发电厂大型发电机。 |
| 从电网的角度来看,一个微型智能电网"的主要优势是它被视为在电力系统控制的实体。它可以作为一个聚合负载操作。这确定其容易可控性和符合电网规章制度没有阻碍电力的可靠性和安全性。从客户的角度来看,微型电网有利于本地会议他们电或热需求。它们能供应不间断供电,提高当地的可靠性,降低给料机损失和提供当地电压支持。从环境的角度来看,通过利用微型电网减少环境污染和全球气候变暖的低碳技术。然而,达到一个稳定和安全操作,技术,管理和经济问题必须解决微型电网才能变得司空见惯。一些问题需要重视各级climate-dependent自然生成的,低能量的燃料和缺乏标准和规范操作的微型电网与电力公司同步。此类问题的研究需要大量的实时和离线研究,可以被全世界领先的工程和研究机构[6]。 |
| 一些研究工作从近十年来给出如下: |
| f . Katiraei等人研究了一个适当的控制策略的电力电子系统中分布式发电(DG)单位可以确保稳定的微型智能电网"和电压质量维持在指定的公共汽车,即使在孤岛的瞬变。他们还得出一个electronically-interfaced DG单元的存在使得微型智能电网"技术上可行的概念进行进一步的调查[7]。之后,在2007年,t . k . Panigrahi等人描述了微型智能电网"中央控制器的概念与当地微源控制器实时有效参与的未来市场,还讨论了关于市场定价、招标从源和负载方面。关税结构可能会提出让简单的根据容量费用和电费。还可以考虑一些奖励或鼓励在高峰小时当微型智能电网"平衡整个系统以最大的力量保护[8]。在2011年,根据确实的事情微型智能电网"实验室测试,r·h·Lasseter等人证明了易于将分布式能源集成到一个微型智能电网",点对点和即插即用功能,控制方式的灵活性和能力岛和贯通网格以自主方式[9]。Prashant Kumar Soori等人提出了超级电容器储能系统的应用程序连接到微型智能电网"。基于超级电容器储能系统的最佳选择微型智能电网"因为它的存储容量高、工作温度范围宽、成本效益和环保的[10]。霁萍等人回顾了国内外岛上微型电网,目前规划、优化、控制和运行调度岛微型智能电网"发展是在实验室阶段或在示范项目[11]。r·h·拉斯特表示,许多“智能电网”的功能,比如提高可靠性、高渗透的可再生能源,自愈,有功负载控制和提高生成效率通过使用废热可以实现使用耦合微型电网。 Microgrid technology has maturing to the point that it is possible to design a full range of microgrid functions from high power quality to utilizing PV sources [12]. Wookyu Chae, et al. proposed a method to improve the stability of grid-interconnected microgrid using BESS (Battery Energy Storage System) and super capacitor. They conclude that the stability of microgrid can be improved using droop function and if mode of operation is changed [13]. Yih-Der-Lee, et al. investigated that for a stand-alone operation of the microgrid with HCPV (High Concentration Photovoltaic) and the microturbine, the operating voltage varied within the operation constraints of the grid-tied inverters due to change of load demand in the microgrid [14]. Muhammad Ali et al. studied the safe operation of microgrid to fulfil the supply and demand of the consumer and implemented an automated load management technique by intelligent controller to balance the energy level. After implementing this system, losses are reduced, quality of power is increased and due to reduced losses, tariff rates are reduced that can benefit poor people without interruption of power [15]. Prasenjit Basak et al. investigated that it is necessary to identify the feasibility of microgrid operation in the industrial fields and steady and dynamic state studies have been done in a plant equipped with many induction machines. The research teams of CERTS have greatly contributed in the research on the customer adoption of microgrid through proposing customer adoption modelling. This also shows the scopes of power electronic based application like static inverters with storage facilities provided with ‘‘plug-and play’’ functionality to provide required flexibility with the connected grid [16]. Mukundhan Srinivasan, et al. designed a system in which a combination of technologies to provide an Energy-on-Demand (EoD) service to enable low cost innovation suitable for microgrid networks and simple Rural Energy Device (RED) Box which serves as an elementary proxy for Smart meters which are typically used in urban areas. The whole system data stored in the cloud will provide valuable insights to the Utility Service Provider (USP) that can be used for Demand-Side-Management (DSM) in isolated/interconnected microgrid networks [17]. In the month of April 2013, Josep M. Guerrero et al. reviewed that the advanced control technique to increase the stability of microgrid with decentralized, distributed and hierarchical control of grid connected and islanded microgrids. By implementing the hierarchical control it may leads to energy management system and sets of microgrids can be developed by interconnecting intelligent microgrids for future perspective [18]. |
微型智能电网"作为一个新兴的电力系统 |
| 可再生能源的增长安装区域能源发展机构的综合效应,新能源和可再生能源(MNRE)和私营部门参与[19]。 |
答:组件的微型智能电网" |
| 支持政府的政策也推动可再生能源安装。印度计划委员会发表了综合能源政策报告(IEPR),强调了需要最大限度地开发国内供应选项和多样化能源可持续能源的可用性。根据IEPR,总可再生能源可能占11 - 2032年印度13%的能源结构。它还表明,可再生能源的分布式特性可以提供许多社会经济福利国家[20]。微型智能电网"是一组相互关联的负载和分布式能源资源(各级)明确电气边界内,充当一个可控的实体网格。一个微型智能电网"可以连接和从电网断开,使它在短时间或island-mode。常见的组件的概述的微型智能电网"标记在图1所示。 |
b .操作和控制技术应用于微型智能电网"的技术 |
| DG系统中使用可再生或非常规发电机或微型电网被称为分布式能源(各级)或microsources。火线的选择取决于该地区的气候和拓扑和燃料的可用性。本简要描述以下DER技术[6]: |
| 热电联产(CHP)系统 |
| 风能转换系统(wec) |
| 太阳能光伏(PV)系统 |
| 小型水力发电 |
| 其他可再生能源 |
| 存储设备。 |
我,热电联产(CHP)系统 |
| 各级CHP或热电联产系统是最有前途的微型智能电网"应用程序。他们的主要优势是节能发电余热的利用。热电联合系统允许使用的能量比传统的一代,可能达成效率超过80%,约35%的价格相比传统发电厂。它是在本地热时最有效的利用。因此,CHP植物可以从他们位于有些远程电气负载,但他们必须靠近热负荷为更好的性能。 |
二世。风能转换系统(wec) |
| wec将风能转化为电能。的主要组件wec风力涡轮机。这是耦合发电机通过multiple-ratio变速箱。通常在wec感应发电机使用。风力发电机的主要部分是塔,转子和发动机舱。发电机轴是由风力发电机产生电力。齿轮箱的作用是变换的旋转速度较慢,风力涡轮机高旋转速度感应发电机。输出电压和频率保持在规定的范围内,通过监督计量、控制和保护技术。风力涡轮机可能水平轴配置或垂直轴配置。wec商业涡轮机的平均尺寸是300千瓦,直到1990年代中期,但最近机器更大的能力,5 MW,开发并安装。 |
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三世。太阳能光伏(PV)系统 |
| 主要的光伏系统的主要优势是可持续的太阳能作为燃料的性质、最小环境影响,大幅降低客户的电费将免费获得阳光,长30多年的功能性寿命最小操作维护和沉默。光伏电池可以有效地用作DER在一个微型智能电网",但他们遭受高安装成本和能源效率低的缺点。研究,小型光伏安装比大的更划算,这表明喂养的有效性光伏发电直接进入客户电路在低压配电网络。然而,光伏发电的本质是,合适的电源转换器电路是用于把直流电源转换成交流电在指定频率水平。因此,他们可以潜在的捐助者微型智能电网"。太阳能光伏电池能在两个组件,直接和分散。直接组件是85%左右,通过直接辐射。扩散组件大约是15%,通过分散在大气中扩散。 |
四、小型水力发电 |
| 小型水力发电机有效地用于发电微型电网的现场。一代的程度取决于一个地区的地形和年降水量。这些发电机遭受很大的变化代是因为变量水流由降雨不均造成的。同步和异步发电机可以用于小型水力发电与合适的multiple-ratio变速箱。然而,必须采取适当的预防措施在设计一个涡轮,这样就可以避免其损坏由于超速时突然失去负荷。 |
与其他可再生能源 |
| 垃圾填埋气、生物质、城市垃圾等,被视为其他可再生能源发电。这些发电机的位置是由这些资源的可用性。这些资源是低能量密度的主要缺点,稀缺的资源,难以大量存储它们。自存储不合理,这些发电机通常的小容量和负载口袋接近资源的操作。竞争安排,非化石燃料义务(NFFO)成立于英国鼓励一代在1990年代末从可再生能源资源。NFFO方案已经被另一个取代支持机制在2000年命名为绿色证书,将一些义务强加于电力供应商的责任来生成一个最低比例的总代来自可再生能源。其他国家也采取不同的策略,有时政府直接干预,鼓励类似代方案。 |
vi。存储设备 |
| 备份能源存储设备必须包括在微型电网,确保不间断电源蓄电池、飞轮和超级电容。这些设备应连接到直流总线的微型智能电网"和提供度过功能在系统更改。 |
各级的挑战和问题 |
| DG连接在公用网络保护的影响如下: |
| 假脱扣的喂食器 |
| 讨厌跳闸的保护设备 |
| 炫目的保护 |
| 增加或减少错误各级水平的连接和断开 |
| 不必要的孤岛效应 |
| 自动重合闸的预防 |
| out-of-synchronism重合 |
| 技术建议像G83/1 G59/1, IEEE 1547, CEI 11日至20日开出,各级应自动断开中压(MV)和低电压(LV)效用分销网络的断路器的跳闸(CB)提供给料机连接到火线。这被称为anti-islanding特性。这是合并的强制功能在市场上获得的各级的逆变器接口。各级并不直接实用程序控制下,使用anti-islanding保护是合理的操作需求的工具。然而,它大大降低了各级的好处和微型电网提高服务的可靠性。因此,必须批判性评估和解决这些问题,各级市场参与和微型电网应该允许利用他们的全部好处。尽管当前功率场景仍然是相当保守的这种新技术提供强大的方面,分布扩张的设计师正在努力实现分布式发电机和微型电网的全面能力。公用事业公司可能要求在这方面提出鼓励DER和微型智能电网"部署三个可能的方向,如下: |
| 随着微型智能电网"所有者和DER制造商更熟悉基本的能源生产,他们会打算扩大自己的业务范围。 |
| 国家监管机构将按公用事业接受更大的渗透。 |
| ISOs会承认,微型电网和单可以在公开市场出售一些辅助服务。因此,国家监管机构需要行动迅速实施新技术的更大的利益分配系统[6]。 |
微型智能电网"在印度电力的应用场景 |
| 在2012 - 13年增加3152兆瓦,grid-interactive可再生能源的总装机容量达到28000兆瓦。grid-interactive总发电能力的国家风力发电目前19051兆瓦,1686兆瓦的太阳能发电,小型水力发电3632兆瓦和生化3697兆瓦。可再生能源分布式/离网,总在2012 - 13年为99.13兆瓦,累计装机容量达到825兆瓦。贾瓦哈拉尔•尼赫鲁国家太阳能计划,旨在增加20000兆瓦的太阳能发电能力到2022年。今年大酒店的任务已经完成。超过745兆瓦的太阳能发电项目已经安装在2012 - 13年。任务的主要目标是减少,使太阳能发电的成本电网平价水平[21]。 |
| 印度是增长最快的一个国家的能源生产和消费。目前,它是世界上第五大能源消费国,并将在2030年的第三大。现在的能力将增长约190兆瓦的7 - 10%(以满足日益增长的需求)在2020年约300千瓦和800千瓦到2032年主要通过煤需要每年投资150美元- 175 b。以满足消费者当前的赤字,(主要是私人)安装了柴油发电机组总容量为35000兆瓦的不是“绿色”,所有操作在离网模式。平衡这种增长的需求包含发射是一个挑战。六分之一的印度村庄完全脱离电网。在其他500000个村庄网格访问,50%以上患有罕见,飘忽不定,低压电力[22]。离网发电增强当地可再生能源(风能、太阳能、生物、水力)在一个微型智能电网"模式是一个有吸引力的选择激励目前近125000个村庄离网[23]。 |
| 部要加强可再生能源的分散的应用程序保存5年以后每年十亿升柴油。电信大楼和工业发电两个重点领域减少柴油的消费。因此电网电力将成为一个主要组件的可持续能源和微型智能电网"可能会变得不可避免。印度已经启动了国家气候变化行动计划通过以下任务[24]; |
| 太阳能计划 |
| 任务在提高能源效率 |
| 任务在可持续的栖息地。 |
| 水的任务 |
| 任务维持喜马拉雅生态系统 |
| 任务为绿色印度 |
| 可持续农业的任务 |
| 使命战略关于气候变化的知识 |
| Kuvam微型智能电网"私人有限提出了比较优势的微型智能电网"这是列在表i Kuvam已经开始其操作从西坚印度比哈尔邦的地区,已经有超过400个家庭提供了一个24小时电连接。生成的电力通过太阳能和分布式微型智能电网"基于预付费计量模型。Kuvam偿还99%的消费者和100%电力偷窃消除通过其独特的模式。Kuvam最盈利的商业模式是一种与最低太阳能产业建立和维护成本[25]。 |
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微型智能电网"模拟 |
| 分析的基本概念微型智能电网"这里是被认为是一个主要的直流电网连同两个分布式能源资源(各级)例如DER1 DER2和连接到一个共同的总线负载。主直流电网连接到负载通过一个智能总线旁路开关(IBS)帮助打开电路下的失败主要直流电网或坐落模式下关键负载时采取的DER1 DER2。这里DER1 DER2可能太阳能工厂,风能工厂,光伏电池等。以下提到的图2是在Matlab仿真软件模拟软件来执行操作的微型智能电网"网格连接模式和坐落模式。仿真模型,我们认为是一个主要的直流电网电压220 V的直流为10千瓦的负载而DER1和DER2连接在平行于常见负载相同总线与220 V直流电压的状况。同样的模型中,有两种操作条件即网格连接模式和坐落模式对于此示例微型智能电网"。从图3发现过渡时期从0到2秒,微型智能电网"正在与平等共享网格连接模式下的权力和从2到3秒网格坐落模式下操作。这意味着主要直流电网未能供应负载总负载是由DER1 DER2;因此,权力是均匀分布在DER1 DER2。主直流电网断开由IBS坐落模式。3秒后系统又恢复到电网的连接方式和权力是均匀分布的主要直流电网,DER1 DER2。 Figure 3.1 shows that the power delivered by main DC grid under grid connected mode as well as islanded mode. Figure 3.2 and 3.3 shows that the power delivered by DER1 and DER2 under grid connected mode as well as islanded mode, respectively. The figure 3.4 represents the total power delivered to load under grid connected as well as islanded mode for total transition period from 0 to 5 seconds of simulation. It is to be noted that the actual operating time of the above operation is longer compared to the total simulation time of 5 seconds which is assumed just for the simplified simulation of this sample microgrid. |
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结论 |
| 它是意识到印度在可再生能源发电具有显著的增长。它还表明可再生能源的分布式特性可以为国家提供了许多社会经济效益。电网互动能源到目前为止在印度开发太阳能、风能、小水电和生物能源。连接多个各级调查的好处在这个工作在规模较小的仿真示例微型智能电网"操作在电网连接和坐落模式和结果满意。微型智能电网"在规划阶段的经济分析通常是距离等各个方面的功能网格,燃料的可用性,技术的选择,补贴和监管政策。此外,成功的关键点的微型智能电网"是安全、可靠的通信基础设施的开发利用和控制策略。目前的工作可能会被视为作者调查的初始奋进号微型智能电网"技术的可行性根据上面的显著因素在未来的研究工作。 |
引用 |
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