聶光輝 宋學(xué)賢 王科敏 楊 帆 談宏華

(武漢工程大學(xué)，湖北 武漢 430000)

1 微電網(wǎng)的內(nèi)涵

2001年美國頒布IEEE_1547/D08“關(guān)于分布式電源與電力系統(tǒng)互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)草案”，并通過有關(guān)法令讓部分分布式發(fā)電系統(tǒng)上網(wǎng)運(yùn)行，其中對分布式能源的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)作出規(guī)定:當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，分布式電源必須馬上退出運(yùn)行，這就限制了分布式能源效能的充分發(fā)揮。目前配電系統(tǒng)所具有的無源輻射狀運(yùn)行結(jié)構(gòu)以及能量流動的單向、單路徑特征，使得分布式發(fā)電必須以負(fù)荷形式并入和運(yùn)行，即發(fā)電量必須小于安裝地用戶負(fù)荷，導(dǎo)致分布式發(fā)電能力在結(jié)構(gòu)上就受到極大限制。

近年來，隨著新型技術(shù)的應(yīng)用，尤其是電力電子接口和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，微電網(wǎng)的概念出現(xiàn)并從理論發(fā)展到實踐。對于微電網(wǎng)的定義各國不盡相同、各具特點，結(jié)合我國電力系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，充分利用風(fēng)、光等資源在時間上的互補(bǔ)性，并與儲能系統(tǒng)及其他發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合組成的微電網(wǎng)系統(tǒng)是一種有效的途徑。將額定功率為幾十千瓦的發(fā)電單元、負(fù)荷、儲能裝置及控制裝置等結(jié)合，形成一個單一可控的單元，同時可向用戶供給電能和熱能，這樣的電網(wǎng)稱為微電網(wǎng)。微網(wǎng)技術(shù)將逐步成為未來分布式發(fā)電供能系統(tǒng)集成技術(shù)的核心，也是分布式發(fā)電大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用關(guān)鍵。它是一種基于傳統(tǒng)電源的較大規(guī)模的獨立系統(tǒng);在微電網(wǎng)內(nèi)部通過電源和負(fù)荷的可控性，在充分滿足用戶對電能質(zhì)量和供電安全要求的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)微電網(wǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行或獨立運(yùn)行;微電網(wǎng)對外表現(xiàn)為一個整體單元，并且可以平滑并入主網(wǎng)運(yùn)行。

2 微電網(wǎng)研究和發(fā)展的與新農(nóng)村建設(shè)的聯(lián)系

從我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程中看，城鎮(zhèn)化的步伐需要和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相適應(yīng)，目前新農(nóng)村建設(shè)可以認(rèn)為我國對農(nóng)村進(jìn)行城鎮(zhèn)化過程中的一個過渡，在這個過程中必然會引起對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需求，這也是新農(nóng)村建設(shè)的屬性體現(xiàn)，從其發(fā)展的本質(zhì)、技術(shù)特點上、我國能源發(fā)展戰(zhàn)略上講，微電網(wǎng)在新農(nóng)村建設(shè)過程中應(yīng)用都是能夠較好的迎合新農(nóng)村建設(shè)對基礎(chǔ)建設(shè)的需求。

(1)從微電網(wǎng)的發(fā)展本質(zhì)上，微電網(wǎng)的建設(shè)就是為了解決分布式能源效能發(fā)揮不足的問題，以光能、風(fēng)能為主的微電網(wǎng)利用的是可再生資源的光能、風(fēng)能，其設(shè)計是本著增強(qiáng)電網(wǎng)的供電可靠性和未來的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益來考慮的。在新農(nóng)村建設(shè)過程中應(yīng)用能夠提高農(nóng)村電網(wǎng)供電可靠性，是以人為本在農(nóng)村電網(wǎng)發(fā)展中的體現(xiàn)。對可再生資源的利用的高度接納，對優(yōu)質(zhì)生活的進(jìn)一步追求。這些都是新農(nóng)村建設(shè)的本質(zhì)屬性。

(2)從微電網(wǎng)的技術(shù)特點上講，微電網(wǎng)就近負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計、安裝、建設(shè)，對大電網(wǎng)的沖擊必然會減少，微電網(wǎng)可控的特點是有利于大電網(wǎng)的穩(wěn)定的;同時建設(shè)環(huán)境友好型的新農(nóng)村從技術(shù)上來講也需要以光能、風(fēng)能等清潔能源為主的微電網(wǎng)的技術(shù)接入實踐。

(3)從我國的能源發(fā)展戰(zhàn)略上講，節(jié)能減排和新能源的利用是我國未來能源政策的出發(fā)點和落腳點，發(fā)展微電網(wǎng)必然對建設(shè)空間的需求，我國土地資源人均匱乏，如果再大面積的占有其他土地，可能加劇土地資源緊張。在廣大的新農(nóng)村建設(shè)里充分可以利用屋頂?shù)目臻g上優(yōu)勢和新農(nóng)村建設(shè)過程中的新設(shè)施等政策上優(yōu)勢發(fā)展以新能源為主的微電網(wǎng)研究和建設(shè)。政府在新農(nóng)村建設(shè)對相關(guān)的新型電力利用、太陽能熱水器等行業(yè)產(chǎn)品的財政補(bǔ)貼對于以光能、風(fēng)能為主的微電網(wǎng)的發(fā)展是個戰(zhàn)略機(jī)遇。

3 微電網(wǎng)在新農(nóng)村建設(shè)中的應(yīng)用面臨的問題

微電網(wǎng)作為新的技術(shù)理論在我國經(jīng)歷了多年的研究，但目前在國內(nèi)外都還處于實驗室和工程示范階段，在實際應(yīng)用中還存在諸多挑戰(zhàn)。新農(nóng)村建設(shè)由于地域經(jīng)濟(jì)發(fā)展等不平衡性，各地的新農(nóng)村建設(shè)的速度和程度差異性各大，但同一地方的新農(nóng)村建設(shè)的房舍規(guī)格基本還是一致的，這是政策導(dǎo)向下大規(guī)模建設(shè)的必然結(jié)果。微電網(wǎng)在新農(nóng)村建設(shè)中的應(yīng)用面臨的問題主要有以下幾種情況:

(1)從主觀上講，對于微電網(wǎng)的技術(shù)以及前景缺乏信心，即使是從事微電網(wǎng)研究的人員對于微電網(wǎng)的成本問題也抱有一種憂慮。

(2)從客觀上講，微電網(wǎng)的成本投入較大，關(guān)于投入和產(chǎn)出短期看面臨的考驗還是必須嚴(yán)重的，需要國家在財政方面給予補(bǔ)貼。

(3)從現(xiàn)實政策上講，目前微電網(wǎng)處于實驗室或工程示范階段，國家并沒有針對微電網(wǎng)大規(guī)模的應(yīng)用進(jìn)行補(bǔ)貼的政策。

(4)從標(biāo)準(zhǔn)上講，國家沒有關(guān)于微電網(wǎng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在標(biāo)準(zhǔn)制定表現(xiàn)出了一種滯后。

4 微電網(wǎng)在新農(nóng)村建設(shè)中的應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)問題

微電網(wǎng)在保護(hù)技術(shù)上與傳統(tǒng)電網(wǎng)有著很大的不同，同時系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)必須結(jié)合新農(nóng)村建設(shè)中的實際因素綜合考慮，微電網(wǎng)本身以及在新農(nóng)村建設(shè)中的應(yīng)用突出表現(xiàn)為以下幾個關(guān)鍵技術(shù)問題:

(1)微電網(wǎng)的運(yùn)行

微電網(wǎng)相對于外部電網(wǎng)有并網(wǎng)運(yùn)行和孤網(wǎng)運(yùn)行運(yùn)行模式，如何調(diào)整控制策略使微電網(wǎng)在兩種狀態(tài)下實現(xiàn)平滑的過渡和轉(zhuǎn)換是微電網(wǎng)的運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)。研究結(jié)果表明，基于電力電子接口的分布式發(fā)電系統(tǒng)以及儲能元件可以確保微電網(wǎng)運(yùn)行模式轉(zhuǎn)化的平滑性，減少孤網(wǎng)運(yùn)行時暫態(tài)影響并保證功角穩(wěn)定性和電壓質(zhì)量。

(2)微電網(wǎng)的控制

微電網(wǎng)的運(yùn)行控制應(yīng)該能夠基于本地信息對電網(wǎng)中的信息作出快速、獨立的響應(yīng)，當(dāng)微電網(wǎng)內(nèi)出現(xiàn)電壓跌落、故障、停電等問題時，微型分布式發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)該利用本地信息自動有效地轉(zhuǎn)換到獨立運(yùn)行方式，不再接受傳統(tǒng)方式的統(tǒng)一調(diào)度。一般來說，微電網(wǎng)控制的主要目標(biāo)是:調(diào)節(jié)微電網(wǎng)內(nèi)的饋線潮流，對無功和有功進(jìn)行獨立解耦控制;調(diào)節(jié)每個微型電源接口處的電壓，保證電壓的穩(wěn)定性;孤網(wǎng)運(yùn)行時，確保每個微型電源能快速的響應(yīng)，分擔(dān)用戶負(fù)荷;根據(jù)故障情況或是系統(tǒng)需要，平滑自主地實現(xiàn)與主網(wǎng)分離、并列或是兩者的過渡轉(zhuǎn)化。

(3)微電網(wǎng)的保護(hù)技術(shù)

微電網(wǎng)的保護(hù)與傳統(tǒng)保護(hù)方式有著本質(zhì)上的不同:潮流的雙向流通;微電網(wǎng)在并網(wǎng)和孤網(wǎng)運(yùn)行兩種情況下，由于饋線上分布著多個分布式發(fā)電系統(tǒng)，短路電流大小有很大不同。因此如何在兩種情況下快速感知主網(wǎng)的故障，同時保證保護(hù)的選擇性、快速性、可靠性與靈敏性，是微電網(wǎng)保護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵和難點。

(4)微電網(wǎng)的維護(hù)

微電網(wǎng)在新農(nóng)村建設(shè)中應(yīng)用必然針對新農(nóng)村為目標(biāo)客戶群，其維護(hù)須考慮到當(dāng)?shù)氐臍夂?、溫度、濕度以及其他環(huán)境因素和人為因素，在新農(nóng)村建設(shè)的過程中，很多基礎(chǔ)設(shè)施由于當(dāng)?shù)氐谋Ｗo(hù)意識或者其他因素遭到了破壞，對于基于新農(nóng)村的微電網(wǎng)的各種組件的維護(hù)是至關(guān)重要的。

(5)對安全的信息交互的需求

信息交互不僅僅是微電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，而且也是智能電網(wǎng)中亟待解決的問題，信息交互的能力和安全最為關(guān)鍵。這需要構(gòu)建一致的電子傳輸協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)框架。我國目前微電網(wǎng)的工程示范項目并沒有針對特定場所，在真正應(yīng)用中將面臨眾多問題，最為關(guān)鍵的技術(shù)問題之一就是信息交互的安全性。

5 結(jié)論

微電網(wǎng)技術(shù)將成為未來分布式發(fā)電供能系統(tǒng)集成技術(shù)的核心，這是不爭的事實。我國目前關(guān)于微電網(wǎng)的研究獲得了技術(shù)上的突破，可以預(yù)見隨著實驗室和工程示范階段的成熟，大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用將會逐漸提上日程，從微電網(wǎng)的建設(shè)用地、需求的政策等方面看，新農(nóng)村建設(shè)本身具備著吸收微電網(wǎng)應(yīng)用的特點，如果能將微電網(wǎng)的研究與應(yīng)用能夠和新農(nóng)村建設(shè)有機(jī)結(jié)合起來，將是技術(shù)、人文雙贏的結(jié)果。當(dāng)然，在不久的將來，我們也將能夠看到更多的應(yīng)用到工廠、城市大型建筑上的微電網(wǎng)。

［1］張建華，黃偉.微電網(wǎng)運(yùn)行控制與保護(hù)技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2010.7

［2］周渝慧.智能電網(wǎng):21世紀(jì)國際能源新戰(zhàn)略［M］.北京:清華大學(xué)出版社;北京交通大學(xué)出版社，2009.10

［3］何光宇，孫英云.智能電網(wǎng)基礎(chǔ)［M］.北京:中國電力出版社，2010

［4］張學(xué)松，我國微電網(wǎng)發(fā)展需關(guān)注的幾個問題［EB/ OL］.國家電網(wǎng)公司www.sgcc.com.cn