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        微電網(wǎng)技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景概述

        2015-04-29 00:00:00劉美珺
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年27期

        摘 要:為了推廣中小型清潔能源的應(yīng)用,微電網(wǎng)技術(shù)的研究與開發(fā)得到了高度重視。文章簡要介紹了微電網(wǎng)概念產(chǎn)生的背景和意義,從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)行與控制策略、安全機(jī)制與經(jīng)濟(jì)運(yùn)營等三個(gè)方面總結(jié)了國內(nèi)外微電網(wǎng)研究的最新進(jìn)展。并結(jié)合新時(shí)期智能電網(wǎng)建設(shè)的特點(diǎn),分析和闡述了微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展前景。

        關(guān)鍵詞:微電網(wǎng)技術(shù);分布式發(fā)電;可持續(xù)發(fā)展

        微電網(wǎng)(Micro-Grid)通常也譯作微網(wǎng),是一種集合了微電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能系統(tǒng)和控制裝置等的新興網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。相比于傳統(tǒng)的大電網(wǎng)建設(shè)來說,微電網(wǎng)是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我保護(hù)、控制、管理的自治系統(tǒng),而且除了孤立運(yùn)行,還能夠?qū)崿F(xiàn)和外部網(wǎng)絡(luò)的連接。其主要的特點(diǎn)是通過多個(gè)分布式電源以及對(duì)應(yīng)的負(fù)載按照一定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞椒?gòu)建的新型網(wǎng)絡(luò),并且借助于靜態(tài)開關(guān)實(shí)現(xiàn)和傳統(tǒng)電網(wǎng)進(jìn)行連接,因此微電網(wǎng)的開發(fā)以及延伸技術(shù)能夠促進(jìn)分布式電源以及可再生能源的大規(guī)模組網(wǎng),能夠?qū)崿F(xiàn)多種能源形勢的供給組織可靠性以及穩(wěn)定性的提高,是當(dāng)前最為有效的主動(dòng)式配電網(wǎng)方式,同時(shí)也是傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)過度的重要技術(shù)。為此我們?cè)敿?xì)分析了其研究的現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展形勢。

        1 微電網(wǎng)技術(shù)的基本特征

        微電網(wǎng)技術(shù)有著廣闊的市場前景,歐美等發(fā)達(dá)國家均已經(jīng)開展了相關(guān)的技術(shù)研究而且已經(jīng)在概念驗(yàn)證、方案控制、運(yùn)行特性等方面取得較好的突破。近兩年隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn),我國也開始了相關(guān)的研究,截止到2014年底,我國已經(jīng)開展的微電網(wǎng)示范工程30個(gè),涉及的類型廣泛。從目前來看微電網(wǎng)有著幾個(gè)重要的基本特征:微型,微電網(wǎng)電壓等級(jí)一般較低(多數(shù)為10kV以下),系統(tǒng)規(guī)模通常在兆瓦級(jí)以下;清潔,微電網(wǎng)多以風(fēng)能、太陽能等清潔能源為主要的內(nèi)部能源,或者是圍繞清潔能源利用;自治,能夠通過內(nèi)部電源實(shí)現(xiàn)全部或者部分自治;友好,可以緩解大規(guī)模分布式電源接入給電網(wǎng)的沖擊和影響。

        2 微電網(wǎng)的運(yùn)行與控制策略

        就運(yùn)行特性來看微電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)有著明顯的區(qū)別,微電網(wǎng)運(yùn)行控制的核心就是如何協(xié)調(diào)其內(nèi)部的逆變電源。由于微電網(wǎng)分布式發(fā)電類型、符合特點(diǎn)以及電能質(zhì)量約束等特殊條件的限制,導(dǎo)致其對(duì)于逆變電源的控制更加復(fù)雜。通常來說由于微電網(wǎng)分布式發(fā)電形式和容量的不同,一般為了實(shí)現(xiàn)逆變裝置的擴(kuò)充會(huì)采取多級(jí)并聯(lián)的方式,那么經(jīng)過并聯(lián)運(yùn)行的逆變電源在實(shí)際的運(yùn)行過程中,就可以實(shí)時(shí)的按照大電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度的需求調(diào)整輸出功率的電壓幅值、相位以及頻率等。對(duì)于孤島運(yùn)行來說,微電網(wǎng)內(nèi)部的逆變電源能夠在沒有大電網(wǎng)的參考數(shù)值的情況下實(shí)現(xiàn)自我調(diào)整,即自行調(diào)整輸出功率的電壓、頻率和相位等來科學(xué)的分配負(fù)載功率,并且能夠保護(hù)重要負(fù)載的運(yùn)行。一般來說微電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行效果不同,不同的分布式發(fā)電類型也常常對(duì)應(yīng)不同的控制策略,只有這樣才能在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下提升能源的利用效率。根據(jù)控制方式的不同,一般而言逆變電源的控制方法有恒壓恒頻控制、恒功率控制、下垂控制幾種。

        微電網(wǎng)的控制策略有兩種。一種是主從型(master-slave operation)控制策略,主從型控制策略是在一個(gè)主控單元的協(xié)調(diào)控制下,對(duì)不同類型的分布式發(fā)電賦予了不同的功能,并且對(duì)應(yīng)的采取了不同的控制方法;一種是對(duì)等型控制策略,這種控制策略是基于外特性下降為核心的控制手段,相比與主從型的控制方法不同的是,其對(duì)于不同發(fā)電模塊的控制方法是相同的,而且各個(gè)分布式發(fā)電模塊之間不存在從屬關(guān)系,在運(yùn)行中是平級(jí)的。

        3 經(jīng)濟(jì)效益和安全機(jī)制

        隨著環(huán)境保護(hù)以及能源危機(jī)的雙重影響,導(dǎo)致現(xiàn)在必須重視對(duì)清潔能源的利用,很多高效分布式能源工業(yè)的發(fā)展急需在靠近負(fù)荷中心設(shè)立一個(gè)對(duì)應(yīng)電源,而微電網(wǎng)以其重要的優(yōu)勢得到了快速的發(fā)展。從經(jīng)濟(jì)效益分析來看,當(dāng)前相關(guān)的儲(chǔ)能設(shè)備以及控制中心的建造價(jià)格非常高,一次性投資非常高,而且后期運(yùn)營和維護(hù)費(fèi)用成本也很高,而且由于微電網(wǎng)發(fā)展起步緩慢,相應(yīng)的電價(jià)制定和補(bǔ)貼凡是還沒有具體的方案,短期內(nèi)甚至未來相當(dāng)一段發(fā)展時(shí)期,傳統(tǒng)的并網(wǎng)模式的經(jīng)濟(jì)效益都要超過微電網(wǎng)控制。但是隨著國家對(duì)于清潔能源發(fā)展的重視,相關(guān)的政府補(bǔ)貼和政策必將對(duì)微電網(wǎng)有所傾斜。

        由于微電網(wǎng)存在著孤島運(yùn)行的機(jī)制,因此必須重視孤島檢測和防反送電等方面的問題。上文提到微電網(wǎng)內(nèi)部的分布式電源接入電壓較低,盡管能夠?qū)崿F(xiàn)就地平衡,但是不可避免的會(huì)對(duì)外部電網(wǎng)產(chǎn)生一定的影響。通常微電網(wǎng)能夠引發(fā)微電網(wǎng)孤島效應(yīng)的情況有三種:(1)配電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)停止,這個(gè)時(shí)候盡管整個(gè)電網(wǎng)是停電的,但是微電網(wǎng)讓然能夠通過內(nèi)部的儲(chǔ)能和備用電源短時(shí)間的維持系統(tǒng)運(yùn)行;(2)配電網(wǎng)或者配電網(wǎng)某處電路故障,引發(fā)線路斷開或者跳閘。這個(gè)時(shí)候會(huì)讓微電網(wǎng)以及網(wǎng)內(nèi)負(fù)載形成一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的電網(wǎng)系統(tǒng),并能夠通過自身的控制保證運(yùn)行的穩(wěn)定;(3)微電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)生非常規(guī)斷開的時(shí)候,微電網(wǎng)并沒有停止運(yùn)行。為了保障微電網(wǎng)技術(shù)的安全性,必須采取一定的措施。主要的方式有:對(duì)微電網(wǎng)分布式電源注入容量進(jìn)行限制,通過正序阻抗變化實(shí)現(xiàn)故障定位,基于組網(wǎng)技術(shù)的自我保護(hù),應(yīng)用于繼電保護(hù)的Agent等。

        4 未來的展望

        隨著微電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟,微電網(wǎng)在未來智能電網(wǎng)建設(shè)中的自愈、用戶側(cè)互動(dòng)以及需求響應(yīng)等方面的作用越來越重要,特別是隨著新能源發(fā)電技術(shù)的廣泛應(yīng)用,微電網(wǎng)也越來越向更高電壓等級(jí)、更大容量過度。綜合分析其未來的發(fā)展主要有以下幾個(gè)重要的發(fā)展方向:(1)隨著新能源利用技術(shù)的不斷升高,微電網(wǎng)未來的發(fā)展也將面臨與多種能源綜合利用有關(guān)問題。這些問題主要集中在以下幾個(gè)方面:家庭式分布電源需求量的不斷增加、大量柔性電力電子裝置的出現(xiàn)將進(jìn)一步增加微電網(wǎng)的復(fù)雜性、越來越多小發(fā)電機(jī)組并入引發(fā)的問題、微電網(wǎng)內(nèi)部電源以及儲(chǔ)能設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)化問題、微電網(wǎng)環(huán)境評(píng)價(jià)機(jī)制等。(2)面對(duì)未來發(fā)展中微電網(wǎng)和配電網(wǎng)更高層次的交互問題。微電網(wǎng)和配電網(wǎng)相連接后,微電網(wǎng)面臨著相當(dāng)多調(diào)整,例如內(nèi)部結(jié)構(gòu)、保護(hù)、控制方式都面臨著改革,不僅如此由于采用的全新的電能發(fā)電因此其電費(fèi)價(jià)格、能量管理模式都將作出適應(yīng)性的調(diào)整。因此一方面要保證配電網(wǎng)內(nèi)部調(diào)整逐漸實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化,并不斷的完善接入標(biāo)準(zhǔn)。另一方面也更加地重視微電網(wǎng)對(duì)于配電網(wǎng)的控制以及對(duì)用戶信息的搜集整理,借助于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)和用戶良好的互動(dòng)效果,通過微電網(wǎng)內(nèi)部能量優(yōu)化、智能配網(wǎng)技術(shù)、微網(wǎng)群全局優(yōu)化等逐漸提高微電網(wǎng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益,保證微電網(wǎng)技術(shù)向著經(jīng)濟(jì)性、安全性、高效性方面發(fā)展。(3)實(shí)現(xiàn)信息和能源管理的雙重功能。未來的智能電網(wǎng)建設(shè)不僅僅實(shí)現(xiàn)了電能管理的高效運(yùn)行,更加也能夠在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的幫助下,實(shí)現(xiàn)信息和能源的雙重功能,特別與負(fù)荷很近的微電網(wǎng),其未來的發(fā)展也必將以其靈活的供能方式與用電終端、企業(yè)以及物流等關(guān)聯(lián)緊密,而微電網(wǎng)對(duì)于能源和信息的共享和利用也將充分地發(fā)揮可再生能源的效益,滿足現(xiàn)代化的能源管理需求。

        5 結(jié)束語

        從當(dāng)前的發(fā)展來看,微電網(wǎng)目前還處在一個(gè)實(shí)驗(yàn)和示范階段,其技術(shù)到大面積的推廣和應(yīng)用還有相當(dāng)長一段路要走,但是其市場規(guī)模已經(jīng)初見端倪。從目前的環(huán)境形勢和能源危機(jī)的影響來看微電網(wǎng)有著良好的技術(shù)前景,文章總結(jié)了微電網(wǎng)技術(shù)的研究現(xiàn)狀,并結(jié)合其技術(shù)特點(diǎn)分析了其主要的發(fā)展趨勢,隨著國家政策和投入的不斷加大,中國未來將有更多的示范工程建設(shè)完成,在智能電網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮其重要的作用。

        參考文獻(xiàn)

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