王賽一 華月申 國網(wǎng)上海浦東供電公司顧辰方 上海電力設(shè)計(jì)院有限公司

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基于微網(wǎng)的分布式風(fēng)光儲系統(tǒng)并網(wǎng)典型方案研究

王賽一 華月申 國網(wǎng)上海浦東供電公司
顧辰方 上海電力設(shè)計(jì)院有限公司

摘要：基于對國內(nèi)外微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)和典型示范工程的調(diào)研上，結(jié)合微電網(wǎng)自身特性和我國能源結(jié)構(gòu)分析，闡述了微電網(wǎng)典型電源模式，研究并提出基于微電網(wǎng)的分布式風(fēng)光儲系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)，包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、微電網(wǎng)內(nèi)部的電氣接線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、供電制式(直流/交流供電和三相/單相供電)、相應(yīng)負(fù)荷和分布式電源所在微電網(wǎng)的位置等。并根據(jù)不同的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、所在地區(qū)，針對不同的外部電網(wǎng)，提出3大類，7小類的微電網(wǎng)典型并網(wǎng)方案。通過實(shí)際工程應(yīng)用分析了以上典型并網(wǎng)方案。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；分布式系統(tǒng)；典型并網(wǎng)方案

Research on Distributed Wind Power Solar Power Energy Storage System Grid-Connected Typical Solution Based on Micro Grid

王賽一：（1978-），男，博士，高級工程師，現(xiàn)任國網(wǎng)上海電力公司浦東供電公司發(fā)展策劃部副主任，主要負(fù)責(zé)浦東地區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃工作。

顧辰方：（1987-），男，碩士，工程師，現(xiàn)在上海電力設(shè)計(jì)院主要負(fù)責(zé)浦東地區(qū)規(guī)劃工作。

我國的能源結(jié)構(gòu)與負(fù)荷特性決定了西部、北部作為發(fā)電基地，中部東部作為負(fù)荷中心的電力工業(yè)發(fā)展特性。由此，通過長距離，大容量的輸電通道連接發(fā)電基地及負(fù)荷中心的輸電形式成為我國主要輸電形式。但這種形式發(fā)生事故時事故容易擴(kuò)散，且對于負(fù)荷中心的調(diào)峰問題造成較大壓力。而大范圍遠(yuǎn)距離的輸電，調(diào)峰較難，因此，可以考慮從需求側(cè)管理的角度解決。而靈活方便的分布式供電可以成為長距離，大容量供電模式的重要補(bǔ)充。但是普遍使用新能源的分布式發(fā)電受自然因素制約嚴(yán)重，這一因素直接導(dǎo)致了分布式電源、用電負(fù)荷、儲能裝置和控制裝置等結(jié)合而成的微電網(wǎng)概念。

實(shí)際工程中，根據(jù)微電網(wǎng)構(gòu)成電源的不同，微電網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)分類的不同，微電網(wǎng)建設(shè)地點(diǎn)，建設(shè)目的的不同，最后微電網(wǎng)的并網(wǎng)方式也不盡相同。如何快速有效地選擇合適的微電網(wǎng)并網(wǎng)方式，對提高微電網(wǎng)實(shí)際工程的建設(shè)效率有著重要意義。

1 微電網(wǎng)典型電源分類

微電網(wǎng)典型電源主要分為單一電源、風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電、微型燃?xì)廨啓C(jī)及聯(lián)供類電源、生物質(zhì)能微電網(wǎng)等多種類型。各種典型電源的適用范圍、并網(wǎng)特點(diǎn)各不相同。

1.1單一電源類

對于可再生能源種類較為單一的某些地區(qū)，主要采取適合當(dāng)?shù)氐目稍偕茉醋鳛槲㈦娋W(wǎng)基礎(chǔ)電源，同時為滿足不同的建設(shè)目的，配置不同的儲能及輔助的其他新能源電源。一般來說，單一電源類地區(qū)主要以風(fēng)電和光伏為主。

以風(fēng)電為主的微電網(wǎng)，主要應(yīng)用于我國西部，北部等風(fēng)力資源為一類或二類，但較為偏遠(yuǎn)的地區(qū)。這類微電網(wǎng)主要用于向當(dāng)?shù)毓?yīng)電力，作為大電網(wǎng)的重要補(bǔ)充。

此外，東南沿海省份，雖然處于風(fēng)資源較弱的三四類地區(qū)，但經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，電力市場成熟，也形成了很多以風(fēng)電為主的微電網(wǎng)，但這類微電網(wǎng)容量較小，且往往配有光伏，儲能等其他能源，主要以科學(xué)研究為主。一般以這種形式建立的微電網(wǎng)，均采用并網(wǎng)型，需要大電網(wǎng)支援。

與風(fēng)電型微電網(wǎng)類似，以光伏為主的微電網(wǎng)也分為并網(wǎng)型和離網(wǎng)型兩種。離網(wǎng)型光伏微電網(wǎng)為了解決晚上無陽光的問題，主要通過配置儲能設(shè)備滿足晚上的電力需求。限于成本，離網(wǎng)型光伏微電網(wǎng)所供負(fù)荷往往較小，且對供電可靠性要求不高。

并網(wǎng)型光伏微電網(wǎng)一般不配置或少量配置儲能，配置目的主要為改善電能質(zhì)量。建設(shè)地點(diǎn)則為電網(wǎng)較強(qiáng)的城市，而且往往與建筑相結(jié)合，避免占地過多，比如在公共設(shè)施、商業(yè)建筑及工業(yè)廠房屋頂?shù)劝惭b并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。

1.2風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電類

風(fēng)光儲聯(lián)合供電微電網(wǎng)是指以光伏發(fā)電和風(fēng)機(jī)發(fā)電為主要功能形式的微電網(wǎng)。在某些地區(qū)，風(fēng)光儲微電網(wǎng)可以結(jié)合風(fēng)電及光伏發(fā)電的特點(diǎn)，形成優(yōu)勢互補(bǔ)。比如，風(fēng)力發(fā)電往往白天發(fā)電少，夜間發(fā)電多，而光伏正相反。風(fēng)光結(jié)合可以在某種程度上減小微電網(wǎng)電源的波動性。

但是，風(fēng)光優(yōu)勢互補(bǔ)并非所有項(xiàng)目均適用，為在更廣泛的范圍內(nèi)體現(xiàn)風(fēng)光互補(bǔ)，同時微電網(wǎng)的電能質(zhì)量需要滿足其他要求，需要配置一定量的儲能設(shè)備，可以解決這類問題。

但風(fēng)光儲微電網(wǎng)由于配置了一定量的儲能裝置，成本往往較高，為了能最大程度削弱成本過高的開發(fā)壓力，這類微電網(wǎng)往往在風(fēng)光資源相對較好，電力市場較為成熟，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)作為試點(diǎn)開發(fā)。成本的因素限制了風(fēng)光儲微電網(wǎng)在一般地區(qū)的開發(fā)潛力。

1.3微型燃?xì)廨啓C(jī)及聯(lián)供類電源類

微電網(wǎng)實(shí)際建設(shè)時，除風(fēng)光儲等應(yīng)用范圍較廣，相對成本較低的電源外，也有其他類型電源。

目前我國諸多城市均開發(fā)工業(yè)園區(qū)、高科技園區(qū)，這類園區(qū)往往有較為穩(wěn)定的冷熱負(fù)荷需求。燃?xì)廨啓C(jī)具備單位功率費(fèi)用較低，環(huán)境友好，能源利用率高等特點(diǎn)，因此，燃?xì)廨啓C(jī)成為提供園區(qū)冷熱電聯(lián)供的中堅(jiān)力量，在我國北京，上海等地區(qū)已有大量應(yīng)用實(shí)例。

燃?xì)廨啓C(jī)最大的優(yōu)勢在于能源利用率高。通過充分燃燒天然氣推動汽輪機(jī)發(fā)電，直接利用廢氣供熱或通過溴化鋰機(jī)組制冷，以滿足冷熱負(fù)荷需求，提高能源利用率。但是限制燃?xì)廨啓C(jī)的主要因素在于氣源的落實(shí)。我國天然氣儲量分布不均，西氣東輸工程對于東部大中城市天然氣供應(yīng)有限，且價格往往較貴。因此目前燃機(jī)系統(tǒng)利用場合較少，僅限于天然氣供應(yīng)相對較為充足的大城市，且一般均為并網(wǎng)型電網(wǎng)，僅用來供應(yīng)冷熱負(fù)荷。

1.4生物質(zhì)能

生物質(zhì)能分為多種，包括木材碎屑、秸稈、沼氣、生活垃圾等等。我國資源豐富，不同的地區(qū)也適用于不同的生物質(zhì)能。比如，林業(yè)較為發(fā)達(dá)的東北部地區(qū)，可以利用采伐剩余碎屑作為生物質(zhì)發(fā)電原材料。中東部農(nóng)業(yè)較為發(fā)達(dá)的省份，適合以秸稈，糧食加工殘?jiān)茸鳛樯镔|(zhì)能發(fā)電的原材料。而廣大農(nóng)村地區(qū)，適宜發(fā)展畜禽養(yǎng)殖廢棄物沼氣發(fā)電等，并同時采用生活垃圾和農(nóng)作物秸稈等生物質(zhì)能，以這些供能系統(tǒng)為基礎(chǔ)發(fā)展微電網(wǎng)。

2 微電網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)分類

微電網(wǎng)從結(jié)構(gòu)上可以分為交流微電網(wǎng)、直流微電網(wǎng)及交直流微電網(wǎng)3類。

圖1　基于CERTS系統(tǒng)的微電網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)

2.1交流微電網(wǎng)

交流微電網(wǎng)目前還是微電網(wǎng)主流，以成熟交流電網(wǎng)為基本網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，在負(fù)荷側(cè)進(jìn)行負(fù)荷及微電網(wǎng)電源分配，成為交流微電網(wǎng)的雛形。

圖1為CERTS提出的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。此類微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要用于交流微電網(wǎng)。交流微電網(wǎng)所供負(fù)荷劃分主要依據(jù)供電可靠性要求，對于供電可靠性要求較高的負(fù)荷，可以通過A饋線供電，有儲能裝置的支撐。對供電可靠性要求一般的，可以通過B饋線供電，該饋線上安裝一定量分布式電源供電。其他負(fù)荷可以由饋線C供電，并網(wǎng)狀態(tài)下由大電網(wǎng)供電，離網(wǎng)運(yùn)行時，這種負(fù)荷可以切除

在實(shí)際工程中，完全符合這種基于CERTS系統(tǒng)的交流微電網(wǎng)形式相對較少，更多的交流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)往往采用如圖2形式的結(jié)構(gòu)。

這種結(jié)構(gòu)下，主微電網(wǎng)通?？稍O(shè)置為一個10kV的開閉所作為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，開閉所母線間母聯(lián)開關(guān)一般情況下斷開。一級微電網(wǎng)可以由該開閉所下的環(huán)網(wǎng)單元、配電所等構(gòu)成，由開閉所兩段母線分別提供電源。二級微電網(wǎng)可以由用戶內(nèi)部配電房構(gòu)成，由開閉所或環(huán)網(wǎng)單元，配電所分別供電。

圖2　常用交流微電網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)

2.2直流微電網(wǎng)

對于分布式電源較多，負(fù)荷較小的情況，可以選擇直流微電網(wǎng)。采用直流微電網(wǎng)，可以大量減少交流微電網(wǎng)中大量使用的變流器，使分布式電源中的電力直接由直流負(fù)荷消納。結(jié)構(gòu)更為簡單，損耗更小，效率更高。直流微電網(wǎng)一般可以分為以下四類：

（1）單母線結(jié)構(gòu)

單母線結(jié)構(gòu)直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單，易于擴(kuò)建。且可以直接為家庭負(fù)荷供電，終端易于現(xiàn)有交流戶用電網(wǎng)聯(lián)系。如圖3所示。

（2）雙層式母線結(jié)構(gòu)

雙層母線結(jié)構(gòu)的直流微電網(wǎng)，兼顧了高低壓直流負(fù)荷的用電需求。與戶用交流系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)的電壓等級較高，較低電壓等級主要用于小容量負(fù)荷的供電，并根據(jù)負(fù)荷需求合適選擇分布式電源接入。這種結(jié)構(gòu)可以提高負(fù)荷的安全性。如圖4所示。

（3）雙母線結(jié)構(gòu)

雙母線結(jié)構(gòu)與雙層母線結(jié)構(gòu)最大的不同在于雙母線結(jié)構(gòu)兩條母線均為主干網(wǎng)絡(luò)，電壓等級可以選擇380 V或220 V，均可以通過整流逆變設(shè)備與戶用交流網(wǎng)聯(lián)絡(luò)。而雙層母線結(jié)構(gòu)僅一條母線為主干網(wǎng)與交流網(wǎng)聯(lián)絡(luò)，第二層網(wǎng)絡(luò)為一些簡單負(fù)荷，直接由分布式電源供電。如圖5所示。

（4）單環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)

一般來說，低壓用戶采用放射式接線，由外部電網(wǎng)保證供電可靠性。但考慮到部分地區(qū)采用離網(wǎng)型微電網(wǎng)，為保證這類微電網(wǎng)負(fù)荷的供電可靠性，可以考慮嘗試在微電網(wǎng)中采用環(huán)網(wǎng)形式，從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層面加強(qiáng)可靠性。如圖6所示。

2.3交直流微電網(wǎng)

混合型交直流微電網(wǎng)通過交流系統(tǒng)與戶用交流網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)系，通過逆變器與直流微電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)。這種微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)靈活，適用于各類負(fù)荷。如圖7所示。

但是這種微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，相對建設(shè)成本較高。

圖3　單母線直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

圖4　雙層母線直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

3 微電網(wǎng)典型并網(wǎng)方案

綜上所述，微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)靈活，適用面廣，不能僅針對某一種電網(wǎng)、負(fù)荷情況提出微電網(wǎng)并網(wǎng)方式，應(yīng)根據(jù)周邊電網(wǎng)、負(fù)荷類型或負(fù)荷需求等邊界條件，考慮不同邊界條件的微電網(wǎng)并網(wǎng)方案。下面以外界電網(wǎng)的不同為基礎(chǔ)約束條件，以并網(wǎng)目標(biāo)，所供負(fù)荷為邊界條件，提出適應(yīng)于不同邊界條件的微電網(wǎng)典型并網(wǎng)基礎(chǔ)方案，實(shí)際工程時，可根據(jù)業(yè)主方面不同需求，組合各類基礎(chǔ)方案。

3.1城市電網(wǎng)

3.1.1并網(wǎng)目標(biāo)

城市電網(wǎng)包括市區(qū)，周邊近郊，工業(yè)園區(qū)，高科技園區(qū)等電網(wǎng)相對較為發(fā)達(dá)的地區(qū)。在區(qū)域內(nèi)，不同地區(qū)往往建設(shè)微電網(wǎng)的初衷不盡相同，總的來說分為以下幾種類型：

（1）提高供電可靠性。這種并網(wǎng)目標(biāo)往往是最常見的，對于城市電網(wǎng)的末端地區(qū)，往往會存在此類要求，特別是某些位于城市周邊的輕重工業(yè)負(fù)荷。在這種情況下，企業(yè)一般考慮自備電廠或小型發(fā)電設(shè)備，當(dāng)外界電網(wǎng)故障情況下，自備電廠啟動，為負(fù)荷供電。

（2）采用能源聯(lián)供方式提高能源利用率。這種并網(wǎng)目標(biāo)在高科技園區(qū)或者工業(yè)園區(qū)內(nèi)比較常見。采用這種并網(wǎng)目標(biāo)的地區(qū)一般冷熱電負(fù)荷距離較近，冷熱負(fù)荷相對比較明確，在有電網(wǎng)為負(fù)荷供電的條件下，利用聯(lián)供系統(tǒng)，一方面滿足自身冷熱負(fù)荷需求，另一方面提高能源效率，依靠相關(guān)政策一定程度上提高經(jīng)濟(jì)性。

（3）利用微電網(wǎng)消納分布式電源，減少用電量或提高房產(chǎn)附加值。這種情況在城區(qū)內(nèi)或小范圍工業(yè)廠區(qū)內(nèi)利用較多，多使用屋頂建設(shè)，從而限制了此種微電網(wǎng)的容量規(guī)模?？偟恼f來，這種微電網(wǎng)形式多變，小容量多布點(diǎn)的特點(diǎn)比較明顯。

圖5　雙母線結(jié)構(gòu)直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

圖6　單環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

圖7　交直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

3.1.2典型負(fù)荷

電網(wǎng)結(jié)構(gòu)屬于城市電網(wǎng)的區(qū)域，一般為城市、商業(yè)區(qū)，高科技園區(qū)或輕重工業(yè)區(qū)，負(fù)荷類型主要為工商業(yè)負(fù)荷、城區(qū)負(fù)荷等。

對于工業(yè)負(fù)荷，量大穩(wěn)定是其兩個最突出的特點(diǎn)。此外，對于工業(yè)園區(qū)、高科技園區(qū)，工業(yè)負(fù)荷往往與商業(yè)負(fù)荷，居民負(fù)荷共存。在這種園區(qū)內(nèi)供電系統(tǒng)與居民負(fù)荷比較相似，但相對于居民負(fù)荷，園區(qū)內(nèi)負(fù)荷特性峰谷差較小，曲線更為平緩。

城區(qū)負(fù)荷包括內(nèi)容較多，一般主要指服務(wù)業(yè)，表現(xiàn)在大型商廈、高級寫字樓、賓館等負(fù)荷。一般情況下，大型商廈、高級寫字樓負(fù)荷特性主要表現(xiàn)為負(fù)荷曲線峰谷差較大，曲線較為規(guī)律且負(fù)荷穩(wěn)定，每年變化不大，其用電高峰時段和電網(wǎng)總體負(fù)荷的高峰較為重疊，且與夏季、冬季溫度變化關(guān)系較為密切。對于賓館來說，由于賓館入住率不確定，因此賓館日負(fù)荷曲線較為不確定，但在工作日及節(jié)假日，旅游旺季及淡季之間差別較大。

3.1.3典型并網(wǎng)方案

針對以上城區(qū)微電網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)，負(fù)荷特性等基本前提，提出城區(qū)電網(wǎng)微電網(wǎng)并網(wǎng)典型方案：

（1）方案1A

本方案建設(shè)地點(diǎn)為工業(yè)園區(qū)或其他有需求的場所，且并網(wǎng)主要目標(biāo)為提高負(fù)荷供電可靠性。微電網(wǎng)電源以柴發(fā)系統(tǒng)或燃?xì)廨啓C(jī)等可以穩(wěn)定輸出電力的電源為主，為對供電可靠性要求較高的負(fù)荷供電，同時采用部分風(fēng)光儲系統(tǒng)為輔助，以適當(dāng)降低柴發(fā)系統(tǒng)或燃?xì)庀到y(tǒng)燃料成本。微電網(wǎng)采用交流系統(tǒng)并入廠區(qū)內(nèi)原有電網(wǎng)系統(tǒng)。

方案1A的典型并網(wǎng)方案如圖8所示。對于這種類型的微電網(wǎng)，柴發(fā)系統(tǒng)直接與重要負(fù)荷接入同一饋線，保證在外部電網(wǎng)斷電時能夠及時為重要負(fù)荷供電。

（2）方案1B

本方案建設(shè)地點(diǎn)位于工業(yè)園區(qū)或高科技園區(qū)，并網(wǎng)主要目標(biāo)為提高能源利用率，利用能源聯(lián)供方式解決園區(qū)內(nèi)供冷供熱問題并兼顧供電可靠性。微電網(wǎng)電源采用以燃?xì)廨啓C(jī)為主的聯(lián)供型同步機(jī)組，輔以小容量光伏、風(fēng)電及儲能裝置，可以采用交流系統(tǒng)或交直流微電網(wǎng)系統(tǒng)并入電網(wǎng)。

圖8　微電網(wǎng)典型并網(wǎng)方案1A

圖9　方案1B典型并網(wǎng)方式一

方案1B與方案1A主要區(qū)別在于方案1B為以熱定電方式，主要保證廠區(qū)內(nèi)供熱供冷，在保證冷熱負(fù)荷的基礎(chǔ)上，保證部分電負(fù)荷。因此，該類微電網(wǎng)中電負(fù)荷的供電可靠性只能兼顧，無法保證。

此外，方案1B可以直接選擇直流系統(tǒng)為重要直流負(fù)荷（如中央機(jī)房）供電（如圖9），也可以選擇交流系統(tǒng)兼顧其他負(fù)荷（如圖10），結(jié)構(gòu)上與方案1A有較大差別。

（3）方案1C

本并網(wǎng)方案建設(shè)地點(diǎn)位于城區(qū)各建筑屋頂或周邊空地，并網(wǎng)目標(biāo)為消納分布式電源，小規(guī)模應(yīng)用，提高房產(chǎn)附加值。微電網(wǎng)電源類型主要考慮采用光伏、風(fēng)電等單一電源，或采用風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電、化學(xué)燃料電池等類型電源。利用房屋原有交流系統(tǒng)并入電網(wǎng)。如圖11。

3.2農(nóng)村電網(wǎng)

3.2.1并網(wǎng)目標(biāo)

農(nóng)村地區(qū)微電網(wǎng)并網(wǎng)目標(biāo)總的來說分為以下兩種類型：

（1）提高供電可靠性。農(nóng)村電網(wǎng)地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱，各類用戶位于電網(wǎng)末端，電能質(zhì)量、可靠性較差。在這種情況下，利用微電網(wǎng)加強(qiáng)農(nóng)村電網(wǎng)用戶側(cè)供電可靠性及電能質(zhì)量，可以作為對公用電網(wǎng)的有效補(bǔ)充。

（2）利用農(nóng)村自然資源，發(fā)展分布式電源。農(nóng)村可再生資源較多，包括風(fēng)力，光伏，水力，生物質(zhì)，柴發(fā)系統(tǒng)，微型燃?xì)廨啓C(jī)、柴油機(jī)、氫能等。各農(nóng)村用電負(fù)荷限于地理環(huán)境的不同，微電網(wǎng)電源選擇各不一樣，原則上考慮最大限度利用農(nóng)村自然資源，分布式電源的位置一般需靠近負(fù)荷，產(chǎn)生的電能就地消納，作為電網(wǎng)末端的有力補(bǔ)充。

圖10　方案1B典型并網(wǎng)方式二

3.2.2典型負(fù)荷

農(nóng)村負(fù)荷特性分析同樣包括各類農(nóng)業(yè)、工業(yè)、公共設(shè)備和居民用電設(shè)備的特點(diǎn)。一般來說，農(nóng)村地區(qū)負(fù)荷是農(nóng)業(yè)，工業(yè)或村民居住/公共設(shè)施等三類負(fù)荷的組合，組合負(fù)荷體現(xiàn)出季節(jié)性較強(qiáng)、年最大用小時數(shù)較低、負(fù)荷密度較小及功率因數(shù)低等多個特點(diǎn)。

3.2.3典型并網(wǎng)方案

在農(nóng)村電網(wǎng)方式下，微電網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)主要為提高供電可靠性、最大程度利用農(nóng)村地區(qū)豐富的可再生能源。建設(shè)地點(diǎn)則主要在住宅附近空地、屋頂?shù)鹊攸c(diǎn)。綜合上述各類微電網(wǎng)并網(wǎng)目標(biāo)及建設(shè)地點(diǎn)，歸納總結(jié)出如下幾類農(nóng)村電網(wǎng)方式下并網(wǎng)典型方案：

（1）方案2A

本方案建設(shè)地點(diǎn)為農(nóng)村居民或公用建筑的屋頂，且并網(wǎng)主要目標(biāo)為最大限度利用地區(qū)周邊分布式電源。微電網(wǎng)電源采用風(fēng)光儲系統(tǒng)、小容量生物質(zhì)電源或柴發(fā)系統(tǒng)，容量考慮多用戶級或單用戶級，根據(jù)配置容量大小，采用交流或直流系統(tǒng)并入房屋原有電網(wǎng)系統(tǒng)。如圖12、圖13。

（2）方案2B

本方案建設(shè)地點(diǎn)為農(nóng)村地區(qū)周邊空余土地或沿海灘涂等正常農(nóng)業(yè)生產(chǎn)無法利用的區(qū)域，且并網(wǎng)主要目標(biāo)為利用微電網(wǎng)加城市電網(wǎng)末端結(jié)構(gòu)。微電網(wǎng)電源采用生物質(zhì)電源、風(fēng)光儲系統(tǒng)，一般采用交流系統(tǒng)并入該地區(qū)原有電網(wǎng)系統(tǒng)。如圖14。

3.3無電地區(qū)或孤立電網(wǎng)

3.3.1并網(wǎng)目標(biāo)

這種電網(wǎng)系統(tǒng)比較薄弱，多采用單電源放射式結(jié)構(gòu)，饋線之間無聯(lián)絡(luò)或聯(lián)絡(luò)較少。但往往新能源豐富。對于無電地區(qū)或孤立電網(wǎng)地區(qū)，微電網(wǎng)并網(wǎng)目標(biāo)總的來說分為以下幾種類型：

（1）為無電地區(qū)提供電力。在這種并網(wǎng)目標(biāo)下，可以采用分散式或集中式并網(wǎng)方式。分散式利用風(fēng)光儲系統(tǒng)、小型柴發(fā)系統(tǒng)等，安裝于每一用戶屋頂或周邊空地，利用交流或直流直接為用戶供電，各用戶彼此之間沒有電氣聯(lián)系。集中式以一個村莊或幾家用電負(fù)荷為一單位，在空地中建設(shè)多用戶級別的風(fēng)光儲、柴發(fā)系統(tǒng)等，同時配套建設(shè)配電網(wǎng)，利用交流系統(tǒng)為各用戶提供電力。

（2）提高供電可靠性。以這種并網(wǎng)目標(biāo)建設(shè)的微電網(wǎng)主要位于某些海島地區(qū)。負(fù)荷類型包括簡單民用、商用及特殊的軍事負(fù)荷。軍事負(fù)荷主要為海防或海洋監(jiān)測、雷達(dá)等對供電可靠性要求極高的負(fù)荷。鑒于這類負(fù)荷，僅靠出力不夠穩(wěn)定的可再生能源無法滿足這類負(fù)荷需求，還需要考慮配置柴發(fā)系統(tǒng)、UPS等電源為軍事負(fù)荷提供電力。對于一般的島內(nèi)居民商業(yè)負(fù)荷，采用一般可再生能源作為微網(wǎng)電源即可。需要特別指出，離網(wǎng)型微電網(wǎng)由于沒有大電網(wǎng)的支撐，尤其需要注重電能質(zhì)量的要求。

3.3.2典型負(fù)荷

無電地區(qū)負(fù)荷需求相較上文城市電網(wǎng)及農(nóng)村電網(wǎng)較簡單。一般說來，無電地區(qū)工業(yè)負(fù)荷，商業(yè)負(fù)荷較少且對供電可靠性要求不高，絕大部分負(fù)荷均為居民負(fù)荷，包括電燈、電扇、電視、收音機(jī)、少量電腦、水泵等，對電能質(zhì)量、供電可靠性要求不高。僅個別情況下需要考慮軍事負(fù)荷。

圖11　方案1C典型并網(wǎng)方式

圖12　方案2A典型并網(wǎng)方式一（交流結(jié)構(gòu)）

圖13　方案2A典型并網(wǎng)方式二（直流結(jié)構(gòu)）

3.3.3典型并網(wǎng)方案

（1）方案3A

本方案建設(shè)地點(diǎn)為負(fù)荷需求地區(qū)各房屋的屋頂及周邊空地，并網(wǎng)目標(biāo)為負(fù)荷提供電力，負(fù)荷為簡單的家用電器。微電網(wǎng)電源以風(fēng)光儲系統(tǒng)為主，個別需要提供長時間電力的負(fù)荷（如冰箱）可以加配小型柴發(fā)系統(tǒng)。采用交流或直流為用戶供電。如圖15、圖16。

（2）方案3B

與方案3A類似，本方案建設(shè)地點(diǎn)為負(fù)荷需求地區(qū)周邊空地，并網(wǎng)目標(biāo)為負(fù)荷提供電力，負(fù)荷為簡單的家用電器。微電網(wǎng)電源以風(fēng)光儲系統(tǒng)為主，個別需要提供長時間電力的負(fù)荷（如冰箱）可以在用戶側(cè)加配小型柴發(fā)系統(tǒng)。

與方案3A不一致的是，方案3B通過集中式為該地區(qū)所有用戶供電，同時，兼顧無電地區(qū)網(wǎng)架規(guī)劃，采用交流為用戶供電。如圖17。

3.4方案總結(jié)

本文提出了三大類，七小類微電網(wǎng)基礎(chǔ)典型并網(wǎng)方案，現(xiàn)總結(jié)如表1。需要指出的是，在實(shí)際工程中，這七類基礎(chǔ)方案并不能涵蓋所有需求，一般需要進(jìn)行組合，選擇合適的并網(wǎng)組合方案。

圖14　方案2B典型并網(wǎng)方式

圖15　方案3A典型并網(wǎng)方式一

圖16　方案3A典型并網(wǎng)方式二

4 實(shí)例分析

4.1實(shí)例1

（1）并網(wǎng)目標(biāo)

實(shí)例1為上海電力學(xué)院微電網(wǎng)項(xiàng)目，并網(wǎng)目標(biāo)為科學(xué)技術(shù)研究，兼顧能源的最大化利用并提高負(fù)荷的供電可靠性。本工程充分利用校園內(nèi)的樓頂以及空曠地帶安裝一定容量的光伏發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，并接入燃?xì)廨啓C(jī)、儲能裝置、電動汽車充電站，與大電網(wǎng)一起為院內(nèi)負(fù)荷供電。同時，建設(shè)智能用電系統(tǒng)，在研究生宿舍樓實(shí)現(xiàn)智能用電雙向互動。

（2）典型并網(wǎng)方案

本項(xiàng)目并網(wǎng)目標(biāo)為科學(xué)技術(shù)研究，兼顧能源的最大化利用并提高負(fù)荷的供電可靠性，因此考慮應(yīng)用較多類型的微電網(wǎng)電源。本微網(wǎng)分布式電源包括多種類型，有光伏發(fā)電組件、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、微燃機(jī)組和柴油發(fā)電機(jī)組。本項(xiàng)目位于上海市區(qū)，周邊電網(wǎng)屬于城市電網(wǎng)，且本項(xiàng)目目的為搭建一套功能完善的微電網(wǎng)系統(tǒng)，以科研需求為主，兼顧實(shí)現(xiàn)光伏、風(fēng)機(jī)可再生能源的最大化利用，因此考慮基礎(chǔ)方案為方案1A及方案1C，將兩者方案結(jié)合，既滿足提高供電可靠性的要求，也可以滿足多種微電網(wǎng)電源綜合使用帶來的科研價值，使本項(xiàng)目滿足多負(fù)荷、多電源的科研要求。如圖18所示。

圖17　方案3B典型并網(wǎng)方式

表1 微電網(wǎng)典型并網(wǎng)方案總結(jié)

方案編號　　適用并網(wǎng)目標(biāo)　　適用負(fù)荷需求　　電源選擇　　并網(wǎng)方式　　備注1A　　提高供電可靠性　　不可斷電負(fù)荷、對電能質(zhì)量要求高　條件允許下可選擇燃?xì)廨啓C(jī)、生物質(zhì)機(jī)組　　交流　　若負(fù)荷對電能質(zhì)量要求不高，可以將柴發(fā)系統(tǒng)替換為風(fēng)光儲1B　解決冷熱負(fù)荷需求，兼顧供電可靠性柴發(fā)系統(tǒng)為主，加配少量風(fēng)光儲系統(tǒng)，電負(fù)荷兼顧　　燃?xì)廨啓C(jī)為主，加配少量風(fēng)光儲　　交流、直流　　以熱定電，無法保證供電可靠性1C　　消納分布式電源　　普通居民、商業(yè)等負(fù)荷　　單一電源或風(fēng)光儲、燃料電池等為主電源　　交流　-2A　　最大限度利用分布式資源冷熱負(fù)荷必須滿足，普通居民、商業(yè)等負(fù)荷風(fēng)光儲系統(tǒng)、生物質(zhì)電源為主，條件允許時加配柴發(fā)等　　交流、直流　　與1C區(qū)別主要在于電源選擇2B　　利用微電網(wǎng)加城市電網(wǎng)末端結(jié)構(gòu)　條件允許時加配柴發(fā)等　　交流　　容量較大，利用生物質(zhì)電源等加強(qiáng)末端電網(wǎng)3A　　為無電地區(qū)供電　　簡單居民用電　　風(fēng)光儲為主，個別重要負(fù)荷配置柴發(fā)系統(tǒng)　交流、直流　-3B　　為無電地區(qū)供電　　簡單居民用電　　風(fēng)光儲為主，個別重要負(fù)荷配置柴發(fā)系統(tǒng)　　交流　　與3A區(qū)別在于集中式供電，風(fēng)光儲容量較大普通居民、商業(yè)等負(fù)荷風(fēng)光儲系統(tǒng)、生物質(zhì)電源為主，

4.2實(shí)例2

（1）并網(wǎng)目標(biāo)

本項(xiàng)目為西非多哥無電地區(qū)微電網(wǎng)項(xiàng)目，微電網(wǎng)并網(wǎng)的目標(biāo)為向村莊內(nèi)急需用電的負(fù)荷供電。

（2）典型并網(wǎng)方案：

本項(xiàng)目并網(wǎng)目標(biāo)為無電地區(qū)供電，在這種并網(wǎng)目標(biāo)下，可以采用分散式或集中式并網(wǎng)方式，分散式利用風(fēng)光儲、小型柴發(fā)系統(tǒng)等，安裝于每一用戶屋頂或周邊空地，利用交流或直流直接為用戶供電，各用戶彼此之間沒有電氣聯(lián)系。集中式以一個村莊或幾家用電負(fù)荷為一單位，在空地中建設(shè)多用戶級別的風(fēng)光儲、柴發(fā)系統(tǒng)等，同時配套建設(shè)配電網(wǎng)，利用交流系統(tǒng)為各用戶提供電力。

本項(xiàng)目經(jīng)過業(yè)主選擇，最終選擇集中式供電方案（即基礎(chǔ)并網(wǎng)方案3B），考慮在每一村莊的空地中建設(shè)一座光儲電站，并在村莊中規(guī)劃建設(shè)10kV電壓等級的交流配電網(wǎng)，為各用戶供電。本工程微電網(wǎng)建設(shè)容量隨村莊大小，負(fù)荷需求變化，典型并網(wǎng)方案如圖19所示。

并網(wǎng)方案中充分考慮了本工程所有負(fù)荷對于供電可靠性的需求，水泵僅在一天中使用兩次，對供電可靠性需求較低，路燈白天不開啟，夜間僅開啟部分，起到基本照明作用，可以隨時斷電，學(xué)校中沒有高級用電負(fù)荷，用電負(fù)荷僅電扇及廣播。居民負(fù)荷中主要為電燈、電扇、收音機(jī)等小功率用電設(shè)備，因此以上負(fù)荷對供電可靠性要求均較低，僅通過光儲電站供電，不再考慮其他電源。醫(yī)院負(fù)荷中包括冰箱負(fù)荷，需要長時間提供低溫以儲存藥品，對供電可靠性要求較高，因此微電網(wǎng)并網(wǎng)方案中考慮加配柴發(fā)系統(tǒng)以應(yīng)急供電。

5 結(jié)語

針對我國微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及并研究，在前期介紹微電網(wǎng)主要電源類型及微電網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，以并網(wǎng)目標(biāo)，所供負(fù)荷為邊界條件，提出共三大類，七小類，適應(yīng)于不同邊界條件的微電網(wǎng)典型并網(wǎng)基礎(chǔ)方案。最后介紹了在實(shí)際工程中微電網(wǎng)基礎(chǔ)并網(wǎng)方案的應(yīng)用?？梢钥闯?，本文提出的典型并網(wǎng)方案具備較好的工程實(shí)用性。

圖18　實(shí)例1典型并網(wǎng)方案

圖19　實(shí)例2微電網(wǎng)并網(wǎng)方式

Wang Saiyi, Hua Yueshen State Grid Shanghai Pudong Power Supply Company
Gu Chenfang Shanghai Electric Power Design Co.,Ltd

Abstract:Based on survey of domestic and overseas laboratory system and typical demonstration projects of micro grid, the article describes typical power mode of micro grid combined with micro grid self characteristics and analysis of energy structure in China.It puts forward typical structure of distributed wind power solar power energy storage system based on micro grid, including network topology, electrical wiring network structure inside micro grid, power supply system (DC/AC power supply and three-phase/single phase power supply), location of corresponding load and distributed power grid in micro grid etc.It suggests 3 categories, 7 sub-categories typical micro grid-connected solution based on different micro grid structure, location and outside power network.Finally it analyzes above solutions through practical applied grid-connected projects.

Key words:Micro Grid, Distributed System, Typical Grid-Connect Solution

[作者簡介]

DOI:10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.03.009