祁世友 李育州

摘? 要：我國不可再生能源短缺和環(huán)境惡化問題凸顯，對可再生新能源的開發(fā)迫在眉睫，現(xiàn)以大學后勤供電系統(tǒng)為例，對配合智能微電網(wǎng)建設進行研究。該文首先對學校后勤供電系統(tǒng)的特點和智能微電網(wǎng)的特點進行了論述。其次詳細介紹了智能微電網(wǎng)技術的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向，引入物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新技術建設智能微電網(wǎng)優(yōu)化管理控制系統(tǒng)，對智能微電網(wǎng)電能質量進行優(yōu)化。最后，對學校后勤智能微電網(wǎng)建設進行展望。

關鍵詞：學校后勤;智能微電網(wǎng);智能微電網(wǎng)優(yōu)化管理控制系統(tǒng)

中圖分類號：TM76? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

近年來，隨著社會的發(fā)展，人民群眾的用電需求逐步提高，為解決傳統(tǒng)大電網(wǎng)供電系統(tǒng)易發(fā)生大規(guī)模停電、供電方式單一等缺點，國家結合新能源開發(fā)，提出了分布式發(fā)供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)引入了新能源發(fā)電系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)大電網(wǎng)供電的一系列不足。在分布式發(fā)供電系統(tǒng)應用的過程中，出現(xiàn)了分布式發(fā)電電源電能質量波動、系統(tǒng)建設投入高等問題[1]。面對一系列問題，電力科研人員結合傳統(tǒng)大電網(wǎng)供電系統(tǒng)和分布式發(fā)供電系統(tǒng)的優(yōu)勢，提出了智能微電網(wǎng)的概念。學校作為一個獨立的單位其可利用建設空間大，為保證學校后勤供電穩(wěn)定、節(jié)能、環(huán)保，提高各類新能源的利用率，現(xiàn)研究將智能微電網(wǎng)技術應用于學校后勤供電系統(tǒng)中。

1 學校后勤供電系統(tǒng)特點

以大學校園后勤供電系統(tǒng)為例，學校后勤供電系統(tǒng)相對來說就是一個相對獨立的系統(tǒng)。大學校園通常情況下由10 kV變電站對教學區(qū)、宿舍區(qū)、家屬區(qū)等進行供電，為保證大學校園內學生的學習、科研、生活用電需求，學校后勤部門應保證供電的穩(wěn)定性和供電的質量，供電的穩(wěn)定性能保證校園密集人口的學習、生活用電基本需求。高質量的電能功能可以保證學校相關實驗的開展，并保障用電設備的安全運行，保證用電設備的正常工作壽命[2]。

學校后勤供電現(xiàn)階段的供電方式以單連支供電方式為主，當與學校相關的供電區(qū)域發(fā)生供電故障時，學校后勤供電將全面中斷，老師、學生等密集人口的日常學習、工作、生活得不到保障，突然的供電中斷會導致學校的基礎設施、學校的重點試驗設備損壞，給學校造成很大損失?，F(xiàn)階段，有的學校供電采用環(huán)網(wǎng)供電，保證了學校的供電穩(wěn)定性和供電質量。

在當今新能源開發(fā)的大時代，有效利用新能源成為當今社會的研究課題，對于校園來說，應充分利用校園空間資源，對太陽能、風能等新能源進行開發(fā)，并組建學校后勤獨立的應急供電系統(tǒng)，以此來保證校園師生的正常工作學習生活，智能微電網(wǎng)概念的產(chǎn)生為學校后勤部門解決這一問題提供了一個新的方向。

2 智能微電網(wǎng)

當今社會環(huán)境問題、不可再生資源短缺問題日益凸顯，清潔可再生能源的開發(fā)已經(jīng)成為當今社會的重要研究方向。結合保證供電穩(wěn)定性的區(qū)域供電概念，智能微電網(wǎng)概念應運而生。

智能微電網(wǎng)是一個即可以并網(wǎng)運行，又可以孤島運行的區(qū)域供電網(wǎng)絡，智能微電網(wǎng)引入太陽能、風能、潮汐能、沼氣、地熱能等新能源發(fā)電形式，形成發(fā)電、輸電、配電、用電等全部環(huán)節(jié)相對獨立的電力系統(tǒng)，智能微電網(wǎng)由分布式發(fā)電設備、能量轉換設備、儲能設備、保護及電能質量監(jiān)控等設備組成。智能微電網(wǎng)可以就近提供電能，提高電力供應的穩(wěn)定性和可靠性，供電靈活性優(yōu)勢明顯。

智能微電網(wǎng)具有以下4個特點。1）自治性，智能微電網(wǎng)系統(tǒng)內的所有設備都可以由智能微電網(wǎng)系統(tǒng)自行控制管理，無需同外部供電系統(tǒng)協(xié)調控制，這樣使得微電網(wǎng)的運行方式更加靈活。2）互動性，智能微電網(wǎng)系統(tǒng)采用多種形式的通信、控制設備，使得分布式發(fā)電設備、儲能設備、配電系統(tǒng)、用電系統(tǒng)之間的互動更加靈活，各系統(tǒng)間的協(xié)同性更好。3）多元性，智能微電網(wǎng)系統(tǒng)內的發(fā)電設備、用電設備類型繁多，為系統(tǒng)的運行方式提供了更多的可能性。4）智能性，智能微電網(wǎng)系統(tǒng)建立了智能的信息管理系統(tǒng)，并引入大數(shù)據(jù)、云計算等新技術，可以實現(xiàn)對智能微電網(wǎng)內部進行負荷預測、故障判斷、故障切除等功能。

智能微電網(wǎng)的多種功能由多種設備共同實現(xiàn)。智能微電網(wǎng)與外部傳統(tǒng)大電網(wǎng)通過PCC（Point of Common Coupling）連接點連接，智能微電網(wǎng)內部的發(fā)電系統(tǒng)由光伏發(fā)電系統(tǒng)、風力發(fā)電系統(tǒng)、水利發(fā)電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機、燃氣發(fā)電機等構成，可以確保在任何時候發(fā)電系統(tǒng)都能提供足夠的電能供應。配電系統(tǒng)由雙向變換器和與傳統(tǒng)大電網(wǎng)連接的變壓器組成，并建立智能微電網(wǎng)信息管理控制平臺及電能質量監(jiān)控平臺，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)及電能質量的智能控制。同時，智能微電網(wǎng)還應配置電力儲能系統(tǒng)，實現(xiàn)對電能的控制。

3 智能微電網(wǎng)技術的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向

微電網(wǎng)的概念最早由美國電力研究部門提出并進行驗證，美國電力研究部門根據(jù)構想建立示范工程，通過PCC將微電網(wǎng)與傳統(tǒng)大電網(wǎng)相連，美國電力研究部門提出微電網(wǎng)建設的目的是為了引入新能源發(fā)電系統(tǒng)，提高供電穩(wěn)定性、提升電能質量、提升電網(wǎng)智能化水平，同時微電網(wǎng)還可以為特殊用電部門提供個性化的供電服務。

我國同樣也意識到電能將會是我國主要的流通能源，20世紀初，我國確定了建設智能電網(wǎng)的電網(wǎng)發(fā)展方向，結合分布式發(fā)電和可再生資源研究，國家建立了863、793項目，對智能微電網(wǎng)技術進行重點研究，天津大學、合肥工業(yè)大學率先建立微電網(wǎng)研究實驗室，對智能微電網(wǎng)微電網(wǎng)優(yōu)化管理調度、儲能技術、電能質量優(yōu)化等方面進行研究，我國相繼建立了邊遠地區(qū)微電網(wǎng)、海導微電網(wǎng)等示范工程?，F(xiàn)階段，保證微電網(wǎng)高質量的電能供應是微電網(wǎng)技術的研究方向[3]。

智能微電網(wǎng)優(yōu)化管理系統(tǒng)開發(fā)的關鍵在于其軟件的開發(fā)，智能微電網(wǎng)有關管理系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)需完成以下4個主要任務。1）完成對智能微電網(wǎng)運行狀況進行實時監(jiān)控。2）及時獲取微電網(wǎng)運行狀況的實時數(shù)據(jù)，并對其進行實時分析評估，按照國家規(guī)定，及時發(fā)現(xiàn)微電網(wǎng)內的故障，不斷優(yōu)化智能微電網(wǎng)的電能質量。3）智能微電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)實時存儲功能，將微電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)存入服務器中，為微電網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)其他功能和相關調度部門進行調度提供數(shù)據(jù)支持。4）建立人機交互界面，繪制微電網(wǎng)運行相關的圖表，曲線，使工作人員可以更直觀地了解智能微電網(wǎng)運行情況，同時使工作人員的操作更加便捷。

為實現(xiàn)以上功能，智能微電網(wǎng)優(yōu)化管理系統(tǒng)軟件部分，通過構建信息采集系統(tǒng)采集微電網(wǎng)電壓偏差、微電網(wǎng)頻率偏差、電壓閃變及波動、電網(wǎng)諧波及三相不平衡度等指標，使用LabVIEW軟件開發(fā)平臺建立電能質量監(jiān)測分析模塊，對幾個采集的電能質量指標進行分析，為智能微電網(wǎng)優(yōu)化管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。

以智能微電網(wǎng)電壓閃變檢測模塊為例，說明各模塊的建設過程。首先了解電壓閃變原理，智能微電網(wǎng)電壓閃變是由于沖擊性負荷的投入和切斷產(chǎn)生的，電壓閃變指標的評估需要對智能微電網(wǎng)系統(tǒng)短時間內的閃變值進行計算，閃變電壓的相關計算公式為：

Pst=（0.00314P0.1+0.0525P1+0.0657P3+0.28P10+0.08P50）50 （1）

式中：P0.1、P1、P3、P10、P50分別為10 min測量時間內，第 i 級視感度的累積時間與總測試時間之比超過0.1%、1%、3%、10%、50%的視干度值。

通過分析電壓閃變指標，調節(jié)智能微電網(wǎng)無功補償器、有源濾波器等設備來抑制電壓閃變和波動，同時對智能微電網(wǎng)濾波進行治理。

4 學校后勤智能微電網(wǎng)展望

學校后勤供電系統(tǒng)是相對封閉的供電系統(tǒng)，同時學?？臻g優(yōu)勢明顯，建設學校后勤智能微電網(wǎng)是大勢所趨。學校后勤智能微電網(wǎng)的建設可根據(jù)校園特點進行建設，在分布式發(fā)電設備安裝方面，可以在學校教學樓、宿舍樓頂安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)，可以在學?？諘绲貐^(qū)安裝風力發(fā)電系統(tǒng)，利用可再生新能源向智能微電網(wǎng)系統(tǒng)供電，同時在智能微電網(wǎng)系統(tǒng)中安裝柴油發(fā)電機和儲能設備，提高智能微電網(wǎng)電能質量，應對智能微電網(wǎng)突發(fā)情況。為提高智能微電網(wǎng)電能質量，還應引入物聯(lián)網(wǎng)技術，配置智能微電網(wǎng)優(yōu)化管理控制系統(tǒng)，完成對智能微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質量和設備的全面監(jiān)測，使用先進控制策略對智能微電網(wǎng)系統(tǒng)進行優(yōu)化控制，提高電能質量，提升智能微電網(wǎng)經(jīng)濟效益。同時，學校后勤智能微電網(wǎng)系統(tǒng)還需安裝大量無功補償設施，用以改善學校后勤智能微電網(wǎng)電能質量。

學校后勤智能微電網(wǎng)建設可以作為對傳統(tǒng)大電網(wǎng)的補充。首先，智能微電網(wǎng)可以在小范圍內對分布式發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性進行提升，利用智能微電網(wǎng)優(yōu)化管理控制系統(tǒng)對電能質量進行提升，滿足學校師生對供電可靠性的要求，降低用電成本。同時，給可再生新能源開發(fā)開創(chuàng)新的方式，緩解我國不可再生資源短缺和環(huán)境污染問題。其次，學校后勤智能微電網(wǎng)的建設應用智能微電網(wǎng)優(yōu)化管理控制平臺，將整個微電網(wǎng)系統(tǒng)內的各個設備，通過數(shù)字化設備和無線通信設備連接起來，實現(xiàn)發(fā)電、輸電、配電、用電的統(tǒng)一調度，實現(xiàn)電網(wǎng)內部信息一體化平臺建立，同時構建智能微電網(wǎng)內部反饋體系，提高可電網(wǎng)治理的信息化、智能化水平，提高了能源的利用率，提升了電網(wǎng)的自我診斷、自我管理能力，取得智能微電網(wǎng)效益的最大化。最后，校園后勤智能微電網(wǎng)建設應用了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新技術，技術的應用對電網(wǎng)的實時監(jiān)測、故障診斷、電網(wǎng)自愈、優(yōu)化管理有很大地提升作用，智能微電網(wǎng)可以實現(xiàn)對各個發(fā)電、輸電、配電、用電設備的直接控制，使智能微電網(wǎng)和配電網(wǎng)之間的運行更加協(xié)調，并引領相關技術的進步發(fā)展。

5 結語

該文以當今社會的發(fā)展現(xiàn)狀為引入點，以大學校園為例，論述了如何在學校后勤建立智能微電網(wǎng)供電系統(tǒng)，結合學校和智能微電網(wǎng)的特點，引入新技術，完善學校后勤智能微電網(wǎng)建設，彌補了智能微電網(wǎng)存在的劣勢，完善了學校后勤智能微電網(wǎng)系統(tǒng)，同時，為我國可再生新能源的開發(fā)和電網(wǎng)的發(fā)展提供了新的方向。

參考文獻

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