引言
微電網(wǎng)從系統(tǒng)觀點(diǎn)看問題，將發(fā)電機(jī)、負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置及控制等結(jié)合，形成一個(gè)單一可控的獨(dú)立供電系統(tǒng)，它采用大量現(xiàn)代電力電子技術(shù)，將微型電源和儲(chǔ)能設(shè)備一起，直接接在用戶側(cè)。將分布式電源以微電網(wǎng)形式接入配電網(wǎng)，被普遍認(rèn)為是利用分布式電源有效的方式之一。對大電網(wǎng)來說，微電網(wǎng)可被視為電網(wǎng)中的一個(gè)可控單元，可在數(shù)秒內(nèi)動(dòng)作以滿足外部輸配電網(wǎng)絡(luò)需求。對用戶來說，微電網(wǎng)可滿足他們特定需求，如降低饋線損耗、增加本地可靠性、保持本地電壓穩(wěn)定、通過利用余熱提高能量利用效率等。微電網(wǎng)或與配電網(wǎng)互聯(lián)運(yùn)行，或獨(dú)立運(yùn)行，當(dāng)配電網(wǎng)出現(xiàn)故障而微電網(wǎng)與其解列時(shí)，仍能維持微電網(wǎng)自身正常運(yùn)行。
1、微電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀
開發(fā)清潔的可再生能源已成為世界各國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略。新能源的應(yīng)用，對優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、合理利用清潔能源、改善和保護(hù)環(huán)境有重要意義。近年來，歐盟、美國等均開展了微電網(wǎng)試驗(yàn)示范工程研究，美國學(xué)者提出的微電網(wǎng)，主要由容量不大于500kW的小型微電源和負(fù)荷構(gòu)成，其倡導(dǎo)的微電網(wǎng)控制技術(shù)的基本思想是：通過現(xiàn)代控制理論的狀態(tài)空間模型方式，建立微電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)模型，研究確定微電網(wǎng)的功率控制策略及優(yōu)化參數(shù)。歐洲提出了微電網(wǎng)逆變電源控制策略：VSI（電壓源型逆變器）控制策略。VSI控制策略的基本思想是以一臺(tái)或者多臺(tái)電壓源型逆變器提供參考電壓和參考頻率。VSI控制策略逐步由單臺(tái)發(fā)展成多臺(tái)，即提供參考電壓和頻率的逆變電源由一臺(tái)變?yōu)槎嗯_(tái)，進(jìn)一步提高微電網(wǎng)接入大電網(wǎng)的安全性和可靠性。微電網(wǎng)在我國也處于實(shí)驗(yàn)、示范階段，多數(shù)研究工作集中在分布式發(fā)電和儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域。截至2015年底，國內(nèi)已開展微電網(wǎng)試點(diǎn)工程30個(gè)，既有安裝在海島孤網(wǎng)運(yùn)行的微電網(wǎng)，也有與配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的微電網(wǎng)。“十三五”期間，我國將在太陽能、風(fēng)能占優(yōu)勢的地區(qū)建設(shè)微電網(wǎng)示范區(qū)，還將推動(dòng)建設(shè)100座新能源示范城市。為進(jìn)一步保障微電網(wǎng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，結(jié)合我國微電網(wǎng)發(fā)展的實(shí)際情況，一些新的微電網(wǎng)技術(shù)需求有待進(jìn)一步研究。
2、微電網(wǎng)運(yùn)行控制
微電網(wǎng)研究領(lǐng)域，最為關(guān)鍵的技術(shù)是微電網(wǎng)的運(yùn)行控制，微電網(wǎng)控制的基本要求是：任一微電網(wǎng)的接入，不對既有微電網(wǎng)系統(tǒng)造成明顯影響；能協(xié)調(diào)微電網(wǎng)的發(fā)電與負(fù)荷，自主選擇運(yùn)行點(diǎn)；能穩(wěn)定的在并網(wǎng)和孤島兩種模式下運(yùn)行，并在兩種模式間平滑切換；可以對有功、無功進(jìn)行獨(dú)立控制，具有自主校正電壓跌落和系統(tǒng)不平衡的能力。
微電網(wǎng)控制功能基本要求是新的微電源接入時(shí)不改變原有設(shè)備，微電網(wǎng)解、并列時(shí)是快速無縫的，無功功率、有功功率要能獨(dú)立進(jìn)行控制，電壓暫降和系統(tǒng)不平衡可以校正，要能適應(yīng)微電網(wǎng)中負(fù)荷的動(dòng)態(tài)需求。微電網(wǎng)控制功能如下：（1）基本的有功和無功功率控制。由于微電源大多為電力電子型的，有功功率和無功功率的控制、調(diào)節(jié)科分別進(jìn)行，可通過調(diào)節(jié)逆變器的電壓幅值來控制無功功率，調(diào)節(jié)逆變器電壓和網(wǎng)絡(luò)電壓的相角來控制用功功率。（2）基于調(diào)差的電壓調(diào)節(jié)。在有大量微電源接入是用P-Q控制是不適宜的，若不進(jìn)行就地電壓控制，就坑內(nèi)產(chǎn)生電壓或無功振蕩。而電壓控制要保證不會(huì)產(chǎn)生電源間的無功環(huán)流。在大電網(wǎng)中，由于電源間的阻抗相對較大，不會(huì)出現(xiàn)這種情況。微電網(wǎng)中只要電壓整定值有小的誤差，就可能產(chǎn)生大的無功環(huán)流，使微電源的電壓值超標(biāo)。要根據(jù)微電源所發(fā)電流是容性還是感性來決定電壓的整定值，發(fā)容性電流時(shí)電壓整定值要降低，發(fā)感性電流時(shí)電壓整定值要升高。（3）快速負(fù)荷跟蹤和儲(chǔ)能。
在大電網(wǎng)中，當(dāng)一個(gè)新的負(fù)荷接入時(shí)最初的能量平衡依賴于系統(tǒng)的慣性，主要為大型發(fā)電機(jī)是慣性，此時(shí)僅系統(tǒng)頻率略微降低而已。由于微電網(wǎng)中發(fā)電及的慣量較小，有些電源是響應(yīng)時(shí)間常數(shù)又很長，因此當(dāng)微電網(wǎng)與主網(wǎng)解列成孤島運(yùn)行時(shí)，必須提供蓄電池、超級(jí)電容器、飛輪等儲(chǔ)能設(shè)備，相當(dāng)于增加一些系統(tǒng)的慣性，才能維持電網(wǎng)的正常運(yùn)行。（4）頻率調(diào)差控制。在微電網(wǎng)成孤島運(yùn)行時(shí)，要采取頻率調(diào)差控制，改變各臺(tái)機(jī)組承擔(dān)負(fù)荷比例，已使各自出力在調(diào)節(jié)中按一定的比例且都不超標(biāo)。
儲(chǔ)能系統(tǒng)是微電網(wǎng)中的一種特殊微電源。儲(chǔ)能系統(tǒng)由儲(chǔ)能單元和雙向變流器構(gòu)成，在聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠存儲(chǔ)能量；在孤島運(yùn)行時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)起著加快切換時(shí)間，改善電能質(zhì)量和平衡多種電源間響應(yīng)時(shí)間不一致的弊端的重要作用。
3、微電網(wǎng)技術(shù)在主動(dòng)配電網(wǎng)中的應(yīng)用
大量的分布式電源逐步接入配電網(wǎng)，配電網(wǎng)運(yùn)營管理與控制模式將發(fā)生質(zhì)的變化。分布式電源的隨機(jī)性、波動(dòng)性帶來諸多新問題。如何更好地提高主動(dòng)配電網(wǎng)對分布式電源的接納能力和主動(dòng)管理控制水平，并兼顧用戶的優(yōu)質(zhì)可靠、分時(shí)經(jīng)濟(jì)用電要求，成為研究重點(diǎn)和方向。微電網(wǎng)技術(shù)整合各種分布式電源、儲(chǔ)能裝置、負(fù)荷等，使其作為靈活的智能可控單元單點(diǎn)接入主動(dòng)配電網(wǎng)，增強(qiáng)主動(dòng)配電網(wǎng)的魯棒性。
微電網(wǎng)技術(shù)通過整合不同種類的分布式電源的不同特點(diǎn)可解決其擴(kuò)展和兼容問題，使微電網(wǎng)相對于主動(dòng)配電網(wǎng)而言成為功率雙向流動(dòng)的可控區(qū)或節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)分布式能源的柔性就地消納。微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部的可控電源、不可控電源與儲(chǔ)能裝置互補(bǔ)協(xié)調(diào)．在保障用戶可靠用電的基礎(chǔ)上。通過微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，多余電能可通過主動(dòng)配電網(wǎng)輸送給大電網(wǎng)，或輸送至其他負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置或其他微電網(wǎng)系統(tǒng)，提高了主動(dòng)配電網(wǎng)對常規(guī)能源和新能源的利用效率。
分布式發(fā)電與微電網(wǎng)就地為負(fù)荷供電，避免了長距離輸電產(chǎn)生的較大網(wǎng)損。隨著分布式電源、各類儲(chǔ)能裝置以及主動(dòng)負(fù)荷的大量接入。配電網(wǎng)由無源網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)榻恢绷骰旌嫌性淳W(wǎng)絡(luò)，將改變配電網(wǎng)的潮流分布磣，其位置與容量均對配電網(wǎng)網(wǎng)損產(chǎn)生影響。如果不對分布式電源、各類儲(chǔ)能裝置加以合理布局，就不利于對配電網(wǎng)潮流進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控，無法達(dá)到降低網(wǎng)損的目的。微電網(wǎng)技術(shù)將分布式電源、儲(chǔ)能裝置、負(fù)荷合理規(guī)劃布局整合后單點(diǎn)接入主動(dòng)配
電網(wǎng)、主動(dòng)配電網(wǎng)直接調(diào)控并網(wǎng)點(diǎn)功率，實(shí)現(xiàn)功率的靈活調(diào)控。通過微電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)，以降低網(wǎng)損為目標(biāo)，可得到微電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行策略，進(jìn)而協(xié)調(diào)控制分布式電源和儲(chǔ)能裝置等，達(dá)到潮流優(yōu)化調(diào)控的目的，實(shí)現(xiàn)分布式能源的柔性就地消納，避免功率在網(wǎng)絡(luò)中的不合理流動(dòng)，有效降低網(wǎng)損。通過微電網(wǎng)技術(shù)改善主動(dòng)配電網(wǎng)集群式接納分布式電源的方式，提高分布式電源利用率，降低主動(dòng)配電網(wǎng)的網(wǎng)損，提高主動(dòng)配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益水平。
4、微電網(wǎng)技術(shù)研究方向
微電網(wǎng)是未來智能配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自愈、用戶側(cè)互動(dòng)和需求響應(yīng)的重要途徑，隨著新能源、智能電網(wǎng)技術(shù)、柔性電力技術(shù)的發(fā)展，微電網(wǎng)將具備如下新特征：1）微電網(wǎng)將滿足多種能源綜合利用需求并面臨更多新問題。大量入戶式單相光伏、小型風(fēng)機(jī)、冷熱電三聯(lián)供、電動(dòng)汽車、蓄電池、氫能等家庭式分布電源、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，屋頂電站、電動(dòng)汽車充放電、智能用電樓宇和智能家居帶來微電網(wǎng)形式的靈活多樣化、多種微電源響應(yīng)時(shí)間的協(xié)調(diào)問題、現(xiàn)有小發(fā)電機(jī)組并入微電網(wǎng)的可行性問題、微電網(wǎng)配置分布式電源/儲(chǔ)能接口標(biāo)準(zhǔn)化問題，微電網(wǎng)建設(shè)環(huán)境評(píng)價(jià)、微電網(wǎng)內(nèi)基于電力電子接口的電源和FACTS裝置控制域耦合問題等將成為未來微電網(wǎng)研究新問題。2）微電網(wǎng)將與配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)更高層次互動(dòng)。微電網(wǎng)接入配電網(wǎng)后，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、保護(hù)、控制方式，用電側(cè)能量管理模式、電費(fèi)結(jié)算方式等均需做出一定調(diào)整，并帶來上級(jí)調(diào)度對用戶電力需求的預(yù)測方法、用電需求側(cè)管理方式、電能質(zhì)量監(jiān)管方式等的轉(zhuǎn)變。3）微電網(wǎng)將承載信息和能源雙重功能。未來智能配網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求對微電網(wǎng)提出更高要求，微電網(wǎng)靠近負(fù)荷和用戶，與社會(huì)的生產(chǎn)和生活息息相關(guān)。以家庭、辦公室建筑等為單位的靈活發(fā)電和配用電終端、企業(yè)、電動(dòng)汽車充電站及物流等將在微電網(wǎng)中相互影響，分享信息資源。
5、結(jié)論
微電網(wǎng)是一種全新發(fā)電配電供電模式，將極大促進(jìn)可再生能源的柔性就地消納，并使主動(dòng)配電網(wǎng)更好地為用戶提供可靠、優(yōu)質(zhì)、高效的多元化電力服務(wù)。鑒于國內(nèi)外微電網(wǎng)實(shí)際工程較少，微電網(wǎng)接入電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定相對滯后。微電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間的快速隔離、并網(wǎng)狀態(tài)與孤網(wǎng)狀態(tài)的無縫切換以及微電網(wǎng)內(nèi)部穩(wěn)定控制仍是微電網(wǎng)面臨的三大核心問題。未來幾年若能結(jié)合試點(diǎn)工程和智能電網(wǎng)建設(shè)過程中取得的經(jīng)驗(yàn)，展開微電網(wǎng)理論及相關(guān)技術(shù)的深化研究，將會(huì)對微電網(wǎng)技術(shù)的廣泛實(shí)踐應(yīng)用起到積極推進(jìn)作用。
評(píng)論