用微電網構筑智能電網

智能化是電網未來發展大勢所趨，而在智能電網中，微電網是一個非常重要的組成部分。所謂微電網，也叫分布式電源孤島，是為一組包含變壓器、電機、照明系統等的設備提供電源負荷的發電系統。孤島系統既要能與公共電力系統連接，成為其組成部分，也要能在與電力系統斷開的情況下為大面積區域供電。

隨著智能電網的日益發展，以及風能、太陽能等可再生能源所提供的發電量的不斷提升，分布式電源孤島的重要性日益顯現，其對電網的影響也逐漸增大。分布式電源孤島對更大規模的電力系統是非常有益的，它能夠提高電力系統的可靠性、減少區域超負荷問題、通過降低諧波失真總量來解決電能質量問題等。而在建設微電網的過程中，要讓這些優勢得以發揮，就必須確保分布式電源孤島是根據最近期的工程方案為標準進行設計、建造和運行的，并且能夠與更大規模的電力系統實現最大可能的無縫連接以及無縫分離。

為了能使行業實現上述目標，電力系統的規劃者、運營商、系統集成商以及設備生產商們需要一份通用指南。電子與電氣工程師協會（IEEE）近期公布的一項新標準就為上述問題提供了解決方案。IEEE 1547.4《分布式電源孤島系統設計、運行與接入指南》不僅為分布式電源孤島的設計、運行及接入電力系統等方面提供了最佳的指導方案。它還有助于相關人士能夠在一個通用的框架下創建和運行電力系統。

標準的構建必須考慮到不同類型微電網的運行模式。分布式電源孤島系統根據供電和負荷的不同組成方式可分為7類。例如由同一個客戶設備內部的供電和負荷構成的本地電力系統孤島，由變電站的一條或若干條總線負荷組成的變電站孤島，以及單個變電站的負荷組成的變電站孤島等。

這些微電網系統需要具備的共同特點，就是可以自由地與更廣地域電力系統的電網連接和分離，并且在切換過程中能夠及時響應。要使這些分布式電源孤島系統能夠在可預見的，可靠的及不受干擾的情況下做出響應，需要確保各項工作的審慎嚴密。要做到這一點，首先要明確分布式電源孤島的四大運行模式：第一為普通平行模式，此時分布式電源孤島與電力系統相連；第二為孤島模式，此時微電網必須能夠在島內提供負荷有效功率和無功功率；第三為孤島切換模式，其產生原因可能是計劃內或計劃外的事；第四為重新連接模式，要求具備孤島與電力系統同步的適當條件。

分布式電源孤島通常的運行模式為普通平行模式或孤島模式。要從一種模式切換到另一種模式需要監測（電壓、頻率等）和控制設備。取決于監測和控制的所需程度，控制設備可能非常精密復雜。

與電力系統重新連接可通過多種方式進行。IEEEl547.4標準中著重提到了三種方式：主動同步，即通過一個控制機制在重新連接完成之前，將分布式電源孤島與電力系統的電壓、頻率和相位進行吻合配對。要采取這種方式，就必須在這兩者中采用特殊技術處置敏感狀態，并要將此信息傳回到控制機制。而被動同步則更類似于“監測和等待”方式。采用分布式電源孤島并聯設備來檢測系統參數，只有當兩套系統都在容許界限之內時才能相聯。這種方式也要求使用感應技術，可能需要比主動同步花費更長的時間。第三種方式是開放式切換，轉換將導致分布式電源負荷斷電。負荷和分布式電源在重新連接到電力系統之前都將斷開。此種方式不需要同步感應器。

規劃和管理對于建立并運行一個微電網來說都是非常重要的。當區域電力系統電力中斷時，要設計一個與電力系統部分相聯的分布式電源孤島系統，就必須確保此系統與區域電力系統的分區和保障設備的協調一致。另外，在規劃分布式電源孤島系統時，還應考慮多個聯接或重新聯接的因素。這些因素包括：可能對電力流量和方向造成的影響；對電壓、頻率和電源質量的適當控制；保障方案和調整；監察、信息交換和控制；區域及將要被孤島化的本地電力系統的負荷要求。

分布式電源孤島系統的運行程序也非常重要。設計程序時須進行多個假設性分析，如：異相位重新連接的風險；電壓和頻率差可能導致的設備損壞；系統復雜性升級將導致區域電力系統可靠性降低；公眾、應急人員和操作人員的安全問題；以及潛在的電源質量下降的問題。

在一個分布式電源孤島系統的規劃過程中，要解決一系列信息和工程問題需要經過一段很長的時間。現場勘測是必須要事先進行的，微電網中的所有負荷、分布式電源，以及連接的電力系統都要經過統計清算。系統中電容器組合、電壓調節設備、電抗器、防護和分區設備以及變壓器的位置、尺寸和配置等也需要了解清楚。

設計分布式電源孤島系統時，需要重點考量的因素還有該微電網中的負荷在合理運行狀態的特性和需求；另外則是分布式電源的特性、使用的能源，以及在完全停電后獨立恢復的黑啟動能力；再就是整個孤島系統的黑啟動能力、承受非正常電壓和頻率穿越能力等。對于微電網所要連接到的區域和本地電力系統的參數（如系統接地、故障水平電源抗阻、抗阻模式、電壓調節、防護方案和自動化方案）也要納入考量范圍。

當然即使規劃最嚴密的系統也無法排除出現事故或超負荷的可能性。因此在規劃中必須包含一套用電限制方案，限定臨界和非臨界負荷量。風能、太陽能等新能源的特點決定了它們更適合進行分布式供電，因此，微電網系統對于新能源的并網和利用是非常重要的。設計合理的微電網系統融合在智能電網中，將會給電網結構帶來巨大變化，成為未來智能電網實現高效、環保、優質供電的一個重要手段。