關于微電網在新農村建設中應用的探討

聶光輝 宋學賢 王科敏 楊 帆 談宏華

(武漢工程大學，湖北 武漢 430000)

1 微電網的內涵

2001年美國頒布IEEE_1547/D08“關于分布式電源與電力系統互聯的標準草案”，并通過有關法令讓部分分布式發電系統上網運行，其中對分布式能源的并網標準作出規定:當電力系統發生故障時，分布式電源必須馬上退出運行，這就限制了分布式能源效能的充分發揮。目前配電系統所具有的無源輻射狀運行結構以及能量流動的單向、單路徑特征，使得分布式發電必須以負荷形式并入和運行，即發電量必須小于安裝地用戶負荷，導致分布式發電能力在結構上就受到極大限制。

近年來，隨著新型技術的應用，尤其是電力電子接口和現代控制理論的發展，微電網的概念出現并從理論發展到實踐。對于微電網的定義各國不盡相同、各具特點，結合我國電力系統發展現狀及趨勢，充分利用風、光等資源在時間上的互補性，并與儲能系統及其他發電系統結合組成的微電網系統是一種有效的途徑。將額定功率為幾十千瓦的發電單元、負荷、儲能裝置及控制裝置等結合，形成一個單一可控的單元，同時可向用戶供給電能和熱能，這樣的電網稱為微電網。微網技術將逐步成為未來分布式發電供能系統集成技術的核心，也是分布式發電大規模工業化應用關鍵。它是一種基于傳統電源的較大規模的獨立系統;在微電網內部通過電源和負荷的可控性，在充分滿足用戶對電能質量和供電安全要求的基礎上，實現微電網的并網運行或獨立運行;微電網對外表現為一個整體單元，并且可以平滑并入主網運行。

2 微電網研究和發展的與新農村建設的聯系

從我國城鎮化進程中看，城鎮化的步伐需要和經濟發展水平相適應，目前新農村建設可以認為我國對農村進行城鎮化過程中的一個過渡，在這個過程中必然會引起對基礎設施建設的需求，這也是新農村建設的屬性體現，從其發展的本質、技術特點上、我國能源發展戰略上講，微電網在新農村建設過程中應用都是能夠較好的迎合新農村建設對基礎建設的需求。

(1)從微電網的發展本質上，微電網的建設就是為了解決分布式能源效能發揮不足的問題，以光能、風能為主的微電網利用的是可再生資源的光能、風能，其設計是本著增強電網的供電可靠性和未來的經濟效益、社會效益來考慮的。在新農村建設過程中應用能夠提高農村電網供電可靠性，是以人為本在農村電網發展中的體現。對可再生資源的利用的高度接納，對優質生活的進一步追求。這些都是新農村建設的本質屬性。

(2)從微電網的技術特點上講，微電網就近負荷進行設計、安裝、建設，對大電網的沖擊必然會減少，微電網可控的特點是有利于大電網的穩定的;同時建設環境友好型的新農村從技術上來講也需要以光能、風能等清潔能源為主的微電網的技術接入實踐。

(3)從我國的能源發展戰略上講，節能減排和新能源的利用是我國未來能源政策的出發點和落腳點，發展微電網必然對建設空間的需求，我國土地資源人均匱乏，如果再大面積的占有其他土地，可能加劇土地資源緊張。在廣大的新農村建設里充分可以利用屋頂的空間上優勢和新農村建設過程中的新設施等政策上優勢發展以新能源為主的微電網研究和建設。政府在新農村建設對相關的新型電力利用、太陽能熱水器等行業產品的財政補貼對于以光能、風能為主的微電網的發展是個戰略機遇。

3 微電網在新農村建設中的應用面臨的問題

微電網作為新的技術理論在我國經歷了多年的研究，但目前在國內外都還處于實驗室和工程示范階段，在實際應用中還存在諸多挑戰。新農村建設由于地域經濟發展等不平衡性，各地的新農村建設的速度和程度差異性各大，但同一地方的新農村建設的房舍規格基本還是一致的，這是政策導向下大規模建設的必然結果。微電網在新農村建設中的應用面臨的問題主要有以下幾種情況:

(1)從主觀上講，對于微電網的技術以及前景缺乏信心，即使是從事微電網研究的人員對于微電網的成本問題也抱有一種憂慮。

(2)從客觀上講，微電網的成本投入較大，關于投入和產出短期看面臨的考驗還是必須嚴重的，需要國家在財政方面給予補貼。

(3)從現實政策上講，目前微電網處于實驗室或工程示范階段，國家并沒有針對微電網大規模的應用進行補貼的政策。

(4)從標準上講，國家沒有關于微電網的統一標準，在標準制定表現出了一種滯后。

4 微電網在新農村建設中的應用的關鍵技術問題

微電網在保護技術上與傳統電網有著很大的不同，同時系統的運行與維護必須結合新農村建設中的實際因素綜合考慮，微電網本身以及在新農村建設中的應用突出表現為以下幾個關鍵技術問題:

(1)微電網的運行

微電網相對于外部電網有并網運行和孤網運行運行模式，如何調整控制策略使微電網在兩種狀態下實現平滑的過渡和轉換是微電網的運行的關鍵技術。研究結果表明，基于電力電子接口的分布式發電系統以及儲能元件可以確保微電網運行模式轉化的平滑性，減少孤網運行時暫態影響并保證功角穩定性和電壓質量。

(2)微電網的控制

微電網的運行控制應該能夠基于本地信息對電網中的信息作出快速、獨立的響應，當微電網內出現電壓跌落、故障、停電等問題時，微型分布式發電系統應該利用本地信息自動有效地轉換到獨立運行方式，不再接受傳統方式的統一調度。一般來說，微電網控制的主要目標是:調節微電網內的饋線潮流，對無功和有功進行獨立解耦控制;調節每個微型電源接口處的電壓，保證電壓的穩定性;孤網運行時，確保每個微型電源能快速的響應，分擔用戶負荷;根據故障情況或是系統需要，平滑自主地實現與主網分離、并列或是兩者的過渡轉化。

(3)微電網的保護技術

微電網的保護與傳統保護方式有著本質上的不同:潮流的雙向流通;微電網在并網和孤網運行兩種情況下，由于饋線上分布著多個分布式發電系統，短路電流大小有很大不同。因此如何在兩種情況下快速感知主網的故障，同時保證保護的選擇性、快速性、可靠性與靈敏性，是微電網保護技術的關鍵和難點。

(4)微電網的維護

微電網在新農村建設中應用必然針對新農村為目標客戶群，其維護須考慮到當地的氣候、溫度、濕度以及其他環境因素和人為因素，在新農村建設的過程中，很多基礎設施由于當地的保護意識或者其他因素遭到了破壞，對于基于新農村的微電網的各種組件的維護是至關重要的。

(5)對安全的信息交互的需求

信息交互不僅僅是微電網的關鍵技術，而且也是智能電網中亟待解決的問題，信息交互的能力和安全最為關鍵。這需要構建一致的電子傳輸協議和標準框架。我國目前微電網的工程示范項目并沒有針對特定場所，在真正應用中將面臨眾多問題，最為關鍵的技術問題之一就是信息交互的安全性。

5 結論

微電網技術將成為未來分布式發電供能系統集成技術的核心，這是不爭的事實。我國目前關于微電網的研究獲得了技術上的突破，可以預見隨著實驗室和工程示范階段的成熟，大規模的工業化應用將會逐漸提上日程，從微電網的建設用地、需求的政策等方面看，新農村建設本身具備著吸收微電網應用的特點，如果能將微電網的研究與應用能夠和新農村建設有機結合起來，將是技術、人文雙贏的結果。當然，在不久的將來，我們也將能夠看到更多的應用到工廠、城市大型建筑上的微電網。

［1］張建華，黃偉.微電網運行控制與保護技術［M］.北京:中國電力出版社，2010.7

［2］周渝慧.智能電網:21世紀國際能源新戰略［M］.北京:清華大學出版社;北京交通大學出版社，2009.10

［3］何光宇，孫英云.智能電網基礎［M］.北京:中國電力出版社，2010

［4］張學松，我國微電網發展需關注的幾個問題［EB/ OL］.國家電網公司www.sgcc.com.cn