微型電網(wǎng)在大電網(wǎng)背景下的應(yīng)用探討

青燕

摘要：目前，我國(guó)大量分布式電源并網(wǎng)構(gòu)成的大電網(wǎng)日趨形成，但隨之而來(lái)可能造成電力系統(tǒng)對(duì)其不可控制和難以管理的局面，并引發(fā)相應(yīng)的電能質(zhì)量、電網(wǎng)安全性和穩(wěn)定性等諸多問(wèn)題。為了解決電力系統(tǒng)與分布式電源間的矛盾，以及更好地滿(mǎn)足電力用戶(hù)對(duì)電能質(zhì)量和供電可靠性的更高要求，微網(wǎng)概念應(yīng)運(yùn)而生，并很快成為國(guó)內(nèi)外電氣工程研究領(lǐng)域的最新前沿課題之一。

關(guān)鍵詞：微型電網(wǎng)；特點(diǎn)；關(guān)鍵技術(shù)；應(yīng)用

與常規(guī)的分布式電源直接并網(wǎng)相比，微網(wǎng)靈活、系統(tǒng)地將分布式電源與本地負(fù)荷組為一個(gè)整體，通過(guò)柔性控制可以大大降低分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)的影響。目前，美國(guó)、歐盟、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家已率先建立了一些微網(wǎng)示范工程及實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)。微網(wǎng)理論技術(shù)研究及示范工程建設(shè)在中國(guó)也已得到高度重視，國(guó)家科技部863計(jì)劃、973計(jì)劃等已將微網(wǎng)研發(fā)項(xiàng)目列入重點(diǎn)資助范圍。

1.微型電網(wǎng)的主要特點(diǎn)

1.1自治性。微型電網(wǎng)作為小型能源網(wǎng)絡(luò)，能夠維持自身能量的配合，可以在孤網(wǎng)和并網(wǎng)兩種方式下運(yùn)行。

1.2穩(wěn)定性。微型電網(wǎng)基于實(shí)時(shí)通信、快速控制和儲(chǔ)能單元，能夠在穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的情況下實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的電壓、頻率穩(wěn)定，保證功率的平衡。

1.3兼容性。微型電網(wǎng)具有即插即用的特點(diǎn)、可以接人分布式電源等模塊，也可接人大電網(wǎng)作為其中一個(gè)單元參與運(yùn)行。

1.4靈活性。微型電網(wǎng)方便的接入各種電源、負(fù)載等，可以根據(jù)用戶(hù)的需求提供不同可別的電能質(zhì)量。

1.5經(jīng)濟(jì)性。微型電網(wǎng)綜合優(yōu)化能量應(yīng)用、運(yùn)行效率，對(duì)市場(chǎng)交易和能源配置進(jìn)行統(tǒng)一管理。

1.6自愈性。微型電網(wǎng)通過(guò)繼電保護(hù)、控制技術(shù)優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和能量管理，減少故障對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

2.微網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)

2.1微電網(wǎng)的運(yùn)行

微電網(wǎng)系統(tǒng)有2種運(yùn)行模式，并網(wǎng)模式和孤島模式。存在著3種狀態(tài)：連聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行、孤島運(yùn)行和兩者之間互相切換的暫態(tài)。并網(wǎng)模式是指，微電網(wǎng)與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，當(dāng)微電網(wǎng)自身電能多余時(shí)，向大電網(wǎng)供應(yīng)電能，當(dāng)自身電能不足時(shí)，則由大電網(wǎng)補(bǔ)償微電網(wǎng)。實(shí)驗(yàn)證明：合理的控制策略，可以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)和孤島2種模式的平滑過(guò)渡及轉(zhuǎn)化。孤島運(yùn)行模式是指，當(dāng)微電網(wǎng)內(nèi)部的電能質(zhì)量不合要求或者主電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，微電網(wǎng)和主電網(wǎng)斷開(kāi)，形成孤島運(yùn)行模式，孤島模式的正常運(yùn)行，才為系統(tǒng)提供了更好的可靠性。當(dāng)微電網(wǎng)運(yùn)行在并網(wǎng)和孤島2種模式之間的暫態(tài)時(shí)，穩(wěn)定是最重要的問(wèn)題。如果在并網(wǎng)模式下運(yùn)行，微電網(wǎng)吸收或輸出電能，主電網(wǎng)突然故障，微電網(wǎng)由聯(lián)網(wǎng)模式突然切換到孤島模式，那么微電網(wǎng)內(nèi)部產(chǎn)生的電能和負(fù)荷間的需求將會(huì)不平衡，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。一般來(lái)說(shuō)，微型電網(wǎng)的主要目標(biāo)是：調(diào)節(jié)微電網(wǎng)內(nèi)饋線(xiàn)潮流，對(duì)無(wú)功和有功進(jìn)行獨(dú)立解耦控制；調(diào)節(jié)微型電源接口電壓，維持電壓的穩(wěn)定；當(dāng)處于孤網(wǎng)運(yùn)行模式的時(shí)候，能夠保證每個(gè)微型電源能快速、正確的響應(yīng)；根據(jù)需求，能自主地實(shí)現(xiàn)和主網(wǎng)的分離或者再并網(wǎng)。

2.2微網(wǎng)的控制

由微網(wǎng)的結(jié)構(gòu)可知，要實(shí)現(xiàn)靈活的運(yùn)行方式和高質(zhì)量的供電服務(wù)，肯定離不開(kāi)完善的控制系統(tǒng)。控制問(wèn)題也正是微網(wǎng)研究中的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。由于微網(wǎng)中微電源數(shù)目太多，很難像大電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度那樣做到在一個(gè)調(diào)度中心點(diǎn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)故障和異常做出相應(yīng)的控制。因此，微電網(wǎng)控制的核心任務(wù)是做到能夠基于本地信息對(duì)電網(wǎng)中的事件做出自主反應(yīng)。微電網(wǎng)控制應(yīng)當(dāng)保證如下幾點(diǎn)：任一微電源的接人不對(duì)系統(tǒng)造成影響；平滑地與電網(wǎng)并列、分離；對(duì)有功、無(wú)功進(jìn)行獨(dú)立控制；具有校正電壓跌落和系統(tǒng)不平衡的能力。

2.3微網(wǎng)的保護(hù)

微網(wǎng)的保護(hù)與傳統(tǒng)保護(hù)有著很大的不同。如文章前面所述，微網(wǎng)存在孤島和并網(wǎng)兩種運(yùn)行方式，因此，如何在孤島和并網(wǎng)兩種運(yùn)行狀況下均能對(duì)微電網(wǎng)內(nèi)部故障做出響應(yīng)以及在并網(wǎng)情況下快速感知大電網(wǎng)故障，并同時(shí)保證保護(hù)的選擇性、快速性、靈敏性與可靠性，是微電網(wǎng)保護(hù)的關(guān)鍵，也是微電網(wǎng)保護(hù)的難點(diǎn)。傳統(tǒng)的電流保護(hù)無(wú)法滿(mǎn)足微網(wǎng)保護(hù)的特殊要求，主要緣由在于一、微電網(wǎng)潮流存在雙向流通；二、微電網(wǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行與獨(dú)立運(yùn)行情況下，短路電流大小不同且差異很大。

3.微網(wǎng)的應(yīng)用

利用微網(wǎng)技術(shù)可整合多種形式的分布式電源，并考慮當(dāng)?shù)嘏潆娋W(wǎng)的特點(diǎn)，在一個(gè)局部區(qū)域內(nèi)直接將分布式電源、電力網(wǎng)絡(luò)和本地用戶(hù)有機(jī)地組合在一起。而且我國(guó)幅員遼闊，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展不平衡，許多偏遠(yuǎn)山區(qū)、海島和邊防哨所檢查站無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的電能輸送，只能利用當(dāng)?shù)貙?shí)際的自然資源采用就地發(fā)電就地使用的模式來(lái)解決當(dāng)?shù)氐挠秒妴?wèn)題。因此，可以在偏遠(yuǎn)山區(qū)、牧區(qū)和島嶼等缺電、無(wú)電地區(qū)因地制宜建設(shè)離網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)解決當(dāng)?shù)赜秒妴?wèn)題。微網(wǎng)還可以方便地實(shí)現(xiàn)（冷）熱電聯(lián)供，并可以結(jié)合電蓄冷（熱）技術(shù)，緩解電網(wǎng)高峰用電壓力，實(shí)現(xiàn)用電的移峰填谷，優(yōu)化和提高能源利用效率，減輕能源動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用，為將來(lái)智能電網(wǎng)（smartgrid）的實(shí)現(xiàn)提供必備的技術(shù)基礎(chǔ)。

4.結(jié)語(yǔ)

總之，作為電力系統(tǒng)的新典范，微電網(wǎng)與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)比較具有較多優(yōu)勢(shì)。在公共電網(wǎng)遭到擾動(dòng)過(guò)程中，微電網(wǎng)有才能從公共電網(wǎng)中無(wú)縫地?cái)嚅_(kāi)以減小對(duì)自身的負(fù)荷，進(jìn)步供電可靠性。在頂峰負(fù)荷期間，微電網(wǎng)能夠承當(dāng)電網(wǎng)的負(fù)荷來(lái)進(jìn)步電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性。微電網(wǎng)能夠運(yùn)用低或零排放發(fā)電機(jī)組來(lái)增強(qiáng)環(huán)境效益。有些微源可完成熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)制，以給用戶(hù)減輕電力本錢(qián)。