新能源微電網研究綜述

張翔

【摘要】：微電網是一種新穎的配電網結構，它作為分布式電源接入電網中的一種有效方式，已成為未來智能電網的重要組成部分。

【關鍵詞】：新能源微電網；微型電源；研究

引言

目前，已經有許多國家開始通過各種方式來改善國內的生態環境、自然環境以及生存環境，盡量的減少環境污染。想要從根本上解決這些問題，不僅要通過各種渠道來尋找新能源，同時還要注重節能，這也是目前最為關鍵的一種問題解決方式。

1、微電網國內外的研究情況

歐洲對微電網的研究，主要關注多個微電網之間的互聯問題，目的是解決未來大量分布式電源的可接入性問題，保證電網運行的穩定性。目前，歐洲部分國家的微電網技術逐漸走向成熟。

日本基于本國資源匱乏，能源短缺，各類用電需求日益增長的現實背景，對可再生能源發電投入了很大的研究力量。日本也建成了多個示范工程，如Archi微電網、Kyoto微電網、Hachinohe微電網、Tokyogas微電網。

當前我國正處于經濟與社會飛速發展的重要階段，微電網技術發展方興未艾，在國內的很多高校和科研機構也紛紛展開了積極的研究。我國的微電網主要以試點項目為主，例如浙江東福山島微電網、江蘇鹽城大豐微電網、青海玉樹微電網等實際工程。“十三五”期間，我國將在太陽能、風能占優勢的區域設立微電網示范平臺，還將推進建立100座新能源示范城市。但是我國微電網的發展與世界其他發達國家的研究實力相比，存在較大差距，需多投入科研精力，促進其廣泛的發展。

2、微型電源的類型

2.1往復式發動機

由儲能裝置、微型電源構成了微型電源，微型電源分布區域為：電力負荷周圍，能夠兼容具有節能功能的發電裝置，包括風能、太陽能電池、燃氣輪機等。以化石能源為載體的微電源涵蓋以下發電裝置：往復式發動機、微型燃氣輪機、燃料電池。其中，往復式發動機采用的燃料為：汽油，該設備具有一系列優勢，例如：運行速率高、具有較高的安全性能、低廉的制造成本，被廣泛用于企業生產中。內燃機在啟動過程中，即使電力系統出現故障時，內燃機能夠自動發揮應急用電功能。但是該設備也存在很多劣勢，例如：噪音污染嚴重，后期維護難度高等。如今，人們常常將該設備運用于汽車發動機中，將燃料設置為天然氣，減少了噪音污染。

2.2微型燃氣輪機

微型燃氣輪機是一種迷你型的燃氣輪機，其燃料包括：methane、天然氣、汽油等，整個循環系統被設置成回熱式，構成部分包括：回熱器、透平、發電機、壓氣機等，當高壓空氣從壓氣機中流出后，將進入回熱器設備中準備預熱工作，直到燃料室啟動后，燃料才開始燃燒。一般情況下，該設備在運行過程中，高頻交流電需要一個轉化為高壓直流電流程，隨后才變成工頻交流電匯。不同于柴油機發電機組，微型燃氣輪機設備性能更佳，主要體現在以下幾個方面：結構十分簡單、設備重量輕、涵蓋的運動零件少，在運行過程中不會消耗太多的燃料，能夠使用較長的時間。該設備的噪音更低，操作人員在后期維護過程中，可以運用遠程遙控模式。相比于往復式發動機，該設備只有運行效率低的劣勢。當操作人員對其進行改進后，例如采用熱電聯產模式，能夠從很大程度上提升運行速率。

2.3燃料電池

燃料電池的運行過程是：當氧化劑、氫基燃料在兩級發生電化學反應后，外電路在與電解質結合的過程中能夠形成回路，使化學能逐漸變成電能。以電解質的層面來考量，燃料電池又可以劃分為以下幾種類型：固體氧化物、質子交換膜燃料、熔融碳酸鹽。這些燃料電池能夠運用在分布式發電應用的燃料電池中。

3、微電網的相關研究

3.1微電網的硬件研究

微電網的運行必須以先進的設備作支撐。這包括微電網的發、輸、變、配、用的各個環節。為此需要研發適合的硬件設備，保證微電網的高效運行。

3.2微電網建模研究

3.2.1光伏電池數學模型及特性分析

光伏電池發電依靠的原理是光生伏特原理，將直射至電池板的太陽光轉化為電能。現階段，廣泛采用的光伏發電模型如圖1，這種模型一方面考慮了位于電池內部的并聯型電阻，另一方面考慮了電池內部并聯型電阻，在工程應用中具有較高的精確性和安全性，因此，應用比較廣泛。該模型的工作原理是，首先太陽光照射電池板，然后會產生光生電流，一旦形成同路，經負載電阻后就會產生電壓。與此同時，三極管PN節上會出現偏置電壓，從而形成暗電流，暗電流主要是反映擴散電流的變化。光伏電池串聯電阻反映電池自身的功率損耗，相應的并聯電阻則反映了電池發生破損出現短路的情況，并聯電阻和串聯電阻相比，串聯電阻比較低，一般比一歐姆還要小，而并聯電阻至少為1000Ω。

3.2.2微型燃氣輪機發電系統模型及特性分析

微型燃氣輪機是新研究出的小型發動機，其輸出的功率為25kW，分別由汽輪機、活塞、回熱室、電控設備等組成，以柴油、沼氣、汽油等為燃料，與常規火電機組相比，具有使用壽命長、污染物排放量小、產生的噪聲小等優勢。下面介紹微型燃氣輪機的結構圖，如圖2所示，該微型燃氣輪機由整流器、永磁發電機、燃料室、濾波電路和負荷構成。該電機的控制信號是由參考轉速與實際轉速的差值構成，屬于一種有差調節，在實際運行中，由于時間常數存在，該調節器本質為比例慣性環節，加速控制模塊可以為微型燃氣輪機提供穩態前的調節，以限制轉子旋轉速度。該電機采用的溫度控制模塊可以有效穩定溫度值，降低對葉片的損壞，受限于技術水品的落后，進口溫度的測量誤差較大，因此根據對排除氣體溫度的測量實現控制溫度的調節。

3.3微電網對大電網的影響研究

微電網的接入必然會影響大電網的運轉，所以需要研究：微電網對系統穩定性的影響；微電網對電能質量的影響；微電網對網絡損耗以及環境等方面的影響等。微電網中的電力電子設備對大電網造成諧波污染。關于微電網諧波問題的影響還需做進一步的研究和討論。

結語

相對傳統電力系統而言，微電網更類似于一個獨立的控制單元，每個微電源都可實現即插即用功能，所以最關鍵是其接口、控制、保護、通訊等技術。

【參考文獻】：

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