基于分布式風光互補發電系統的智能微網探究

秦燕

摘要：本文在高校實驗室的基礎上，借助分布式風光互補發電系統進行智能微網的結構設計，使得系統能夠在分布式電源、負載、主電網之間進行協調控制和管理，并對智能微網提出關鍵技術的改進。

關鍵詞：分布式能源；風光互補發電系統；智能微網

中圖分類號：TM74 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）04-0070-02

近年來，我國的分布式能源發電發展迅猛，尤其是在國家政策支持下，分布式能源發電技術越來越成熟，應用越來越廣泛。例如，在地廣人稀的農村地區和偏遠山區，由于經濟效益、地理位置等原因很難在較短時間內形成一定規模的集中式供配電網，而分布式發電系統可以解決這個問題。根據國家能源局“十三五”規劃，預測全國分布式電源裝機容量到2020年可達1.87億千瓦，占總裝機的9.1%，到2030年可達5.05億千瓦，占總裝機的17.3%[1]。

獨立的能源發電總有各自缺陷，但是不同類型的發電形式如果僅僅只是簡單組合，并不能滿足要求。因而，智能微網技術應運而生，它可以將這些不同發電形式進行優勢互補，同時還能解決微電網的穩定性和可靠性，滿足微電網的靈活協同控制以及安全高效運營。

1 智能微網

將各種分布式電源、儲能系統、負載及監控保護系統等進行合理配置，實現具有小規模發配電功能的網絡結構稱為智能微網。智能微網通過合理的結構設計，既可以處于獨立運行狀態，也可以處于并網運行狀態，能夠通過自身的控制策略，完成能量的產生、管理和協調運作。其中涉及到自動控制技術、供配電技術、電力電子技術及通信接口技術[2]，因此智能微網是各種技術的綜合應用。

總之，智能微網所具備的特征如下：（1）能夠集合單獨分布式能源的優勢，提高能源利用效率；（2）可以獨立運行，對主電網沒有影響，自愈和自適應能力強；（3）減少了長距離傳輸所引起的能量損耗；（4）當主電網發生故障，微網可以正常提供電能。

2 分布式風光互補發電系統智能微網的結構設計

分布式風光互補發電系統智能微網的設計研究主要建立在高校實驗室內，因此充分利用實驗室現有設備進行論證研究，其系統結構可分為以下幾個控制部分：風力發電控制系統、光伏發電控制系統、儲能系統及負載。總的系統結構如圖1所示，當獨立運行時K斷開，當并網運行時K閉合，智能微網接入主電網。

2.1 風力發電控制系統

風力發電控制系統借助實驗室THWPSK-2型雙饋異步風力發電系來完成，主要結構為：3KW雙饋異步風力發電機組、風力機模擬系統、直流調速系統、網側變流器、機側變流器、監控系統等。將直流電動機的轉軸經過減速器減速后與雙饋異步風力發電機的轉軸聯結在一起，從而替代真正的風力機。通過控制直流調速器來模擬自然狀態下的實時風速，從而控制直流電動機轉速，實現風力機部分的功率輸出。調速器將機組轉速信號、電樞電流、電壓信號等上傳，監控軟件根據調速器上傳的信號及虛擬風速信號，通過數字化的典型風力機特性曲線，計算出風力機輸出功率，并將其作為直流電動機的控制指令通過RS485下置作為調速器的給定端加以執行，由數字直流調速器驅動直流電動機。發電系統采用3KW雙饋異步風力發電機組，變流器控制部分采用DSP芯片，功率部分采用雙向背靠背PWM模塊。

2.2 光伏發電控制系統

光伏發電控制系統借助學院屋頂已建2KW分布式光伏電站來完成，主要結構為：太陽能電池方陣、并網型逆變器、實時參數監測系統等。太陽能電池方陣采用10組200W單晶硅組件串聯構成，逆變器采用GROWATT 2000型并網逆變器，監控系統采用MODBUS-RTU協議進行通信傳輸，通過RS485接口進行參數采集，采用VB語言進行界面設計。

2.3 儲能系統

儲能系統由鉛酸蓄電池組和雙向逆變器構成。當光照和風況較好，且風力發電系統和光伏發電系提供的能量超過負載消耗時，智能微網進入獨立運行狀態，由蓄電池組來調節產能和耗能的平衡。當光照和風況都不佳，且蓄電池能量充足時，負載主要由蓄電池組提供能量。當光照和風況都不佳，且蓄電池能量不足時，智能微網通過公共連接點和主電網連接，使用市電對負載供電。當主電網出現故障，智能微網迅速與其斷開，保證電網安全。

3 智能微網的應用

3.1 邊遠地區智能微網

在我國中西部地區及一些偏遠山區，由于人口密度低，不適合建立集中式電站，輻射傳統電網成本又高，但這些地區的風、光資源豐富，因此可利用分布式風光互補智能微網來解決這些地區的供電問題。一些游牧民族或者經常需要更換居住地的地區，可以僅由風-光-儲智能微網來完成，可以舍去并網環節。目前，在西藏、青海、新疆、內蒙古等游牧地區已經開始了示范性智能微網工程[3]，為當地居民改善供電條件。

3.2 離岸海島智能微網

我國有很多遠離海岸線的海島，面積不大，但是由于較為分散，且距離較遠，傳統的供電方式難以解決用電需求。但是海島的可再生能源更為豐富，尤其是風、光資源，因此，可以充分考慮利用分布式風光互補智能微網來就地解決供電問題。同時，也能助力海島其他資源的開發利用，這也將是國人邁向海洋深處進行研究和開發的重要一步。

3.3 城市智能微網

即使是在供電充足的城市中，面對現有傳統能源帶來的環境污染、不可再生等問題，分布式新能源智能微網控制也迅速蔓延開來。例如北京延慶微網工程、河北承德生態鄉村微網工程、南京供電公司微網工程等[3]，這些都是分布式風光互補發電智能微網的典型示范。此外還有一些特殊領域的智能微網應用，比如江蘇大豐海水淡化微網工程[3]。

4 結語

分布式風光互補智能微網能夠充分利用風能和太陽能資源，合理實現智能微網的并網運行和獨立運行控制。在未來的分布式能源智能微網方面，還可以從以下幾個方面繼續研究和探索：（1）當有多種能源形式接入到智能微網中時，需要實現各種能源的無縫接入；（2）將互聯網+技術融入到智能微網控制中，實現遠程管理和監控，靈活調度、配置各類分布式資源；（3）類似于風能和太陽能這樣的分布式能源具有較強的時變性，智能微網還需要更全面的利用各種優化控制策略來進行調節，從而提高智能微網的整體運行效率。

參考文獻

[1]楊歌.國家電網：2020年分布式能源裝機將接近總裝機容量十分之一[N].機電商報，2015-09-07（A01）.

[2]陳名玉.智能電網和分布式新能源的開發利用及發展對策[J].低碳世界，2017，（11）：74-75.

[3]王成山，周越.微電網示范工程綜述[J].供用電，2015，（01）：16-21.