微電網規劃設計關鍵技術分析與展望

王西

摘要：為保障微電網運行穩定性，在并網運行的狀態下有效控制其能量轉換不穩定、負荷波動大等因素對配電網絡的影響，需要基于人工智能技術，使用計算機軟件構建分析計算模型，對微電網規劃設計的主要參數進行科學的預測、分析和決策，并且通過計算機模擬電力系統運行來優化微電網的組網模式、網絡拓補結構等。本文基于對微電網運行與規劃設計要求的闡釋，探討了其中的關鍵技術應用，并展望了微電網的規劃設計技術研究方向。

關鍵詞：技術應用;規劃設計;微電網;趨勢展望

引言：

由于利用風力、小型水力以及太陽能等做為能量來源受到地理環境制約，因此生產地點高度分散，而且大型清潔能源發電設施位于極其偏僻的地區。因此為減少能量傳輸過程中的損耗以及提高其利用率，建設微電網做為清潔能源輸配網絡獨立運行，或者以點接入形式與傳統配電網絡并網運行，是實現能源有效利用和合理分配的最佳方案。

一、微電網運行與設計規劃要求

（一）微電網構成

不同國家對微電網有著不同的定義與設計規劃標準，但其基本上都由能量調配控制系統、能源負荷、系統自我保護與儲能裝置以及分布式發電設施等要素構成。由于清潔能源轉換量受到能量來源不穩定的影響，因此微電網的電能供應存在更多不確定性，要想保證供電質量與微電網運行的可靠性，需要利用儲能技術與復雜的系統內部調控機制。近年來隨著我國清潔能源裝機容量與并網需求的增長，微電網自身的負荷變化、能量轉換以及應用場景呈現多元化的趨勢，并且越來越多種類的分布式能源、不可控負荷通過微電網接入傳統配電網絡，因此微電網的規劃設計要求更具技術難度。

（二）微電網運行與設計規劃要求

微電網雖然覆蓋面與容量相對較小，但是其能源轉換量、負荷大小等均具有很大不確定性，并且涉及到多種能源綜合利用、多個配電網絡之間電能調度與控制的問題，因此其規劃設計需要解決很多復雜的問題[1]。首先需要根據地區分布式能源轉換條件、用戶的負荷大小和特點，確定微電網的運行電壓、配電方式等，負荷分析計算與微電網運行所需設備各項參數的評估是十分復雜的工作，需要利用計算機軟件進行建模和分析。其次通常微電網之間要組網進行集群運行或者與常規配電系統并網運行，因此必需保障各個配電系統的運行穩定性，這就要求對微電網、微電網集群以及接入微電網之后配電網絡的運行狀態和風險因素進行預測和科學評估，基于對已有電力系統運行狀況、微電網設計目標等進行智能化分析和模擬推演，優化系統設計并保障各個部分能夠可靠的協同運行。

二、關鍵技術應用

隨著光伏、風力等分布式小型發電場越來越多，部分城市綠色社區、大型公共建筑等紛紛通過安裝太陽能、地熱等能量轉換裝置達到節能目的，因此為了提升新能源的利用率，需要通過規劃設計微電網，讓這些分布式能量轉換系統實現并網運行。而為了確保并網后的電力系統運行安全和可靠，就必需依靠計算機等關鍵技術來評估設計方案的合理性與可行性，確保系統之間能夠相互適應，還要從新能源利用的長遠視角，保障配電網絡的可拓展性。

（一）構建數學模型進行運行參數的分析計算

微電網設計首先需要根據負荷大小、特征以及分布式電源的分布，初步確定網絡架構和運行方式，原則上應保證其既可以與常規配電網絡并網運行，讓電能在更大范圍內進行調配和利用，又確保微電網具備獨立運行的條件，可以為特定范圍內的用戶提供穩定的高質量能源，并且在條件允許的情況下實現熱、電與冷量供應系統的一體化運行[2]。其次要在此基礎上構建數學分析模型，對微電網在獨立或并網運行情況下的各項技術參數進行計算和優化設計方案，基于達到能源轉換效率、運行穩定性以及經濟性等多元化設計目標，對各項數據進行反復計算和優化后確定最終的設計參數。

（二）模擬電網運行優化和確定組網方式

由于微電網的電力負荷相對復雜、應用場景多變，加之系統本身由多個相對獨立的子系統構成，因此當其處于不同運行模式時，能量轉換調配、系統自適應和保護等系統及裝置的工況、對常規配電網絡的影響等，都需要在設計和規劃過程中進行準確評估和預測，才能夠通過不斷的優化設計，保障投入使用的微電網可靠運行。而運用了機器學習、仿生學等人工智能技術的軟件系統，是完成上述工作的最佳選擇[3]。基于微電網與配電系統的數字化模型，可以通過輸入各項主要運行參數來模擬電力系統在不同情況下的運行狀態，對其可靠性進行科學的評價和對組網方式必要的優化。

三、未來的微電網規劃設計方向

（一）構建與完善微電網設計標準體系

雖然微電網運行條件、應用場景等復雜多變，但系統的運行與設計規劃目標具有很多共性，因此著力構建和完善相關設計標準體系，是未來一個時期的重要研究方向[4]。首先目前業界部分科研人員致力于實現微電網設計的標準化與模塊化，探索具有普適性的清潔能源接入傳統配電系統的解決方案，簡化微電網設計和規劃過程并節約建設成本。其次通過構建完備的技術標準體系，能夠為未來更大規模的微電網建設和運維提供設計規劃依據，更好的保障電力系統之間的適應性并實現新能源利用目標。

（二）將微電網設計納入配電網絡規劃當中

基于提升新能源使用比例的能源戰略，微電網必然會成為既有配電網絡的常規組成部分，而僅僅從微電網設計規劃角度保障其與現有電力系統的適應性，不僅會制約微電網的并網使用，還會給電力系統運行增添潛在風險。因此未來的微電網設計會納入配電網絡規劃當中，綜合考慮二者的相互適應性、統一規劃系統的安全防護與監控系統設計，并且逐步實現微電網集群、微電網與配電系統的大范圍協同運行。

四、結束語

利用計算機進行微電網設計參數的分析和優化，是微電網規劃設計的核心技術，而人工智能技術則是對充滿不確定性的微電網運行狀態進行預測評估的關鍵，未來微電網規劃設計實現標準化也有賴于這些技術的合理應用。

參考文獻：

[1]趙波. 微電網優化配置關鍵技術及應用[M]. 科學出版社， 2015.

[2]遲震. 微電網關鍵技術研究與應用[C]// 2015年全國智能電網用戶端能源管理學術年會. 0.

[3]王有春， 文閃閃， 秦躍進， et al. 微電網規劃關鍵問題與運行仿真[J]. 現代電力， 2015， 32（1）：8-12.

[4]賴清平， 吳志力， 崔凱， et al. 微電網規劃設計關鍵技術分析與展望[J]. 電力建設， 2018.