低碳經濟視閾下的區域智能微電網保護與控制

陳康CHEN Kang

（南京乾佳科技有限公司，南京210019）

0 引言

現階段隨著科學技術的不斷進步和發展，國家電網研究和發展方向也出現明顯的轉變，在實際電網建設的過程中，經常會使用較高的控制技術來確保電網運行的穩定性和安全性，減少電網在實際運行中出現崩潰的概率，確保工業以及民用電網行業的穩定進步和發展。目前，行業對智能微電網的研究不斷深入，這也讓電網和供應系統的發展不斷加快，分布式電源具有供電靈活的基本特點，通過科學合理的規劃，在突發事故出現的時候，可以用最快的速度保證電網負荷供電，并且為快速恢復供電提供便利條件。因此，在低碳經濟發展背景下，區域智能微電網的建設規模不斷增多，電力行業也有著全新的發展前景和進步空間。

1 低碳經濟的相關概念

低碳經濟主要是將減少溫室氣體排放作為保護目標，建立低能耗、低污染的經濟發展結構體系，現階段主要包括低碳能源系統、低碳技術系統、低碳產業系統。低碳能源系統主要是不斷對清潔型能源進行研究，通過大力推廣清潔能源的應用，減少各種不可再生資源的使用，目前清潔能源主要包括：風能、太陽能、地熱、核能，主要是替代煤炭資源和石油資源等能源，從而減少二氧化碳的實際排放量。低碳技術主要是清潔煤技術、二氧化碳捕捉以及儲存技術等。低碳產業系統現階段主要是新能源汽車、節能建筑、循環經濟、資源回收、節能材料、環保設備等。

低碳經濟的起點主要是對煤炭資源和煤炭使用足跡進行全面統計，二氧化碳的產生主要有三個重要的來源，其中最為主要的就是煤炭資源在燃燒使用過程中，產生的二氧化碳，這種情況下產生的二氧化碳排放量占據著總排量的40%左右，而隨著時代的進步和發展，汽車尾氣二氧化碳排放量也在不斷增長，特別是在我國汽車銷量不斷提高的情況下，汽車尾氣的排放問題逐漸加重。除此之外，隨著建筑工程規模和數量的逐年遞增，施工中產生的廢棄物和資源損耗，也是近幾年來重點需要解決的問題。總的來說，低碳經濟主要是在可持續發展戰略引導下，通過對各項理念的不斷創新、對技術的深入研究，完善各項制度、對我國各個行業發展進行轉變等多種手段，不斷提升能源生產和使用的實際效率，減少二氧化碳的排放，對周邊自然環境進行有效地保護，同時使用替代能源和清潔型能源進行生產和加工，利用各種技術手段緩解大氣中二氧化碳的濃度，最終實現社會經濟的發展和自然生態環境的保護，促進國家綜合實力的穩定提升。

2 低碳經濟發展背景下區域智能微電網的相關內容

2.1 低碳經濟發展背景下區域智能微電網的概述

微電網主要是由分布式電源、電能儲備裝置、能量轉換設備、保護設備共同組成的小型配電系統，簡單微電網是微電網中的基礎部分，主要結構包括分布式電源和管理設備，通常只針對負荷功能進行改善。多種類的微電網設備中，基本包含著多個簡單微電網所組成，可以對各種微電網中存在的缺陷和不足之處進行調整、優化、完善，因此多種類微電網在結構上有著更加復雜的基本特點。為了能夠維持多種微電網運行的安全性和穩定性，一般都會對切負荷設備進行設置，在目前發展的過程中，微電網系統的發展目標是成為共用微電網，在這樣的系統中可以接入大量分布式電源和簡單微電網系統[1]。

低碳經濟發展背景下，智能微電網的出現主要是在分布式電源發展和能源利用要求基礎上，相關人員不斷進行研究和開發，從而將分布式發電系統進行創新，更加靈活地實現供電，將全新能源進行使用，并且在建設應用中取得較為明顯的效果，受到社會各行業的廣泛關注。但是分布式發電技術也存在功率輸出波動較大、成本較高的眾多缺點，在批量接入電網之后，必然會對電網造成一些負擔和影響。因此，有效地改善智能微電網和電網之間存在的矛盾問題，也成為智能微電網發展中主要需要解決的重點。

2.2 低碳經濟發展背景下區域智能微電網的基本特點

2.2.1 運行模式的特點

在低碳經濟發展的背景下，區域智能微電網需要具備獨立運行的基本能力，這樣也能夠在電網出現故障的第一時間內，保證區域電力資源供應的穩定性和持續性，并且智能微電網還能夠實現自動調節的基本功能，確保微電網自身運行安全性和穩定性，同時還能夠組織故障問題不斷地擴張，對企業造成嚴重的經濟損失。智能微電網還能夠與電網共同它運行，起到調峰的作用，當電網處于峰谷階段的時候，電網可以對微電網進行電量輸送，從而降低電網因為高峰負荷落差過大，出現嚴重的掛賬問題，進一步確保電力設備運行的穩定性，為持續供電提供有效地保障。除此之外，當電網處于峰值的時候，智能微電網還能夠給電網輸送電量，有效地緩解城市用電壓力過大的情況，更好地滿足人們對用電的基本需求。

2.2.2 多樣性特點

在低碳經濟發展的背景下，區域智能微電網需要具備分布式電源的基本特點，保證供電種類的多樣性，比如在實際供電的過程中，可以使用風力發電、太陽能發電、蓄能發電、生物發電、水資源發電等。多樣化的發電形式，也能在一定程度上提升電力資源供電的持續性，保證智能微電網運行的穩定性和安全性。

2.2.3 靈活性特點

智能微電網的出現主要是在分布式電源基礎上進行創新和研究，因此區域智能微電網也具備分布式電源靈活性的基本特點，通過電源、符合、儲備能等結果組成，是一種獨立微型的電網系統。在實際應用的過程中，不僅可以更加靈活地進行切換，并且還能夠使每一個發電單元都可以直接進行電力供應，實現微電網的獨立控制，滿足各種不同用戶對電壓、電能、電量的基本需求，靈活供電的基本特點也是智能微電網建設和發展的首要條件。

2.2.4 經濟性特點

低碳經濟發展的背景下，區域智能微電網全新綠色可再生資源利用的設備，不僅能夠對能源結構進行完善和優化，還能夠減少傳統電力資源發電對環境造成的嚴重污染，有效地提升各項能源轉化的實際效率，降低電力生產中成本的投入。區域智能微電網的批量使用，在一定程度上也能夠提升電力企業實際的經濟效益提升，為社會的發展和企業的進步奠定扎實的基礎條件[2]。

2.2.5 穩定性特點

低碳經濟發展的背景下，區域智能微電網與電網結合之前，需要對用戶實際的電力需求、供電要求、電力質量進行詳細調查，同時還需要對控制和保護系統進行有效的調節和優化，確保微電網電力資源輸出的過程中，可以有效的保證電壓的穩定，避免因為電功率的不穩定，導致微電網系統出現故障，影響用戶電力資源使用的實際質量和效率。

3 低碳經濟發展背景下區域智能微電網運行狀態

在低碳經濟發展背景下，區域智能電網的運行包括正常狀態、過渡狀態以及非正常狀態三種狀態模式，其中正常狀態主要是并網運行和獨立運行兩種狀態的共同組成，過渡狀態是在并網和離網兩種轉換狀態下組成的模式，而非正常狀態主要是在故障檢修維護的過程中，電網直供符合狀態下，智能微電網運行情況的總結。這三種狀態都是現階段區域智能微電網運行中，主要會使用到的基本狀態，在一定程度上可以確保區域智能微電網運行的安全性和穩定性，本文在此對三種運行狀態進行簡要的闡述和分析，希望能對今后智能微電網的發展和建設有一定的幫助。

3.1 并網運行狀態

在智能微電網運行的過程中，如果處在與主電網連接的狀態模式下，微電網結構系統內部的母線和負載主要是由主電網運行狀態決定，在這樣的情況下，微電網可以實現對主電網補償的功能，對主電網電力資源不充足、電壓不穩定、電能質量不高等相關問題進行改善，并且由主電網來提供一定的輔助操作。比如，可以對主電網的實際運行狀態進行穩定，避免主電網在運行過程中出現明顯的故障問題，進而不斷提升電力資源的質量、供電的穩定性和安全性等。

3.2 離網運行狀態

在部分情況下，區域智能微電網會脫離主電網單獨運行，這樣的獨立運行也可以稱之為孤島運行模式。當區域智能微電網處在孤島運行模式狀態下，需要對微電網內部的線路進行維護，使用電力電子部件作為主要的連接口，保證智能微電網系統承載能力可以有所提升。但是從實際的運行狀況來分析可以發現，區域智能微電網系統承載能力較差、自身的慣性較小，同時分布式電源波動性和間歇性、負荷以及負載都存在多變性，這樣的情況也讓區域智能微電網的運行控制產生較大的難度[3]。

3.3 過渡運行狀態

過渡運行狀態也可以稱之為切換運行狀態，這種運行狀態主要是區域智能微電網在兩種運行狀態之間進行切換，屬于一種暫態的運行模式。在過渡運行狀態下，區域智能微電網需要維持自身的實際工作穩定性，保證智能微電網系統能夠在兩種運行狀態下，穩定安全地進行切換。當區域智能微電網從并網運行狀態切換到孤島運行狀態的時候，區域智能微電網內部系統中的電能與負荷需求之間產生不平衡的基本問題，導致微電網系統運行缺少穩定性，在這樣的情況下，如果區域智能微電網重新進行切換的時候，就需要對電網之間電壓同步問題進行深入的考慮。因此，設計人員在對區域智能微電網系統結構進行設計的時候，需要保證設計的穩定性、合理性，有效地加強區域智能微電網系統結構和控制技術，確保微電網運行的安全性以及穩定性。

4 低碳經濟發展背景下區域智能微電網控制方式

4.1 區域智能微電網主從控制方式

主從控制是現階段在區域智能微電網系統中常見的控制方式，主要是將微電網系統中某一個控制器作為主要的控制器，將系統內部其余控制器作為從控制器，確保主控制器能夠對從控制器進行指令傳達，在控制的過程中有效地將通信手段進行應用，加強數據傳輸的控制方式，更好的保證微電網控制的實際效果。

4.1.1 將分布式電源作為主控制設備

分布式電源作為區域智能微電網中的主要設備，當分布式電源作為主要控制設備的時候，微電網系統會對內部的分布式電源實施主從控制。在這樣的情況下，主從控制主要可以是分布式電源、分布式電源間、分布式電源與通信系統的結合，在這個過程中需要確保通信系統的順暢，這樣才能夠更好地保證區域智能微電網運行的穩定性和安全性。在將分布式電源作為主要控制設備的時候，還需要根據實際的控制方式，詳細地對微電網內部各個系統進行劃分，進一步保證區域智能微電網系統運行的連續性[4]。

4.1.2 中心控制設備作為主控制設備

當中心控制設備作為智能微電網主要控制設備的時候，系統內部上層管理系統，能夠對分布式電源與負荷之間進行有效的管理，在這個過程中上層管理系統和下層運行系統之間的通信能力較弱。上層管理系統中的控制設備，可以有效的根據電網底層分布式電源實際功率進行轉化，保證區域智能微電網內部符合能夠滿足實際工作變動需求，加強對分布式電源以及電能負荷之間的管理，保證接入和斷開的實際效率。

4.2 區域智能微電網對等控制方式

低碳經濟發展的背景下，區域智能微電網中有效地將對等控制方式進行應用，能夠有效的保證智能微電網運行的安全和穩定，對等控制主要是對底層分布式電源與優先級進行對等控制。在這控制階段中，微電網可以將分布式電源以及電能負荷進行控制，實現即插即用的基本目標，在分布式電源與微電網進行連接或者斷開的時候，不會對微電網系統內部各種模塊的設置產生嚴重影響。同時，對等控制應用中，分布式電源不需要使用通信系統，而是直接通過分布式電源自身產生的變量進行控制，當智能微電網進入到孤島運行狀態的時候，主要的控制方式可以由分布式電源和電能負荷共同決定，保證使用相同的控制方式對區域智能微電網進行掌控，進而確保智能微電網運行的安全與穩定，為用戶提供高質量的電力資源。

4.3 主從控制方式與對等控制方式的區別

當主從控制方式中以分布式電源作為主要控制設備的時候，微電網分布式電源之間有著較強的通信信號，但是對運行實際要求較高、成本投入較大、可靠性較低。微電網的實際運行狀態也會受到主控設備的影響，當主控單位出現故障問題的時候，會對區域智能微電網實際運行狀態造成嚴重的影響。

當主從控制方式中以中心控制設備作為主要控制單元的時候，微電網與分布式電源之間的通信信號較弱，并且微電網的實際運行主要是受到中心控制設備的影響。隨著區域智能微電網發展和建設不斷加快，現階段智能微電網主要有三層控制結構[5]。

當應用對等控制地方時的時候，微電網內部各個分布式電源之間不需要進行通信連接，不同的分布式電源主要控制方式也有一定的差異性，這樣的控制方式能夠保證分布式電源的使用效率和使用壽命，投入成本較低、可靠程度較高、并且具有一定的靈活性。

5 低碳經濟發展背景下區域智能微電網的保護方式

5.1 區域智能微電網系統級保護方式

在低碳經濟發展的背景下，區域智能微電網主要有兩種運行模式，并且微電網的應用能夠有效、精準的對主電網中出現的各種故障問題進行判斷，從而對故障進行響應，這也是保證微電網運行穩定的主要方式。在現階段電網保護設計的過程中，主電網結構對繼電保護提出特殊性的要求，在保護的過程中主要需要考慮幾個方面的問題。首先，配電網一般都是放射性的網絡結構，因為微電網的不斷發展，在保護裝置上電流可以會由以往的單向電流轉變成雙向電流；其次如果微電網進入孤島運行狀態下，短路容量將會不斷產生變化，對原有的繼電保護設備的正常運行造成嚴重的影響；最后，對原有的分布式電源接入方式造成影響，在實際建設的過程中，需要盡可能地保證在電網故障的時候，微電網能夠提供所需的電量，在最快速度內對主電網進行修復，從而保證電力資源供應的連續性，有效地避免對電力企業經濟造成嚴重的影響。

5.2 對微電網單元機的保護方法

當主電網產生故障問題或者電力質量不斷下降的時候，需要微電網快速地進行模式切換，這樣也能夠對微電網運行狀態和電壓穩定提供保障。微電網單元保護的過程中，主要需要對兩個方面的問題進行考慮。首先，需要能夠快速地對微電網內部運行中出現的各種故障問題進行處理；其次，在微電網進行孤島運行狀態哦的時候，確保微電網平穩地過渡，確保系統內部的安全性和穩定性[6]。

6 結束語

隨著人們對生態環境的重視，在低碳經濟發展背景下，區域智能微電網保護與控制成為發展中重點關注的內容。通過本文的分析可以發現，在低碳經濟的發展下，電力企業為了能夠更好地保證電力資源的良好供應效果，加強對智能微電網的建設，確保電力資源合理的配置和使用，更好的提升智能微電網運行的實際效益，同時加強對環境的保護，對資源的節約?，F階段智能微電網因為自身靈活性的特點，在行業內部發展迅速，并且能夠減少突發性停電或者故障問題，給企業造成的經濟損失，也能夠為后續恢復供電提供有效地保障，這種技術在一定程度上，也是符合企業發展和人們實際需求的根本技術，同樣也能夠促進社會經濟的穩定發展。