新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)

孫 佐

(池州學(xué)院 物理與機(jī)電工程系，安徽 池州 247000)

新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)

孫 佐

(池州學(xué)院 物理與機(jī)電工程系，安徽 池州 247000)

隨著以新能源及可再生能源為代表的微型能源發(fā)電技術(shù)、分布式發(fā)電技術(shù)以及儲(chǔ)能技術(shù)的飛速發(fā)展，新能源并網(wǎng)發(fā)電正逐漸成為研究的熱點(diǎn)。首先介紹了主要新能源分布式發(fā)電技術(shù)，進(jìn)而給出了微網(wǎng)的相關(guān)概念及其基本結(jié)構(gòu)，闡述了新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。最后提出了新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是分布式混合能源系統(tǒng)和在堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)框架下的智能微網(wǎng)，并探討了在研究中需要重點(diǎn)解決的理論和技術(shù)問(wèn)題。

新能源；微網(wǎng)；分布式混合能源系統(tǒng)；智能電網(wǎng)；智能微網(wǎng)

隨著以新能源及可再生能源為代表的微型能源發(fā)電技術(shù)、分布式發(fā)電技術(shù)以及儲(chǔ)能技術(shù)的飛速發(fā)展，新能源并網(wǎng)發(fā)電正在逐漸成為研究的熱點(diǎn)。2007年9月國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì) 《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》中明確將水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能等列為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，并在2008年3月發(fā)布了《可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》作為“十一五”時(shí)期我國(guó)可再生能源開(kāi)發(fā)利用和引導(dǎo)可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)。

從能源利用的國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，新能源及可再生能源最終將以替代能源的角色進(jìn)入電力市場(chǎng)，而并網(wǎng)發(fā)電將是新能源及可再生能源進(jìn)入電力市場(chǎng)的必由之路。

1 新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 分布式新能源發(fā)電技術(shù)

分布式發(fā)電也稱(chēng)分散式發(fā)電或分布式供能，一般指以新能源和可再生能源為主的小型的發(fā)電裝置就近布置在負(fù)荷附近的發(fā)電方式[1]。新能源想要向電力用戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)的供電服務(wù)，主要依靠分布式發(fā)電技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)相結(jié)合。

新能源和可再生能源包括水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽艿龋瑖?guó)內(nèi)外在新能源利用和開(kāi)發(fā)方面，將風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電和燃料電池技術(shù)作為當(dāng)前電氣工程重要的研究領(lǐng)域和發(fā)展方向。

（1）風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電技術(shù)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，要求發(fā)電機(jī)的輸出頻率與電網(wǎng)頻率一致。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)可分為恒速恒頻 (Constant Speed Constant Frequency，CSCF)和 變 速 恒 頻 (Variable Speed Constant Frequency，VSCF)兩大類(lèi)。恒速恒頻采用失速調(diào)節(jié)或主動(dòng)失速調(diào)節(jié)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，以恒速運(yùn)行時(shí)，主要采用異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)；變速恒頻采用電力電子變頻器將發(fā)電機(jī)發(fā)出的頻率變化的電能轉(zhuǎn)化成頻率恒定的電能。

變速恒頻發(fā)電技術(shù)有因最大限度地捕捉風(fēng)能、較寬的轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍、可靈活調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功功率和無(wú)功功率和采用先進(jìn)的PWM控制等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電的主流技術(shù)。

變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以有多種形式[2]，主要有以下四種方案，方案電路拓?fù)淙鐖D1所示。

(2)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù),即光電轉(zhuǎn)換。太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能。光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。圖2是一個(gè)太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)示意圖。

在實(shí)際系統(tǒng)中，太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)一般采用2級(jí)電力變換器實(shí)現(xiàn)，其主要由光伏電池陣列、DC/DC變換器、DC/AC光伏并網(wǎng)逆變器、儲(chǔ)能系統(tǒng)、控制器、并網(wǎng)/獨(dú)立切換開(kāi)關(guān)等部分組成。第1級(jí)為直流/直流(DC/DC)變換器，采用Boost升壓電路，用于實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能輸出電壓的變換和對(duì)光伏電池陣列的最大功率跟蹤（MPPT）控制；第2級(jí)采用電壓源型逆變器,將直流電變?yōu)榻涣麟娝腿腚娋W(wǎng),逆變器控制其直流側(cè)電壓恒定,并控制輸入電網(wǎng)的無(wú)功功率[3]。

圖1 幾種變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)方案拓?fù)鋱D

整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)主要涉及的技術(shù)主要有:太陽(yáng)能電池材料技術(shù)、最大功率跟蹤技術(shù)（MPPT）、并網(wǎng)逆變器控制技術(shù)、孤島檢測(cè)技術(shù)及能量管理與監(jiān)控技術(shù)。

(3)燃料電池技術(shù) 燃料電池是一種直接將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效地轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。它還具有燃料多樣化、排氣干凈、噪聲小、環(huán)境污染低、可靠性高及維修性好等優(yōu)點(diǎn)。燃料電池被認(rèn)為是21世紀(jì)全新的高效、節(jié)能、環(huán)保的發(fā)電方式之一。

燃料電池電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與圖2相似，主要包括燃料電池、直流變換器、逆變器和能量緩沖環(huán)節(jié)等。通過(guò)直流變換器和逆變器組成的功率變換裝置，實(shí)現(xiàn)燃料電池的輸出電壓與用戶(hù)需求的匹配。

1.2 微網(wǎng)的概念及基本結(jié)構(gòu)

微網(wǎng)通過(guò)有效的協(xié)調(diào)控制,使主要基于新能源和可再生能源的分布式電源并網(wǎng)所產(chǎn)生的負(fù)面問(wèn)題都在微網(wǎng)內(nèi)得到解決,減少了分布式電源并網(wǎng)對(duì)大電網(wǎng)產(chǎn)生的各種擾動(dòng)[4]。

微網(wǎng)是指由分布式微源、負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置、電能轉(zhuǎn)換設(shè)備及控制系統(tǒng)組成的小型配電網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)靈活的能量管理。典型的微網(wǎng)模型如圖3所示。微網(wǎng)中分布式電源由多種能源形式，如光電、風(fēng)電、微型燃?xì)廨啓C(jī)和冷熱電聯(lián)產(chǎn) (combined cold heat and power,CCHP)等形式。微網(wǎng)中電力負(fù)荷有兩種，一種是主要負(fù)荷，即對(duì)電能質(zhì)量和可靠性要求較高的負(fù)荷，另一種為次要負(fù)荷，即對(duì)電能質(zhì)量和可靠性要求較低的負(fù)荷。微網(wǎng)中的分布式電源可直接并網(wǎng)或通過(guò)電力電子換流裝置并網(wǎng)，既可以向本地負(fù)荷供電，又可以將余電反饋回電網(wǎng)。通過(guò)能量管理，可以調(diào)整分布式電源冷熱能量輸出，滿(mǎn)足用戶(hù)冷熱需求。

微網(wǎng)與主網(wǎng)通過(guò)公共連接點(diǎn)（Point of Common coupling，PCC）的靜態(tài)開(kāi)關(guān)與上級(jí)母線相連[5]，此處通常安置電壓、電流互感器用于檢測(cè)微網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)于某些微網(wǎng)控制方式，如主從控制方式或分散控制方式，系統(tǒng)還需安置通訊設(shè)備，用于控制信號(hào)的傳遞。此外，微網(wǎng)還可以配置信息采集和能量管理中央控制單元，用于對(duì)微網(wǎng)整體以及各分布式電源進(jìn)行靈活控制。

圖3 典型的微電網(wǎng)模型

2 新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)于光伏、風(fēng)力和燃料電池分布式發(fā)電系統(tǒng)的研究不斷深入，許多技術(shù)問(wèn)題得以提出并探討。其中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題包括(但不限于)電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵部件和微網(wǎng)技術(shù)中的運(yùn)行控制、能量管理與故障檢測(cè)與保護(hù)技術(shù)等。

2.1 新能源發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

新能源發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用多種能源并聯(lián)組成的分布式發(fā)電系統(tǒng)。小型分布式發(fā)電系統(tǒng)中，存在著風(fēng)能、太陽(yáng)能、燃料電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)和儲(chǔ)能系統(tǒng)多種能源的組合供電，其大部分都需要通過(guò)逆變電源并聯(lián)的形式接入微型公共電網(wǎng)。

2.2 基于電力電子技術(shù)的關(guān)鍵部件

電力電子技術(shù)是開(kāi)發(fā)各類(lèi)可再生能源和發(fā)展分布式發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)之一。根據(jù)微網(wǎng)的特殊需求，需要研制基于電力電子技術(shù)的一些新型的電力電子設(shè)備，如并網(wǎng)逆變器、靜態(tài)開(kāi)關(guān)和電能質(zhì)量控制裝置[6]。在新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，并網(wǎng)變換器、靜態(tài)開(kāi)關(guān)以及電能質(zhì)量控制裝置等作為關(guān)鍵部件，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生重大影響。

(1)并網(wǎng)逆變器。光伏電池、風(fēng)機(jī)、燃料電池、儲(chǔ)能元件等都需要通過(guò)電力電子變換器才能與微網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相連接。這些變換器可能既包括整流器也包括逆變器，也可能僅是一個(gè)逆變器。變換器具有響應(yīng)速度快、慣性小、過(guò)流能力弱等特性。同時(shí)，適用于微網(wǎng)中的逆變器除了需要具備常規(guī)逆變器的功能以及能夠并聯(lián)運(yùn)行外，還需要根據(jù)微網(wǎng)系統(tǒng)的特殊需求具備一些控制功能，如有功-頻率下垂控制功能和電壓-無(wú)功下垂控制功能。因此逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運(yùn)行控制成為微網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)。

(2)靜態(tài)開(kāi)關(guān)。靜態(tài)開(kāi)關(guān)置于連接微網(wǎng)與主網(wǎng)間的公共連接點(diǎn)處。在發(fā)生一些主網(wǎng)故障、電能質(zhì)量等事件時(shí)，靜態(tài)開(kāi)關(guān)應(yīng)該能自動(dòng)地將微網(wǎng)切換到孤島運(yùn)行狀態(tài)；此后，當(dāng)上述事件消失時(shí)，它也應(yīng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)與主網(wǎng)的重新連接。

(3)電能質(zhì)量控制裝置。任何DER單元的接入都會(huì)對(duì)系統(tǒng)中的電能質(zhì)量產(chǎn)生或多或少的影響，如果控制不當(dāng)，它們對(duì)電壓波形、頻率以及功率因數(shù)會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，尤其是太陽(yáng)能、風(fēng)能這些隨機(jī)性的能源，其頻繁的啟停操作、功率輸出的變化,都可能給所接入系統(tǒng)的用戶(hù)帶來(lái)電能質(zhì)量問(wèn)題；微網(wǎng)中大量單相分布式電源的存在,也增加了配電系統(tǒng)的三相不平衡水平；而且電子負(fù)載易受暫態(tài)、跌落、諧波、瞬間中斷及其它擾動(dòng)的影響，這些都是需要關(guān)注的方面?？傊⒕W(wǎng)及含分布電源微網(wǎng)配電系統(tǒng)中存在很多與電能質(zhì)量相關(guān)的獨(dú)特問(wèn)題。電能質(zhì)量綜合監(jiān)控技術(shù)是解決保證微網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一。

2.3 微網(wǎng)技術(shù)

將各類(lèi)微型能源與電力儲(chǔ)能裝置以及電力電子裝置有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，構(gòu)建成為一個(gè)發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備組成的微型電網(wǎng)(Microgrid)，通過(guò)電力電子裝置實(shí)現(xiàn)與大電網(wǎng)的“柔性”聯(lián)網(wǎng)。微網(wǎng)技術(shù)從局部解決了分布式電源大規(guī)模并網(wǎng)時(shí)的運(yùn)行問(wèn)題。

2.3.1 微網(wǎng)的運(yùn)行控制 微網(wǎng)系統(tǒng)承受擾動(dòng)的能力相對(duì)較弱，尤其是在孤島(自主)運(yùn)行模式下，考慮到風(fēng)能、太陽(yáng)能資源的隨機(jī)性，系統(tǒng)的安全性可能面臨更高的風(fēng)險(xiǎn)，因此對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效地運(yùn)行控制是非常關(guān)鍵技術(shù)之一。

(1)微網(wǎng)中多個(gè)微電源之間的協(xié)調(diào)控制問(wèn)題。

在微網(wǎng)系統(tǒng)中，含有多個(gè)微電源，可以是同類(lèi)型的微電源，也可以是異種類(lèi)型的微電源，這些電源的外特性、時(shí)間常數(shù)和組成環(huán)節(jié)等各不相同，而電力系統(tǒng)中的能量都是平衡的，如何保持微電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)電壓的穩(wěn)定性與系統(tǒng)的平穩(wěn)性和可靠性，減小微電網(wǎng)對(duì)大電網(wǎng)的沖擊，都需要進(jìn)一步的探討和研究。如：各種微電源穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)、動(dòng)態(tài)分析模型，多個(gè)變流器的穩(wěn)定性及其協(xié)調(diào)控制問(wèn)題。

(2)在并網(wǎng)與獨(dú)立運(yùn)行兩種運(yùn)行狀態(tài)的切換過(guò)程。

IEEE P1547對(duì)分布式電源入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)做了規(guī)定：在大電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，分布式電源必須立即退出運(yùn)行。微電網(wǎng)與分布式發(fā)電一個(gè)主要區(qū)別就是微電網(wǎng)既可與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以在大電網(wǎng)故障情況下切斷與大電網(wǎng)的聯(lián)接而獨(dú)立運(yùn)行。兩種運(yùn)行狀態(tài)的切換過(guò)程對(duì)大電網(wǎng)而言就是一種擾動(dòng)，對(duì)大電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行有一定的影響，且影響不可能完全消除，必須改進(jìn)微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與配置參數(shù)，改進(jìn)控制策略，消除對(duì)大電網(wǎng)的影響。

2.3.2 高級(jí)能量管理與優(yōu)化運(yùn)行 高級(jí)能量管理是微網(wǎng)的核心組成部分,能夠根據(jù)能源需求、市場(chǎng)信息和運(yùn)行約束等條件迅速做出決策,通過(guò)對(duì)分布式設(shè)備和負(fù)荷的靈活調(diào)度來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化運(yùn)行[7]。

微網(wǎng)EMS與傳統(tǒng)EMS的關(guān)鍵區(qū)別在于:（1)微網(wǎng)內(nèi)集成熱負(fù)荷和電負(fù)荷,因此微網(wǎng)EMS需要熱電匹配；（2)能夠自由與電網(wǎng)進(jìn)行能量交換；（3)微網(wǎng)EMS能夠提供分級(jí)服務(wù),特殊情況下可犧牲非關(guān)鍵負(fù)荷或延遲對(duì)其需求響應(yīng),為關(guān)鍵負(fù)荷提供優(yōu)質(zhì)電力保障。

2.3.3 微網(wǎng)故障檢測(cè)與保護(hù)技術(shù) DER單元的引入使得微網(wǎng)系統(tǒng)的保護(hù)控制與常規(guī)電力系統(tǒng)中的保護(hù)控制在故障檢測(cè)方法和保護(hù)原理上有很大不同，如除了過(guò)壓及欠壓保護(hù)外，針對(duì)分布式電源還包括反孤島和低頻保護(hù)的特殊保護(hù)功能。另外，常規(guī)的保護(hù)控制策略是針對(duì)單向潮流系統(tǒng)的保護(hù)，而在微網(wǎng)系統(tǒng)中潮流可能雙向流通，且隨著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和所連接的DG單元數(shù)量的不同，故障電流級(jí)別將有很大不同，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)設(shè)備可能不再起到應(yīng)有的保護(hù)作用，甚至可能導(dǎo)致這些保護(hù)設(shè)備損壞，因而需要研發(fā)能夠在完全不同于常規(guī)保護(hù)模式下運(yùn)行的故障檢測(cè)與保護(hù)控制系統(tǒng)。

3 發(fā)展趨勢(shì)

3.1 分布式混合能源系統(tǒng)

新能源作為電力系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展方向是采用幾種新能源發(fā)電方式組成的分布式新能源混合能源系統(tǒng)。分布式混合能源系統(tǒng)是一種結(jié)合分布式能源與儲(chǔ)能技術(shù)的全新分布式供電系統(tǒng)。混合能源系統(tǒng)的特點(diǎn)在于:利用各類(lèi)微型能源的不同特性，通過(guò)多種微型能源以及儲(chǔ)能裝置的有效混合配置，克服單一能源供電的不穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)能源的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)與效率提升；同時(shí)利用負(fù)荷均衡化控制策略，通過(guò)電力電子裝置為其提高獨(dú)立運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行兩種狀態(tài)下的供電可靠性以及電能質(zhì)量提供可能。

在分布式混合能源系統(tǒng)中需要重點(diǎn)解決拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制策略和關(guān)鍵部件的理論與技術(shù)問(wèn)題。

(1)新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵部件的選擇問(wèn)題。

根據(jù)對(duì)并網(wǎng)變換器的拓?fù)溥M(jìn)行了深入的建模與量化對(duì)比分析，確定最適合用于直流交流雙總線結(jié)構(gòu)的微電網(wǎng)的并網(wǎng)變換器結(jié)構(gòu)，在就近供電的微電網(wǎng)中使用直流總線，可以減少用電裝置中的交流-直流整流環(huán)節(jié)，提高電能利用效率。通過(guò)對(duì)各類(lèi)儲(chǔ)能裝置的技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比與分析，確定系統(tǒng)內(nèi)儲(chǔ)能環(huán)節(jié)的容量、結(jié)構(gòu)等的選擇與配置。根據(jù)并網(wǎng)變換器的拓?fù)涮攸c(diǎn)，提出將并網(wǎng)發(fā)電與電能質(zhì)量調(diào)節(jié)功能合二為一，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)變換器功能復(fù)合化的概念。

(2)新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的主電路的設(shè)計(jì)與各部分的建模問(wèn)題。

對(duì)新能源并網(wǎng)發(fā)電關(guān)鍵部件的研究需要建立在系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)參數(shù)以及各個(gè)部件的模型基礎(chǔ)上。首先確定新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的直流母線電壓和各個(gè)部件的功能定位，然后在對(duì)微電源以及儲(chǔ)能裝置的特性所進(jìn)行的分析基礎(chǔ)上，建立了相關(guān)的等效電路模型、熱模型、性能評(píng)價(jià)指標(biāo)以及機(jī)電方程。對(duì)微電源以及儲(chǔ)能裝置的電力電子接口電路進(jìn)行探討，對(duì)并網(wǎng)變換器的控制模型進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。通過(guò)仿真分析對(duì)所建立的模型進(jìn)行了驗(yàn)證，完成并網(wǎng)系統(tǒng)的主回路設(shè)計(jì)。

(3)新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中多個(gè)微電源之間的協(xié)調(diào)控制問(wèn)題。

并網(wǎng)系統(tǒng)中有不同的微電源，各微電源通過(guò)先進(jìn)的電力電子設(shè)備與微網(wǎng)中的直流總線或交流總線連接，它們多數(shù)是靈活可控的，各個(gè)微電源都有不同的電壓-電流，頻率-功率特性，時(shí)間常數(shù)也有相當(dāng)大的差異，較好的協(xié)調(diào)控制策略可以在保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和電能質(zhì)量的前提下，充分發(fā)揮新能源發(fā)電的效率。

(4)孤島獨(dú)立運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷分級(jí)原則與方法。

與分布式發(fā)電技術(shù)不同，微電網(wǎng)允許獨(dú)立運(yùn)行，這進(jìn)一步增加了微電網(wǎng)檢測(cè)與控制的復(fù)雜性。因此要求對(duì)電力負(fù)荷進(jìn)行仔細(xì)分類(lèi)與細(xì)化，最終形成金字塔式的負(fù)荷結(jié)構(gòu)。對(duì)供電可靠性與供電質(zhì)量要求不高的負(fù)荷位于金字塔的底層，對(duì)供電可靠性與供電質(zhì)量要求極高的少數(shù)負(fù)荷位于金字塔的頂層。對(duì)負(fù)荷進(jìn)行細(xì)致的分類(lèi)體現(xiàn)了微電網(wǎng)個(gè)性化供電的特點(diǎn)，探討如何設(shè)計(jì)微電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)這個(gè)復(fù)雜的分層結(jié)構(gòu)。

3.2 智能微電網(wǎng)

近年來(lái)國(guó)際范圍內(nèi)逐步開(kāi)展了智能電網(wǎng)的研究與實(shí)踐計(jì)劃。智能電網(wǎng)的概念最早是美國(guó)為了解決日益老化的電網(wǎng)而提出的一種解決方案，旨在通過(guò)升級(jí)改造原有電網(wǎng)的發(fā)電、輸電、配電和用電環(huán)節(jié)達(dá)到更加環(huán)保、高效、互動(dòng)的現(xiàn)代化電力系統(tǒng)。針對(duì)未來(lái)含有微網(wǎng)的智能化配電網(wǎng)，美國(guó)電力研究院(EPRI)在2004年開(kāi)始制定了詳細(xì)的科研計(jì)劃，并構(gòu)建了新的科研管理機(jī)構(gòu)和一個(gè)世界范圍內(nèi)智能電網(wǎng)研究的網(wǎng)絡(luò)化平臺(tái)Intelligrid[8]，以引領(lǐng)世界范圍內(nèi)智能配電網(wǎng)的技術(shù)研究。

通過(guò)第五、第六框架計(jì)劃中各個(gè)項(xiàng)目的研究，歐盟逐步明確了基于可再生能源和分布式發(fā)電系統(tǒng)的未來(lái)歐洲電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)?！皻W盟第七框架計(jì)劃”在原有微網(wǎng)研究基礎(chǔ)上又提出發(fā)展智能電網(wǎng)的構(gòu)想[9]。智能電網(wǎng)概念的提出為所有的與可再生能源利用及分布式發(fā)電相關(guān)的技術(shù)項(xiàng)目提供了載體，各個(gè)項(xiàng)目的研究都成為智能電網(wǎng)框架下的有機(jī)組成部分，為項(xiàng)目成果的匯集、交叉、融合提供了必要的技術(shù)平臺(tái)[10]。

智能微網(wǎng)的概念在國(guó)際上已經(jīng)出現(xiàn)[11-12]。文獻(xiàn)[7]認(rèn)為智能微網(wǎng)是未來(lái)智能配電網(wǎng)新的組織形式。實(shí)現(xiàn)智能微網(wǎng)涉及眾多技術(shù)領(lǐng)域，主要關(guān)鍵技術(shù)有高級(jí)電力電子技術(shù)、量測(cè)與通信技術(shù)、信息管理系統(tǒng)、高級(jí)能量管理和高級(jí)分析技術(shù)等。在堅(jiān)強(qiáng)智能配電網(wǎng)的高級(jí)配電運(yùn)行框架下，結(jié)合分布式發(fā)電系統(tǒng)特性，實(shí)現(xiàn)智能微網(wǎng)自愈控制、分布式電源協(xié)調(diào)與自適應(yīng)控制、能量管理優(yōu)化、信息集成等，實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)的智能化、信息化、數(shù)字化和自動(dòng)化。

4 結(jié)論

綜上所述，新能源及可再生能源發(fā)電技術(shù)雖然已取得了突破性進(jìn)展，然而由于目前大部分可再生能源發(fā)電裝置所產(chǎn)生的電能存在不可預(yù)測(cè)性和間歇性，例如風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等，其產(chǎn)生的電能如果直接輸入電網(wǎng)將對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，制約了可再生能源的并網(wǎng)利用和進(jìn)一步的發(fā)展。因此迫切需要一些解決方案以提高新能源及可再生能源并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行的可靠性。

今后應(yīng)將新能源及可再生能源發(fā)電作為一種重要的分布式電源，納入建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能配電網(wǎng)的總體研究框架中。在堅(jiān)強(qiáng)智能配電網(wǎng)的高級(jí)配電運(yùn)行框架下，微電網(wǎng)是未來(lái)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)高效、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)供電的一個(gè)重要手段，是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)有源配網(wǎng)的有效方式。

[1]王建,李興源,邱曉燕.含有分布式發(fā)電裝置的電力系統(tǒng)研究綜述[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2005,29(24):90-97.

[2]馬洪飛,徐殿國(guó),苗立杰.幾種變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制方案的對(duì)比分析[J].電工技術(shù)雜志,2000(10):1-4.

[3]張超，王章權(quán)，蔣燕君等.無(wú)差拍控制在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電力電子技術(shù)，2007,41(7):3-5.

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[5]Robert H.Lasseter,Microgrids,IEEE PES Winter Meeting,27-31,January,2002(l1):305-308.

[6]丁明，張穎媛，茆美琴.微網(wǎng)研究中的關(guān)鍵技術(shù)[J].電網(wǎng)技術(shù),2009,33(11)：6-11.

[7]李振杰，袁越.智能微網(wǎng)-未來(lái)智能配電網(wǎng)新的組織形式[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（17）：42-48.

[8]HAASE P.IntelliGrid:a smart network of power[EB/OL].[2008 -07 -21]. http://mydocs.epri.com/docs/Corporate Documents /EPRI_Journal/2005-Fall/1012885_IntelliGrid.pdf.

[9]European Commission. European technology platform smartGrids:vision and strategy for Europe's electricity networks of the future [EB/OL].[2008-07-21].http://www.smartgrids.eu/documents/vision.pdf.

[10]王成山，高菲，李鵬，丁菲.可再生能源與分布式發(fā)電接入技術(shù)歐盟研究項(xiàng)目述評(píng)[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2008，2(6)：1-6.

[11]GalvinElectricityInitiative.Smartmicrogrids[EB/OL].[2009-07-10].http://www.galvinpower.org/files/SmartMicroGrids.pdf.

[12]Valence Energy.Smart microgrid[EB/OL].[2009-07-16].http://www.valenceenergy.com/Solutions/Smart-Microgrid.

Key Technology and Development of Grid-Connected System of New Energy

Sun Zuo
(Department of Physics and Mechanical and Electronic Engineering,Chizhou College,Chizhou,Anhui 247000)

With the rapid development of new energy and micro-generation of power generation,distributed power generation systems and energy storage,grid-connected system of generation of new energy has become a hot research topic.The paper introduces the distributed power generation technology and presents the relevant concepts of micro-network and its basic structure and discusses the key technology of grid-connected system of generation of new energy,and presents the development trend of grid-connected system of generation of new energy and explores the theoretical and technical problems in the research.

New Energy;Micro-Network;Distributed Power Generation Systems;Smart Grids;Smart Micro-Network

TM61

A

1674-1102（2010）03-0031-05

2010-03-24

安徽省高等學(xué)校省級(jí)自然科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目（KJ2010A245）。

孫佐（1965-），男，安徽樅陽(yáng)人，池州學(xué)院物理與機(jī)電工程系副教授，工學(xué)碩士，主要研究方向?yàn)槲C(jī)測(cè)控、電力電子技術(shù)和新能源發(fā)電。

[責(zé)任編輯：桂傳友]