基于微電網(wǎng)并網(wǎng)技術(shù)研究現(xiàn)狀初探

魏于蘋

摘要：微電網(wǎng)（micro-grid）技術(shù)在國際上已經(jīng)受到了廣泛重視并且發(fā)展迅速，它的并網(wǎng)與孤島運行是微電網(wǎng)運行的核心技術(shù)。文章總結(jié)了微電網(wǎng)并網(wǎng)研究現(xiàn)狀和標準，講述了微電網(wǎng)的并網(wǎng)條件及不同條件下的運行現(xiàn)象和影響，并用MATLAB/SIMULINK進行了有相角差的并網(wǎng)仿真實驗。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；電網(wǎng)并網(wǎng)；并網(wǎng)仿真實驗

中圖分類號：TM727 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）17-0120-03

我國電力發(fā)展迅速，在電力“十二五”規(guī)劃中提到我國要不斷推進電網(wǎng)智能化，因地制宜地發(fā)展分布式發(fā)電，積極發(fā)展風(fēng)電等可再生能源，而微電網(wǎng)在智能電網(wǎng)中有很大的作用，使得電網(wǎng)更加智能化，并且微電網(wǎng)在某些場合具有很好的經(jīng)濟性，也具有一定的抗災(zāi)能力，比如在汶川大地震和雅安地震中運用微電網(wǎng)就可以減少一定的電力災(zāi)害影響，微電網(wǎng)很好地解決了許多電力問題。而微電網(wǎng)并網(wǎng)是微電網(wǎng)運行的核心，對微電網(wǎng)的并網(wǎng)進行研究有利于微電網(wǎng)快速穩(wěn)定的發(fā)展。微電網(wǎng)并網(wǎng)的技術(shù)問題曾一度被視為微電網(wǎng)并網(wǎng)的重要瓶頸，所以研究微電網(wǎng)并網(wǎng)有著重要意義。

1 微電網(wǎng)并網(wǎng)研究現(xiàn)狀

現(xiàn)今電力用戶對供電可靠性的要求越來越高，對環(huán)保和利用可再生能源的呼吁越來越高，微電網(wǎng)發(fā)電和傳統(tǒng)的電網(wǎng)結(jié)合起來能夠達到更高的可靠性；而且有效利用了可再生能源，更加環(huán)保，能有效地解決以上問題。隨著新材料和新型的發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，微電網(wǎng)在技術(shù)上得到了支持。而且我國在不斷推進智能電網(wǎng)，微電網(wǎng)具有的先進的控制系統(tǒng)和靈活的運行方式是智能電網(wǎng)的重要組成成分。微電網(wǎng)技術(shù)能夠解決傳統(tǒng)分布式發(fā)電分散接入、單獨并網(wǎng)所帶來的整體不受控的問題；當發(fā)生電網(wǎng)擾動時，其可有效解決單個分布式電源上關(guān)鍵負荷面臨的電能質(zhì)量問題，同時有利于提升電網(wǎng)可控性，而且未來的電網(wǎng)系統(tǒng)是一個公用大電網(wǎng)系統(tǒng)為主、本地微電網(wǎng)系統(tǒng)為輔的綜合型電網(wǎng)系統(tǒng)。若微電網(wǎng)能夠在孤島運行與并網(wǎng)運行之間進行平滑切換，其作用更大。

我國對微電網(wǎng)還沒有一個較為統(tǒng)一的定義，綜合各研究定義大致是將分散的小型發(fā)電設(shè)備通過公共連接點（PCC）聯(lián)結(jié)成網(wǎng)就地供電并能與大型電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行的電網(wǎng)。其中微電源發(fā)電包括燃氣輪機發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、太陽能發(fā)電等清潔能源發(fā)電。對于并網(wǎng)方面，我國對同步發(fā)電機與大電網(wǎng)并網(wǎng)（即傳統(tǒng)并網(wǎng)方式）研究較為成熟，且如今的準確度和自動化程度較高。而對于微電網(wǎng)的并網(wǎng)研究也是處于起步階段。它們之間的并網(wǎng)有相同之處也有不同之處。微電網(wǎng)的電源有同步發(fā)電機，也有異步發(fā)電機，如風(fēng)力發(fā)電。其原理與同步電機、大電網(wǎng)并網(wǎng)有所不同。

微電網(wǎng)系統(tǒng)的并網(wǎng)實現(xiàn)主要是由并網(wǎng)逆變器完成，并網(wǎng)時對微電網(wǎng)的實際運行狀態(tài)進行判斷，并且結(jié)合正序電壓提取、鎖相環(huán)和低通濾波等環(huán)節(jié)對微電網(wǎng)的運行進行監(jiān)控取得數(shù)據(jù)進行并網(wǎng)。并網(wǎng)逆變器主要是完成微電網(wǎng)與公用大電網(wǎng)之間的連接和功能交換。三相全橋式逆變器在微電網(wǎng)并網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用。逆變器作為微源與微電網(wǎng)的主要接口扮演著能量轉(zhuǎn)化和擾動緩沖的重要角色。并網(wǎng)時，它能從PCC處獲取主網(wǎng)電壓的頻率及幅值參考信號以和主網(wǎng)同步運行，三相全橋式逆變器在微電網(wǎng)并網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用。

通過逆變器進行并網(wǎng)，極好地減小了電流沖擊。并網(wǎng)逆變器的控制目標是控制逆變電路輸出的交流電流為穩(wěn)定的高質(zhì)量的正弦波，且與公共電網(wǎng)同壓、同頻、同相位。我國的并網(wǎng)逆變器原材料80%來自國外，而90%逆變器賣出國外且面對了一年多的歐美“雙反”夾擊，發(fā)展不太景氣，且起步較晚，但近來我國的政策不斷激活我國市場需要，促進了并網(wǎng)逆變器的發(fā)展研究。

根據(jù)現(xiàn)今的研究表明，分布式電源并網(wǎng)，隨著數(shù)量的增多實現(xiàn)平衡并不容易，而具有儲能設(shè)備的微電網(wǎng)有利于微電網(wǎng)的并網(wǎng)，且有利于電網(wǎng)穩(wěn)定性，它能提高微電網(wǎng)電能質(zhì)量、增加系統(tǒng)穩(wěn)定系、提高微電網(wǎng)的經(jīng)濟效益，承擔(dān)著電力調(diào)峰的功能。特別是風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電都具有一定的波動性。而儲能設(shè)備很好地解決了不穩(wěn)定的問題。但儲能設(shè)備的成本較高，限制了其發(fā)展，于是存儲設(shè)備也需要同步發(fā)展提高，以更有助于穩(wěn)定電網(wǎng)。

有部分學(xué)者提出了一些微電網(wǎng)并網(wǎng)的控制方法。總結(jié)起來都是通過電力電子器件監(jiān)測大電網(wǎng)與微電網(wǎng)的電壓相角和幅值的變化判斷微電網(wǎng)運行狀況進而自動轉(zhuǎn)換運行方式的方法。其中控制方法有下垂控制、v/f控制、PV控制、采用VSC結(jié)構(gòu)并網(wǎng)、采用潮流控制器（UPFC）并網(wǎng)，通過動態(tài)調(diào)節(jié)逆變器實現(xiàn)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的各參量相等。現(xiàn)今國際上和國內(nèi)也有了很多示范工程建立起來，為微電網(wǎng)并網(wǎng)研究提供了基礎(chǔ)和條件。

2 微電網(wǎng)并網(wǎng)標準

在國際上，IEEE制定了《IEEE1547分布式電源與電力系統(tǒng)互聯(lián)的系列標準》，其中IEEE1547.4《分布式孤島電力系統(tǒng)的設(shè)計、操作和集成指南草案》是專門針對微電

網(wǎng)的。

在部分國家也制定了一些相關(guān)標準。英國目前主要有《BSEN50438：2007微型發(fā)電設(shè)備接入低壓配電網(wǎng)技術(shù)要求和嵌入式發(fā)電廠接入公共配電網(wǎng)標準》。德國先后于2008年1月和2011年8月發(fā)布了發(fā)電廠接入中壓電網(wǎng)并網(wǎng)指南和發(fā)電系統(tǒng)接入低壓配電網(wǎng)并網(wǎng)指，還發(fā)布了DINEN50438-2008與公共低壓配電網(wǎng)并聯(lián)運行的微型發(fā)電機的連接要求系統(tǒng)接入低壓配電網(wǎng)并網(wǎng)指南。加拿大目前有2個主要的并網(wǎng)標準，有C22.2NO.257基于逆變器的微電源配電網(wǎng)互聯(lián)標準C22.3NO.9分布式電力供應(yīng)系統(tǒng)互聯(lián)標準。還有一些是針對指定微電源并網(wǎng)的并網(wǎng)標準。

我國微電網(wǎng)發(fā)電正處于起步階段，雖然國家出臺了很多利好政策，但我國各方面標準缺乏統(tǒng)一高質(zhì)量的標準，仍需要不斷的優(yōu)化。我國于2013年2月28日正式發(fā)布了《關(guān)于做好分布式電源并網(wǎng)服務(wù)工作的意見》這是繼支持分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)后，國家將支持范圍擴大至太陽能、天然氣、生物質(zhì)能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽?、資源綜合利用發(fā)電。此服務(wù)意見合理確定分布式電源界定標準。意見明確分布式電源，是指位于用戶附近，所發(fā)電能就地利用，以10千伏及以下電壓等級接入電網(wǎng)，且單個并網(wǎng)點總裝機容量不超過6兆瓦的發(fā)電項目。包括太陽能、天然氣、生物質(zhì)能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽?、資源綜合利用發(fā)電等類型。分布式電源并網(wǎng)服務(wù)一系列標準和細則的制訂，優(yōu)化了并網(wǎng)流程，簡化了并網(wǎng)手續(xù)，提升了服務(wù)效率，切實提高并網(wǎng)服務(wù)水平。在分布式電源并網(wǎng)標準體系建設(shè)方面，國家電網(wǎng)先后編制了16項企業(yè)標準、8項行業(yè)標準、8項國家標準。在國家能源局的大力支持下，國家電網(wǎng)成功建設(shè)了國家級風(fēng)電和太陽能發(fā)電研發(fā)（實驗）中心，具備了風(fēng)電和光伏發(fā)電全系列并網(wǎng)檢測能力。但這些標準還不夠細化，需要不斷地發(fā)展調(diào)整。政策標準支持主要在于風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電，但對于其他微電源并未出臺詳細統(tǒng)一的政策標準。