微電網(wǎng)在內(nèi)蒙古地區(qū)應(yīng)用的可行性初探

隨著各國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源需求特別是電能需求也隨之迅速增長。伴隨電能需求的飛速增長，電網(wǎng)的規(guī)模也愈來愈大，超大規(guī)模電力系統(tǒng)和超大規(guī)模網(wǎng)架帶來的弊病也日益顯現(xiàn)。往往為了保證用戶提出的越來越高和越來越多樣化的安全性和可靠性要求，運(yùn)行成本和運(yùn)行難度亦與日俱增。基于此，各國都已經(jīng)在分布式發(fā)電的基礎(chǔ)上開展微電網(wǎng)的研究，各國都立足于本國電力系統(tǒng)的實(shí)際問題，提出了能夠適應(yīng)其自身的微電網(wǎng)概念和發(fā)展目標(biāo)。經(jīng)過多年的探究，已經(jīng)證明，微電網(wǎng)對(duì)我國電力系統(tǒng)發(fā)展和國民經(jīng)濟(jì)提高能夠起到重要的意義，另一方面對(duì)我國偏遠(yuǎn)地區(qū)，特別是內(nèi)蒙古、新疆、西藏等地牧區(qū)的電網(wǎng)發(fā)展有更深遠(yuǎn)的作用。

微電網(wǎng)的概念

相對(duì)于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)而言，獨(dú)立的控制單元變成了體現(xiàn)微電網(wǎng)的關(guān)鍵，其作用和控制理念是把工業(yè)控制當(dāng)中的FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)Fieldbus Control System）和DCS（分散控制系統(tǒng)Distributed Control System）控制理念在電網(wǎng)當(dāng)中實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展。日本學(xué)者提出：基于獨(dú)立控制單元的靈活可靠的智能能量供給系統(tǒng)（FRIENDS），其主要思想就是在配電網(wǎng)絡(luò)中加入足夠靈活的交流輸電系統(tǒng)控制裝置，并利用控制器快速和靈活的控制性能來完成微電網(wǎng)的能源構(gòu)成、分配和使用的優(yōu)化，在滿足用戶的多種電能質(zhì)量的前提下，縮減成本。另一方面微電網(wǎng)技術(shù)的供電部分同分布式發(fā)電相似，每一個(gè)單獨(dú)的微電網(wǎng)當(dāng)中必須包含獨(dú)立電源。這就保證了微電網(wǎng)技術(shù)在處于孤島運(yùn)行時(shí)能夠不間斷向用戶供電，但同時(shí)由于微電網(wǎng)還要考慮并網(wǎng)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)和并網(wǎng)瞬間的暫態(tài)影響，處于在微電網(wǎng)中的配電結(jié)構(gòu)需要重新設(shè)計(jì)，并要求能夠保證在并網(wǎng)時(shí)不會(huì)對(duì)所并入電力網(wǎng)絡(luò)造成失穩(wěn)運(yùn)行。另一方面還要保證微電網(wǎng)中的用電用戶，特別是敏感負(fù)荷的安全穩(wěn)定運(yùn)行，就需要對(duì)敏感負(fù)荷的接線進(jìn)行單獨(dú)的特殊設(shè)計(jì)。例如：將不重要的用電負(fù)荷接在同一條回饋線路上，敏感或是重要的用電負(fù)荷接在另外的回饋線路上，同時(shí)把電源或儲(chǔ)能元件、相應(yīng)的控制系統(tǒng)以及調(diào)節(jié)和保護(hù)設(shè)備與敏感、重要的負(fù)荷連接在同一條回饋線路上。這樣便使得微電網(wǎng)與主網(wǎng)解列時(shí)，通過各種隔離裝置同時(shí)解列一些不重要的負(fù)荷，但同時(shí)保證重要的負(fù)荷和用電用戶的正常用電不受影響。

對(duì)于微電網(wǎng)中的電源部分，由于各個(gè)國家和各個(gè)地區(qū)對(duì)于微電網(wǎng)的定義和研究方向以及情況的不同，其對(duì)于微電網(wǎng)當(dāng)中所使用的電源也做了不同的定義。例如，美國提出微電網(wǎng)電源中大多數(shù)必須是電力電子型的，結(jié)合現(xiàn)有的控制設(shè)備和控制系統(tǒng)之后，確保能夠成為一個(gè)集成系統(tǒng)運(yùn)行和管理，使其微電網(wǎng)的運(yùn)行能夠作為大電力系統(tǒng)的一個(gè)受控單元。又例如歐洲對(duì)于微電網(wǎng)電源是這樣闡述的：歐洲電網(wǎng)積極鼓勵(lì)社會(huì)各界廣泛參與電力市場(chǎng)，其中能源形式包括風(fēng)、光、潮汐以及沼氣發(fā)電等各種新能源。這是智能電網(wǎng)思想的一個(gè)體現(xiàn)，微電網(wǎng)中的能量控制的智能性和能量利用的多元化等特點(diǎn)也使其成為歐洲未來智能電網(wǎng)的重要組成部分。

內(nèi)蒙古電網(wǎng)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向

內(nèi)蒙古電網(wǎng)供電區(qū)域目前為自治區(qū)中西部六市二盟，包括呼和浩特市、包頭市、烏海市、鄂爾多斯市、巴彥淖爾市、烏蘭察布市、阿拉善盟、錫林郭勒盟，供電區(qū)域面積約72萬平方千米，人口約1230萬人。目前，電網(wǎng)已投運(yùn)500千伏變電站14座，變電容量1800萬千瓦伏安，線路長度3055千米，220千伏變電站86座，變電容量2149千瓦伏安，線路長度8825千米。電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度裝機(jī)容量3638萬千瓦，其中火電3064萬千瓦，水電及生物質(zhì)58萬千瓦，風(fēng)電516千瓦。電網(wǎng)最高發(fā)電負(fù)荷1995萬千瓦，區(qū)內(nèi)最高供電負(fù)荷1260萬千瓦，風(fēng)電最高發(fā)電312萬千瓦。目前內(nèi)蒙古電網(wǎng)有豐泉-萬全，汗海-沽源-平安城2個(gè)向華北電網(wǎng)送電的通道，共計(jì)4回500千伏線路，最大外送電力390萬千瓦。

預(yù)計(jì)在國家“十二五”規(guī)劃的五年內(nèi)，內(nèi)蒙古裝機(jī)容量年均增長12.8%，新增負(fù)荷990萬千瓦。同時(shí)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，增加風(fēng)能等新型清潔能源的裝機(jī)規(guī)模和容量，減緩傳統(tǒng)能源發(fā)電的發(fā)展速度，逐漸改變和調(diào)整內(nèi)蒙古地區(qū)的發(fā)電能源構(gòu)成。

在目前內(nèi)蒙古電網(wǎng)發(fā)展的過程中，也凸顯出了一些尚待改進(jìn)或是尚未解決的問題。例如中低壓配電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與城市、農(nóng)村的應(yīng)急和社會(huì)發(fā)展不相適應(yīng)、不夠協(xié)調(diào)。城市、農(nóng)村特別是牧區(qū)的中低壓配電網(wǎng)絡(luò)不能完全適應(yīng)上級(jí)高壓網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行，同時(shí)也不能夠很好地滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的用電需求，主要體現(xiàn)在：配電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)較為薄弱;部分地區(qū)設(shè)備老化;牧區(qū)供電能力不足等等。

反觀內(nèi)蒙古電網(wǎng)所擁有的風(fēng)電和光伏電力資源十分豐富，特別是在牧區(qū)和電網(wǎng)邊緣地帶，但目前新能源發(fā)電的送出情況卻不容樂觀。目前內(nèi)蒙古電網(wǎng)的投資能力尚無法滿足特別大規(guī)模的風(fēng)電送出要求。原因有三：內(nèi)蒙古風(fēng)電場(chǎng)分布大都處于高壓主網(wǎng)路的邊緣，風(fēng)電接入電網(wǎng)距離少則幾十千米，多則上百千米，這就使得風(fēng)電的投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過火電;在風(fēng)電網(wǎng)附近沒有形成單獨(dú)供用電的體系和配套設(shè)施，這樣不僅增加了部分地區(qū)的供用電投資成本，也在一定程度上阻礙了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展;由于風(fēng)電的供電隨機(jī)性較大，就目前而言，還缺乏用針對(duì)非用電高峰所發(fā)電的儲(chǔ)能設(shè)施和設(shè)備。

對(duì)于風(fēng)電并網(wǎng)的問題，在2010年內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司也制定出了相關(guān)的解決方案和建議使用的措施。例如：加大抽水蓄能電站的建設(shè)力度，增加抽水蓄能電站在電網(wǎng)調(diào)峰過程中的地位和作用;提高外送通道在用電低谷時(shí)的送電容量;同時(shí)增加供熱機(jī)組在供熱期的調(diào)峰能力等。

微電網(wǎng)在內(nèi)蒙古電網(wǎng)中使用展望

我國的電力系統(tǒng)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了智能化、大電網(wǎng)、高電壓、長距離、大容量階段，電力網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定因素都會(huì)影響整個(gè)供電電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。為此而提出的分布式發(fā)電技術(shù)以及相關(guān)解決方案，雖然能夠在一定程度上解決地區(qū)的供電，但在電力系統(tǒng)管理邊緣的大量類似于分布式電網(wǎng)電源的并網(wǎng)，很有可能因?yàn)樽陨黼娫吹挠绊懺斐呻娏ο到y(tǒng)的不易控、不安全和不穩(wěn)定，而影響到整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和穩(wěn)定使用。隨著智能電網(wǎng)的理念的推廣，各省網(wǎng)公司都在加緊驗(yàn)證與探索適合自身電網(wǎng)區(qū)域的智能電網(wǎng)構(gòu)成和標(biāo)準(zhǔn)。只有在智能電網(wǎng)的控制基礎(chǔ)情況下，微電網(wǎng)技術(shù)才能夠保證其并網(wǎng)與解列時(shí)不會(huì)對(duì)自身和大電力系統(tǒng)造成影響。

相對(duì)于傳統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)控制和分布式發(fā)電的網(wǎng)絡(luò)控制而言，微電網(wǎng)能夠通過其自身的先進(jìn)控制設(shè)備和控制策略來完成之前無法完成或完成困難的控制要求。例如在發(fā)生自然災(zāi)害，主干網(wǎng)架由于災(zāi)害不能夠正常運(yùn)行時(shí)，這種情況下微網(wǎng)控制系統(tǒng)可以把微網(wǎng)控制范圍從故障主干網(wǎng)架解列，變成一個(gè)能源孤島運(yùn)行，并待主干網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)之后重新并網(wǎng)。這樣的功能可以很大程度提高電力系統(tǒng)的安全性和可靠性，特別是增強(qiáng)電力系統(tǒng)在災(zāi)害發(fā)生時(shí)的自我保護(hù)能力，同時(shí)也在一定程度上提高了整個(gè)電力系統(tǒng)自愈能力。另一方面，微電網(wǎng)的先進(jìn)控制系統(tǒng)還能夠使得不同的微電網(wǎng)之間實(shí)現(xiàn)交流互通，特殊時(shí)刻形成由微電網(wǎng)組成的暫時(shí)性的一個(gè)區(qū)域電網(wǎng)，以滿足微電網(wǎng)之間能源互補(bǔ)的要求。例如，在微電網(wǎng)尚未并入主要網(wǎng)絡(luò)時(shí)，由于風(fēng)能因?yàn)榈匦魏图竟?jié)導(dǎo)致地區(qū)風(fēng)力發(fā)電量不同，作為微電網(wǎng)中的電源，其提供的能源總不能一直符合負(fù)荷的量的要求，而相鄰的微電網(wǎng)在控制設(shè)備控制下完成聯(lián)通之后就能夠從一定程度增加風(fēng)能電力的利用率。加之先進(jìn)的電網(wǎng)控制裝置，使得微電網(wǎng)能夠根據(jù)終端用戶的不同需求來提供差異化的電能服務(wù)。在廠網(wǎng)分開后，內(nèi)蒙古電力市場(chǎng)利益主體更加多元化，廠網(wǎng)矛盾增多，廠網(wǎng)協(xié)調(diào)難度加大，特別是對(duì)電網(wǎng)設(shè)備的安全管理不到位，這些都對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了威脅。

如上文所述，與常規(guī)的集中供電電站相比，微電網(wǎng)可以和現(xiàn)有電力系統(tǒng)結(jié)合形成一個(gè)高效靈活的新系統(tǒng)。其無需建設(shè)配電站，可避免或延緩增加輸配電成本，同時(shí)由于是就地供電，沒有或很低的輸配電損耗，可降低終端用戶的費(fèi)用;加之供電的容量較小，使得對(duì)建設(shè)所要求不高，不占用輸電走廊，施工周期短，高效性靈活，能夠迅速應(yīng)付短期激增的電力需求，同時(shí)在風(fēng)場(chǎng)和光伏發(fā)電場(chǎng)附近，減少火電使用，從一定程度上降低了污染物排放。

由于內(nèi)蒙古大部分地區(qū)的常規(guī)輸電線路距離遠(yuǎn)、功率小、線損大、建設(shè)變電站費(fèi)用高昂，導(dǎo)致內(nèi)蒙古常規(guī)電網(wǎng)難以覆蓋或是難以提供有效配合當(dāng)?shù)匕l(fā)展的電力供應(yīng)支持，而通過微電網(wǎng)技術(shù)，這種情況將得到有力的緩解?？梢詾閮?nèi)蒙古的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供能源保障。（作者銀哲供職于內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司培訓(xùn)中心（內(nèi)蒙古電力學(xué)校）輸變電培訓(xùn)處;孫軍供職于內(nèi)蒙古電力信息通信中心）