微電網(wǎng)技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景概述

摘 要：為了推廣中小型清潔能源的應(yīng)用，微電網(wǎng)技術(shù)的研究與開發(fā)得到了高度重視。文章簡要介紹了微電網(wǎng)概念產(chǎn)生的背景和意義，從結(jié)構(gòu)設(shè)計、運行與控制策略、安全機制與經(jīng)濟運營等三個方面總結(jié)了國內(nèi)外微電網(wǎng)研究的最新進展。并結(jié)合新時期智能電網(wǎng)建設(shè)的特點，分析和闡述了微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)技術(shù)；分布式發(fā)電；可持續(xù)發(fā)展

微電網(wǎng)（Micro-Grid）通常也譯作微網(wǎng)，是一種集合了微電源、負荷、儲能系統(tǒng)和控制裝置等的新興網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。相比于傳統(tǒng)的大電網(wǎng)建設(shè)來說，微電網(wǎng)是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我保護、控制、管理的自治系統(tǒng)，而且除了孤立運行，還能夠?qū)崿F(xiàn)和外部網(wǎng)絡(luò)的連接。其主要的特點是通過多個分布式電源以及對應(yīng)的負載按照一定的網(wǎng)絡(luò)拓撲方法構(gòu)建的新型網(wǎng)絡(luò)，并且借助于靜態(tài)開關(guān)實現(xiàn)和傳統(tǒng)電網(wǎng)進行連接，因此微電網(wǎng)的開發(fā)以及延伸技術(shù)能夠促進分布式電源以及可再生能源的大規(guī)模組網(wǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)多種能源形勢的供給組織可靠性以及穩(wěn)定性的提高，是當(dāng)前最為有效的主動式配電網(wǎng)方式，同時也是傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)過度的重要技術(shù)。為此我們詳細分析了其研究的現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展形勢。

1 微電網(wǎng)技術(shù)的基本特征

微電網(wǎng)技術(shù)有著廣闊的市場前景，歐美等發(fā)達國家均已經(jīng)開展了相關(guān)的技術(shù)研究而且已經(jīng)在概念驗證、方案控制、運行特性等方面取得較好的突破。近兩年隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的推進，我國也開始了相關(guān)的研究，截止到2014年底，我國已經(jīng)開展的微電網(wǎng)示范工程30個，涉及的類型廣泛。從目前來看微電網(wǎng)有著幾個重要的基本特征：微型，微電網(wǎng)電壓等級一般較低（多數(shù)為10kV以下），系統(tǒng)規(guī)模通常在兆瓦級以下；清潔，微電網(wǎng)多以風(fēng)能、太陽能等清潔能源為主要的內(nèi)部能源，或者是圍繞清潔能源利用；自治，能夠通過內(nèi)部電源實現(xiàn)全部或者部分自治；友好，可以緩解大規(guī)模分布式電源接入給電網(wǎng)的沖擊和影響。

2 微電網(wǎng)的運行與控制策略

就運行特性來看微電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)有著明顯的區(qū)別，微電網(wǎng)運行控制的核心就是如何協(xié)調(diào)其內(nèi)部的逆變電源。由于微電網(wǎng)分布式發(fā)電類型、符合特點以及電能質(zhì)量約束等特殊條件的限制，導(dǎo)致其對于逆變電源的控制更加復(fù)雜。通常來說由于微電網(wǎng)分布式發(fā)電形式和容量的不同，一般為了實現(xiàn)逆變裝置的擴充會采取多級并聯(lián)的方式，那么經(jīng)過并聯(lián)運行的逆變電源在實際的運行過程中，就可以實時的按照大電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度的需求調(diào)整輸出功率的電壓幅值、相位以及頻率等。對于孤島運行來說，微電網(wǎng)內(nèi)部的逆變電源能夠在沒有大電網(wǎng)的參考數(shù)值的情況下實現(xiàn)自我調(diào)整，即自行調(diào)整輸出功率的電壓、頻率和相位等來科學(xué)的分配負載功率，并且能夠保護重要負載的運行。一般來說微電網(wǎng)的實際運行效果不同，不同的分布式發(fā)電類型也常常對應(yīng)不同的控制策略，只有這樣才能在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下提升能源的利用效率。根據(jù)控制方式的不同，一般而言逆變電源的控制方法有恒壓恒頻控制、恒功率控制、下垂控制幾種。

微電網(wǎng)的控制策略有兩種。一種是主從型（master-slave operation）控制策略，主從型控制策略是在一個主控單元的協(xié)調(diào)控制下，對不同類型的分布式發(fā)電賦予了不同的功能，并且對應(yīng)的采取了不同的控制方法；一種是對等型控制策略，這種控制策略是基于外特性下降為核心的控制手段，相比與主從型的控制方法不同的是，其對于不同發(fā)電模塊的控制方法是相同的，而且各個分布式發(fā)電模塊之間不存在從屬關(guān)系，在運行中是平級的。

3 經(jīng)濟效益和安全機制

隨著環(huán)境保護以及能源危機的雙重影響，導(dǎo)致現(xiàn)在必須重視對清潔能源的利用，很多高效分布式能源工業(yè)的發(fā)展急需在靠近負荷中心設(shè)立一個對應(yīng)電源，而微電網(wǎng)以其重要的優(yōu)勢得到了快速的發(fā)展。從經(jīng)濟效益分析來看，當(dāng)前相關(guān)的儲能設(shè)備以及控制中心的建造價格非常高，一次性投資非常高，而且后期運營和維護費用成本也很高，而且由于微電網(wǎng)發(fā)展起步緩慢，相應(yīng)的電價制定和補貼凡是還沒有具體的方案，短期內(nèi)甚至未來相當(dāng)一段發(fā)展時期，傳統(tǒng)的并網(wǎng)模式的經(jīng)濟效益都要超過微電網(wǎng)控制。但是隨著國家對于清潔能源發(fā)展的重視，相關(guān)的政府補貼和政策必將對微電網(wǎng)有所傾斜。

由于微電網(wǎng)存在著孤島運行的機制，因此必須重視孤島檢測和防反送電等方面的問題。上文提到微電網(wǎng)內(nèi)部的分布式電源接入電壓較低，盡管能夠?qū)崿F(xiàn)就地平衡，但是不可避免的會對外部電網(wǎng)產(chǎn)生一定的影響。通常微電網(wǎng)能夠引發(fā)微電網(wǎng)孤島效應(yīng)的情況有三種：（1）配電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)停止，這個時候盡管整個電網(wǎng)是停電的，但是微電網(wǎng)讓然能夠通過內(nèi)部的儲能和備用電源短時間的維持系統(tǒng)運行；（2）配電網(wǎng)或者配電網(wǎng)某處電路故障，引發(fā)線路斷開或者跳閘。這個時候會讓微電網(wǎng)以及網(wǎng)內(nèi)負載形成一個獨立運行的電網(wǎng)系統(tǒng)，并能夠通過自身的控制保證運行的穩(wěn)定；（3）微電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)生非常規(guī)斷開的時候，微電網(wǎng)并沒有停止運行。為了保障微電網(wǎng)技術(shù)的安全性，必須采取一定的措施。主要的方式有：對微電網(wǎng)分布式電源注入容量進行限制，通過正序阻抗變化實現(xiàn)故障定位，基于組網(wǎng)技術(shù)的自我保護，應(yīng)用于繼電保護的Agent等。

4 未來的展望

隨著微電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，微電網(wǎng)在未來智能電網(wǎng)建設(shè)中的自愈、用戶側(cè)互動以及需求響應(yīng)等方面的作用越來越重要，特別是隨著新能源發(fā)電技術(shù)的廣泛應(yīng)用，微電網(wǎng)也越來越向更高電壓等級、更大容量過度。綜合分析其未來的發(fā)展主要有以下幾個重要的發(fā)展方向：（1）隨著新能源利用技術(shù)的不斷升高，微電網(wǎng)未來的發(fā)展也將面臨與多種能源綜合利用有關(guān)問題。這些問題主要集中在以下幾個方面：家庭式分布電源需求量的不斷增加、大量柔性電力電子裝置的出現(xiàn)將進一步增加微電網(wǎng)的復(fù)雜性、越來越多小發(fā)電機組并入引發(fā)的問題、微電網(wǎng)內(nèi)部電源以及儲能設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)化問題、微電網(wǎng)環(huán)境評價機制等。（2）面對未來發(fā)展中微電網(wǎng)和配電網(wǎng)更高層次的交互問題。微電網(wǎng)和配電網(wǎng)相連接后，微電網(wǎng)面臨著相當(dāng)多調(diào)整，例如內(nèi)部結(jié)構(gòu)、保護、控制方式都面臨著改革，不僅如此由于采用的全新的電能發(fā)電因此其電費價格、能量管理模式都將作出適應(yīng)性的調(diào)整。因此一方面要保證配電網(wǎng)內(nèi)部調(diào)整逐漸實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，并不斷的完善接入標(biāo)準(zhǔn)。另一方面也更加地重視微電網(wǎng)對于配電網(wǎng)的控制以及對用戶信息的搜集整理，借助于計算機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實現(xiàn)和用戶良好的互動效果，通過微電網(wǎng)內(nèi)部能量優(yōu)化、智能配網(wǎng)技術(shù)、微網(wǎng)群全局優(yōu)化等逐漸提高微電網(wǎng)技術(shù)的經(jīng)濟效益，保證微電網(wǎng)技術(shù)向著經(jīng)濟性、安全性、高效性方面發(fā)展。（3）實現(xiàn)信息和能源管理的雙重功能。未來的智能電網(wǎng)建設(shè)不僅僅實現(xiàn)了電能管理的高效運行，更加也能夠在計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的幫助下，實現(xiàn)信息和能源的雙重功能，特別與負荷很近的微電網(wǎng)，其未來的發(fā)展也必將以其靈活的供能方式與用電終端、企業(yè)以及物流等關(guān)聯(lián)緊密，而微電網(wǎng)對于能源和信息的共享和利用也將充分地發(fā)揮可再生能源的效益，滿足現(xiàn)代化的能源管理需求。

5 結(jié)束語

從當(dāng)前的發(fā)展來看，微電網(wǎng)目前還處在一個實驗和示范階段，其技術(shù)到大面積的推廣和應(yīng)用還有相當(dāng)長一段路要走，但是其市場規(guī)模已經(jīng)初見端倪。從目前的環(huán)境形勢和能源危機的影響來看微電網(wǎng)有著良好的技術(shù)前景，文章總結(jié)了微電網(wǎng)技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并結(jié)合其技術(shù)特點分析了其主要的發(fā)展趨勢，隨著國家政策和投入的不斷加大，中國未來將有更多的示范工程建設(shè)完成，在智能電網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮其重要的作用。

參考文獻

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