淺談微電網(wǎng)的現(xiàn)狀與發(fā)展前景

魏健

摘 要：近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力需求增長(zhǎng)迅猛，同時(shí)能源供需與環(huán)境的矛盾日益突顯，微電網(wǎng)的提出為電力行業(yè)的變革指出了一個(gè)新的方向。本文就當(dāng)前微電網(wǎng)研究現(xiàn)狀為背景，通過(guò)對(duì)微電網(wǎng)的技術(shù)創(chuàng)新以及存在的問(wèn)題進(jìn)行分析， 闡述未來(lái)微電網(wǎng)發(fā)展的主要方向，以為實(shí)際工作提供參考。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng) 現(xiàn)狀 前景

【分類號(hào)】：F426.61

我國(guó)在微電網(wǎng)方面的研究，目前主要區(qū)分了微電網(wǎng)與分布式電源間的關(guān)系，明確了微電網(wǎng)現(xiàn)階段研究中的關(guān)鍵問(wèn)題，并對(duì)微電網(wǎng)的控制策略、優(yōu)化與穩(wěn)定運(yùn)行等展開(kāi)了初步研究與仿真試驗(yàn)，另外，根據(jù)微電網(wǎng)的典型特征和運(yùn)行特性給出了建立國(guó)內(nèi)微電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系的建議等。

一、微電網(wǎng)提出的背景

近年來(lái)，為適應(yīng)快速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)需要，電力部門以及發(fā)電企業(yè)逐年加大發(fā)電側(cè)的投入，建設(shè)內(nèi)容主要集中在火電、水電等大型發(fā)電廠上。因此，能源供需與環(huán)境的矛盾日益突顯。同時(shí)國(guó)家電網(wǎng)也啟動(dòng)了智能電網(wǎng)和特高壓的建設(shè)，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，現(xiàn)已逐步發(fā)展成集中發(fā)電、遠(yuǎn)距離輸電的超大互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。但隨著遠(yuǎn)距離輸電的不斷增大、使得受端電網(wǎng)對(duì)外來(lái)電力的依賴程度不斷提高，電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性趨于下降，而且難于滿足多樣化供電需求。

分布式發(fā)電技術(shù)具有低污染、高能源利用率等優(yōu)點(diǎn)，但其控制困難、單機(jī)接入成本高，大量接入可能會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，影響電能質(zhì)量和系統(tǒng)的安全穩(wěn)定等特點(diǎn)也極大地影響了分布式電源的應(yīng)用。大電網(wǎng)往往采取限制、隔離的方式來(lái)調(diào)度分布式電源，以期減小其對(duì)大電網(wǎng)的沖擊，并對(duì)分布式電源的入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)做了規(guī)定，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，往往都在第一時(shí)間將分布式電源退出運(yùn)行，大大限制了分布式發(fā)電技術(shù)的充分發(fā)揮。

為協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式電源（DG）的矛盾，充分挖掘DG的價(jià)值和效益，在本世紀(jì)初，學(xué)者們提出了一個(gè)解決方法，即將DG及負(fù)荷一起作為公共配網(wǎng)的一個(gè)單一可控的子系統(tǒng)——微電網(wǎng)，以充分挖掘分布式發(fā)電的價(jià)值和效益。

二、微電網(wǎng)的主要特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

微電網(wǎng)是相對(duì)傳統(tǒng)大電網(wǎng)的一個(gè)概念。從微觀看，微電網(wǎng)可以看成是小型的電力系統(tǒng)，它具備完整的發(fā)輸配電功能，可以實(shí)現(xiàn)局部的功率平衡與能量?jī)?yōu)化，它與帶有負(fù)荷的分布式發(fā)電系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別在于同時(shí)具有并網(wǎng)和獨(dú)立運(yùn)行能力。從宏觀看，微電網(wǎng)又可以認(rèn)為是配電網(wǎng)中的一個(gè)“虛擬”的電源或負(fù)荷，相對(duì)于外部大電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的受控單元，并可同時(shí)滿足用戶對(duì)電能質(zhì)量和供電安全等的要求。

通過(guò)微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和定義可知，微電網(wǎng)技術(shù)是新型電力電子技術(shù)和分布式發(fā)電、可再生能源發(fā)電技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。具有以下主要特點(diǎn)：

（1）微網(wǎng)提供了一個(gè)有效集成應(yīng)用DG的方式，繼承擁有了所有單獨(dú)DG系統(tǒng)所具有的優(yōu)點(diǎn)。

（2）微網(wǎng)作為一個(gè)獨(dú)立的整體模塊，不會(huì)對(duì)大電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響，不需要對(duì)大電網(wǎng)的運(yùn)行策略進(jìn)行修改。

（3）微網(wǎng)可以以靈活的方式將DG接人或斷開(kāi)，即DG具有“即插即用”的能力。

（4）多個(gè)DG聯(lián)網(wǎng)的微網(wǎng)增加了系統(tǒng)容量，并有相應(yīng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，使系統(tǒng)慣性增大，減弱電壓波動(dòng)和電壓閃變現(xiàn)象，改善電能質(zhì)量。

（5）微網(wǎng)在上級(jí)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)可以孤立運(yùn)行繼續(xù)保障供電，提高供電可靠性。

三、微電網(wǎng)的核心技術(shù)

從微電網(wǎng)整體來(lái)看，目前微電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：新能源的接入、電力設(shè)施、控制技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)、并離網(wǎng)與運(yùn)行控制等技術(shù)。

1. 并網(wǎng)技術(shù)方面。微電網(wǎng)有孤島運(yùn)行與并網(wǎng)運(yùn)行兩種方式。相對(duì)于孤島模式，并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)微電源可以始終運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處，電源逆變器輸出電能必須滿足電網(wǎng)電壓幅值、頻率和相位一致。微電源并網(wǎng)發(fā)電既能最大限度合理地利用新能源，又能解決用戶不斷增長(zhǎng)的用電需求。微電網(wǎng)與大電網(wǎng)并網(wǎng)之后，二者之間相互影響。微電網(wǎng)技術(shù)能夠解決傳統(tǒng)分布式電源的分散接入、單獨(dú)并網(wǎng)所帶來(lái)的整體不受控問(wèn)題，有利于提升電網(wǎng)可控性。有利于在孤島運(yùn)行與并網(wǎng)運(yùn)行之間平滑切換。并網(wǎng)逆變器在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)起到了關(guān)鍵作用，保證了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。并網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行與控制成為微電網(wǎng)的核心甚至影響著了微電網(wǎng)的發(fā)展，將更加利于中國(guó)未來(lái)電力系統(tǒng)發(fā)展和超高壓電網(wǎng)的建設(shè)需求。

2. 儲(chǔ)能技術(shù)方面。儲(chǔ)能是實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)可靠運(yùn)行的重要手段。儲(chǔ)能技術(shù)到目前為止國(guó)內(nèi)的研究已經(jīng)取得了重大突破。目前，從技術(shù)成熟度來(lái)看，鉛酸蓄電池是目前最佳選擇。

3. 優(yōu)化調(diào)度方面。微電網(wǎng)是一個(gè)多對(duì)象、多目標(biāo)的聯(lián)合體。從需求側(cè)方面，基于實(shí)際風(fēng)光資源和微電網(wǎng)運(yùn)行成本數(shù)據(jù)，采用模糊評(píng)價(jià)函數(shù)并以河北承德風(fēng)力發(fā)展基地全年發(fā)電量數(shù)據(jù)為算例得出結(jié)論：在滿足負(fù)荷需求和分布式電源出力限制的前提下，可提高了全網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性和安全性。

四、微電網(wǎng)目前面臨的主要問(wèn)題

1. 技術(shù)相對(duì)不成熟

目前微電網(wǎng)項(xiàng)目尚處于試驗(yàn)示范階段，僅在極個(gè)別示范區(qū)、海島有所應(yīng)用，從規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)備選型到投產(chǎn)運(yùn)行等各方面均面臨著諸多問(wèn)題。很多微電網(wǎng)設(shè)備是新研制產(chǎn)品，不能滿足實(shí)際需求，缺乏現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。微電網(wǎng)監(jiān)控與能量管理系統(tǒng)目前尚處于研發(fā)階段，功能不完善，無(wú)法滿足運(yùn)行管理要求。

2. 國(guó)家政策不完善

微電網(wǎng)的建設(shè)離不開(kāi)國(guó)家政策的支持，雖然政策環(huán)境支持微電網(wǎng)并網(wǎng)，但對(duì)電網(wǎng)企業(yè)的合理補(bǔ)償存在較大欠缺，電網(wǎng)企業(yè)利益無(wú)法得到保證。關(guān)于微電網(wǎng)建設(shè)、運(yùn)營(yíng)模式，政府相關(guān)政策尚不清晰。

3. 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不完善

目前，分布式電源已有相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)正在制定及完善中，但對(duì)于微電網(wǎng)接入、規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)運(yùn)行和設(shè)備制造等環(huán)節(jié)缺乏相應(yīng)的國(guó)家層面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理規(guī)范。

4. 投資及運(yùn)維成本高

為滿足微電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行要求，實(shí)現(xiàn)自身電力電量平衡，要求配置的儲(chǔ)能裝置容量占總?cè)萘康?0%以上，但目前儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)投資成本較高。微電網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)及能量管理系統(tǒng)目前尚處于開(kāi)發(fā)試運(yùn)行階段，投資成本高。微電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)需培訓(xùn)專門的微網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)人員，承擔(dān)微網(wǎng)所有設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)責(zé)任，尤其對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)或孤立海島的微電網(wǎng)，相較一般電網(wǎng)運(yùn)維成本高。

五、微電網(wǎng)發(fā)展前景

1. 保證微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題是當(dāng)前發(fā)展微電網(wǎng)需要解決的首要問(wèn)題。微電網(wǎng)的建設(shè)勢(shì)必將會(huì)引起人們對(duì)微電網(wǎng)的成本及收益的思考。有研究表明，微電網(wǎng)后期發(fā)電成本會(huì)以每年6%至10%的趨勢(shì)下降。所以前期應(yīng)主要通過(guò)財(cái)政補(bǔ)助來(lái)實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)成本回收。

2. 新型電動(dòng)汽車與微電網(wǎng)結(jié)合

電動(dòng)汽車在接入微電網(wǎng)時(shí)具有兩方面作用：首先，充電時(shí)可作為是負(fù)載；其次，也可作為電源對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行供電。

電動(dòng)汽車不僅減少了微電網(wǎng)投資費(fèi)用，而且提高了供電的可靠性。

3. 積極加大新能源微電網(wǎng)的建設(shè)

新能源微電網(wǎng)代表了未來(lái)能源發(fā)展趨勢(shì)，是能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命的重要措施，是推進(jìn)能源發(fā)展及經(jīng)營(yíng)管理方式變革的重要載體，是“互聯(lián)網(wǎng)+”在能源領(lǐng)域的創(chuàng)新性應(yīng)用，對(duì)推進(jìn)節(jié)能減排和實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。同時(shí)，新能源微電網(wǎng)是電網(wǎng)配售側(cè)向社會(huì)主體放開(kāi)的一種具體方式，符合電力體制改革的方向，可為新能源創(chuàng)造巨大發(fā)展空間。風(fēng)、光、天然氣等各類分布式能源多能互補(bǔ)，具備較高新能源電力接入比例，可通過(guò)能量存儲(chǔ)和優(yōu)化配置實(shí)現(xiàn)本地能源生產(chǎn)與用能負(fù)荷基本平衡，可根據(jù)需要與公共電網(wǎng)靈活互動(dòng)且相對(duì)獨(dú)立運(yùn)行的智慧型能源綜合利用局域網(wǎng)。

六、結(jié)語(yǔ)

微電網(wǎng)作為一項(xiàng)新技術(shù)，在目前處于探索階段，但是在經(jīng)濟(jì)方面存在著巨大的發(fā)展?jié)摿?。雖然微電網(wǎng)的建設(shè)存在著前期投資較大、居民接受情況等一系列問(wèn)題，但微電網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)是不變的，尤其是微電網(wǎng)在節(jié)能減排、提高用電效率等方面存在著的巨大優(yōu)勢(shì)。

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