微電網(wǎng)建模及并網(wǎng)技術(shù)的研究

李志敏

國(guó)網(wǎng)福建永春縣供電有限公司

微電網(wǎng)建模及并網(wǎng)技術(shù)的研究

李志敏

國(guó)網(wǎng)福建永春縣供電有限公司

微型電網(wǎng)技術(shù)是新型電力電子技術(shù)、分布式發(fā)電技術(shù)、可再生能源發(fā)電技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)的綜合，服務(wù)于配電系統(tǒng)，可以運(yùn)行在并網(wǎng)模式，孤島(自主)模式，兩種模式間平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。微型電網(wǎng)可通過(guò)同步發(fā)電機(jī)、異步發(fā)電機(jī)或者電力電子器件接入大型電網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)運(yùn)行，微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，相當(dāng)于配電網(wǎng)的一部份，具有配電網(wǎng)的特性。此時(shí)微網(wǎng)服從系統(tǒng)調(diào)度，在電壓、頻率允許，滿足內(nèi)部功率平衡時(shí)，一方面可利用微網(wǎng)內(nèi)的分布式電源DG所發(fā)出的電能和從大型電網(wǎng)中吸取的電能，另一方面能在自身電能充足的情況下，向大型電網(wǎng)提供多余的電能。這種控制的靈活性允許微網(wǎng)對(duì)于電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)單獨(dú)的可控的模塊，滿足本地負(fù)載的可靠性和安全性需要。從大電網(wǎng)一側(cè)來(lái)看，微網(wǎng)就像電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)或負(fù)載一樣，是一個(gè)模塊化的整體。

微電網(wǎng)；并網(wǎng)；研究；

1 微網(wǎng)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)對(duì)微網(wǎng)的研究起步較晚，目前國(guó)內(nèi)研究和示范處于起步探索階段，但是隨關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)進(jìn)速加快，將進(jìn)入快速發(fā)展期。目前國(guó)內(nèi)部分地區(qū)已經(jīng)建成了微網(wǎng)示范工程，主要包括：佛山微網(wǎng)、珠海東澳島微網(wǎng)、河南財(cái)專微網(wǎng)、河北承德微網(wǎng)。其中“河南光儲(chǔ)聯(lián)合微網(wǎng)運(yùn)行控制綜合研究和工程應(yīng)用”，該項(xiàng)目是國(guó)家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)領(lǐng)域的試點(diǎn)工程。該項(xiàng)目以河南財(cái)政稅務(wù)高等專科學(xué)校屋頂光伏項(xiàng)目為依托?？茖W(xué)校屋頂光伏項(xiàng)目為依托，項(xiàng)目包括380kWp光伏系統(tǒng)、200kVA/200kWh儲(chǔ)能系統(tǒng)，開發(fā)和研制了儲(chǔ)能系統(tǒng)和微網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)，建成了光儲(chǔ)聯(lián)合微網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了微網(wǎng)的并轉(zhuǎn)離和離轉(zhuǎn)并的平穩(wěn)切換以及“黑啟動(dòng)”工程應(yīng)用；研發(fā)了微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了并離網(wǎng)工況下的能量管理功能；完成了分布式電源和負(fù)荷的統(tǒng)一調(diào)度，實(shí)現(xiàn)了微網(wǎng)與配電網(wǎng)的友好互動(dòng)；同時(shí)結(jié)合該項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，應(yīng)用微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)理論應(yīng)用微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)理論，從國(guó)家政策從國(guó)家政策、管理模式等方面研究了微管理模式，掌握了有參考價(jià)值的一手資料。

2 微網(wǎng)并網(wǎng)的定義及其意義

所謂并網(wǎng)運(yùn)行是指微網(wǎng)與由大機(jī)組供電的電網(wǎng)并列運(yùn)行，即與常規(guī)配電網(wǎng)在主回路上存在電氣連接，連接點(diǎn)一般稱為“公共連接點(diǎn)”(簡(jiǎn)稱PCC)。與單一由大機(jī)組供電的電力系統(tǒng)主網(wǎng)相比，微網(wǎng)與主網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，可以相互支援，提高運(yùn)行水平和可靠性。對(duì)主網(wǎng)而言，如果微網(wǎng)的數(shù)量規(guī)模達(dá)到一定水平，可以一定程度彌補(bǔ)主網(wǎng)電力不足，有效保證主網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。當(dāng)主網(wǎng)受擾動(dòng)，穩(wěn)定運(yùn)行受到威脅時(shí)，微網(wǎng)內(nèi)的多個(gè)分布式發(fā)電系統(tǒng)可以局部向重要負(fù)荷提供電能和電壓支撐，增強(qiáng)重要負(fù)荷抵御來(lái)自主網(wǎng)故障影響的能力，大大提高現(xiàn)有主網(wǎng)的供電可靠性。對(duì)微網(wǎng)而言，如果微網(wǎng)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，多樣化的微網(wǎng)電源難以保證快速跟蹤微網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷的變化，難于實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)內(nèi)的供需動(dòng)態(tài)平衡，對(duì)微網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性及電能質(zhì)量都會(huì)造成不良的影響。當(dāng)微網(wǎng)與主網(wǎng)并網(wǎng)之后，網(wǎng)內(nèi)電量不足部分由主網(wǎng)補(bǔ)充，富余的電量可以向主網(wǎng)輸送，易于實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)內(nèi)的供需動(dòng)態(tài)平衡，使微網(wǎng)內(nèi)電源始終運(yùn)行在比較穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)的工況下，用戶的用電質(zhì)量也可以得到保障。

3 微網(wǎng)的并網(wǎng)方式

正是由于微網(wǎng)并網(wǎng)存在的特殊問(wèn)題。微網(wǎng)的并網(wǎng)方式有單網(wǎng)并網(wǎng)，雙網(wǎng)并網(wǎng)兩種方式。

單網(wǎng)并網(wǎng)即微網(wǎng)通過(guò)負(fù)荷與由大機(jī)組供電的電網(wǎng)(本文稱為大電網(wǎng))連接，即與常規(guī)配電網(wǎng)在主回路上不存在電氣連接。微網(wǎng)可以通過(guò)負(fù)荷向大電網(wǎng)輸送多余的功率，見(jiàn)圖1。

由于單網(wǎng)并網(wǎng)直接面對(duì)用戶。通過(guò)用戶給大電網(wǎng)輸送多余的功率，因此當(dāng)負(fù)荷出現(xiàn)故障時(shí)，微網(wǎng)孤島運(yùn)行，降低了系統(tǒng)的可靠性，因此建議給負(fù)荷并上一個(gè)儲(chǔ)能元件，當(dāng)微網(wǎng)的功率多余時(shí)，將能量?jī)?chǔ)存在儲(chǔ)能元件中。不需要迂回供電。提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性：當(dāng)負(fù)荷大于微網(wǎng)的輸送功率時(shí)，儲(chǔ)能元件就近給負(fù)荷供電；當(dāng)負(fù)荷發(fā)生故障或被切除時(shí)，微網(wǎng)將電能儲(chǔ)存在儲(chǔ)能元件中。提高了能源的利用率。改進(jìn)的單網(wǎng)并網(wǎng)方式如圖2所示。

圖1 微網(wǎng)單網(wǎng)并網(wǎng)

圖2 改進(jìn)的單網(wǎng)并網(wǎng)方式

圖3 微網(wǎng)雙網(wǎng)并網(wǎng)

雙網(wǎng)并網(wǎng)的連接方式如圖3所示。微網(wǎng)與大電網(wǎng)并列運(yùn)行，即與常規(guī)配電網(wǎng)在主回路上存在電氣連接，微網(wǎng)可以直接向電網(wǎng)輸送多余的功率。

4 兩種并網(wǎng)方式對(duì)電網(wǎng)的影響及其選擇

(1)電能質(zhì)量。微網(wǎng)并入主網(wǎng)后，可能會(huì)引起諧波和電壓的閃變。相對(duì)于單網(wǎng)并網(wǎng)而言。雙網(wǎng)并網(wǎng)的微網(wǎng)依托主網(wǎng)。通過(guò)合理的控制策略。能夠更好地集中治理諧波，更有效地提高電能質(zhì)量。而單網(wǎng)并網(wǎng)的微網(wǎng)產(chǎn)生的諧波，需要自身來(lái)改善。加大了投資，并且難度加大。

(2)投資和運(yùn)行。從負(fù)荷需求的角度來(lái)說(shuō)。單網(wǎng)并網(wǎng)的微網(wǎng)直接面對(duì)用戶。是一種基于用戶技術(shù)選擇和電能質(zhì)量需求的供電結(jié)構(gòu)。由于這種并網(wǎng)方式不需要通過(guò)主網(wǎng)，節(jié)省了設(shè)備和線路的投資。是雙網(wǎng)并網(wǎng)所不能比擬的。從系統(tǒng)安全可靠的角度而言，單網(wǎng)并網(wǎng)的微網(wǎng)要求其負(fù)荷必須穩(wěn)定，因?yàn)楫?dāng)負(fù)荷突然出現(xiàn)故障時(shí)，微網(wǎng)孤島運(yùn)行，無(wú)法給大電網(wǎng)的負(fù)荷供電，降低了系統(tǒng)的可靠性；而雙網(wǎng)并網(wǎng)的微網(wǎng)在負(fù)荷出現(xiàn)故障時(shí)仍可以正常運(yùn)行。他通過(guò)母線與大電網(wǎng)直接連接，給大電網(wǎng)的其他負(fù)荷供電。

(3)對(duì)網(wǎng)損的影響。電網(wǎng)的損耗主要取決于系統(tǒng)的潮流，微電網(wǎng)的接入使得配電網(wǎng)中各支路的潮流不再是單向的流動(dòng)，因此會(huì)帶來(lái)電網(wǎng)的損耗。使之不僅與負(fù)載等因素有關(guān)，同時(shí)也與微電網(wǎng)接入點(diǎn)的位置、容量及負(fù)荷的相對(duì)大小以及網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有關(guān)。單網(wǎng)并網(wǎng)直接給用戶供電，線路短，電壓等級(jí)低，而雙網(wǎng)并網(wǎng)的方式需要先接入主網(wǎng)。再給負(fù)荷供電，線路長(zhǎng)，但電壓等級(jí)高，因此網(wǎng)損的大小不能直接比較，需要根據(jù)具體實(shí)際網(wǎng)架而定。

[1]梁志鵬，謝正武.中國(guó)分布式發(fā)電的機(jī)遇和挑戰(zhàn)[J].節(jié)能與環(huán)保，2004，(11)：11-13

[2]胡學(xué)浩.分布式發(fā)電(電源)技術(shù)及其并網(wǎng)問(wèn)題[J].電工技術(shù)雜志，2004，(10)：1-5