微電網(wǎng)實(shí)踐與發(fā)展思考

張繼紅+姜楠

摘 要：在近年來(lái)，微電網(wǎng)的使用率有了明顯的提高，由于它能夠?qū)Ψ植际诫娫催M(jìn)行有效地利用，并且對(duì)于配電網(wǎng)的供電有了更多的保障，因此，它的存在受到了國(guó)際上許多學(xué)者的重視。針對(duì)當(dāng)前微電網(wǎng)在實(shí)施應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，在得到了一定的科學(xué)成果和實(shí)際工程當(dāng)中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)過(guò)程，對(duì)于在未來(lái)如何發(fā)展微電網(wǎng)展開(kāi)討論和研究。文章在穩(wěn)定的措施，保護(hù)的建議和未來(lái)發(fā)展的前景做出具體的論述，指出目前微電網(wǎng)技術(shù)仍然存在的弊病，并提供盡可能的解決方案。

關(guān)鍵詞：控制；保護(hù)；規(guī)劃；微電網(wǎng)

前言

作為一種對(duì)分布式電源的有效利用方式，微電網(wǎng)的作用日益顯著，在提高我國(guó)分布式發(fā)電的進(jìn)程中，光伏微電網(wǎng)具有著重要的進(jìn)步意義。由于它的覆蓋范圍廣，能夠解決許多農(nóng)村包括偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電問(wèn)題，對(duì)于農(nóng)村電網(wǎng)有著極大的補(bǔ)充。由此可見(jiàn)，微電網(wǎng)的發(fā)展符合了“十二五”提出的加快社會(huì)主義新農(nóng)村這一主題，對(duì)于我國(guó)有著重要的意義。

1 控制與穩(wěn)定的方法

一般來(lái)講，控制的方法和穩(wěn)定的措施是微電網(wǎng)的根本，作為一直以來(lái)微電網(wǎng)研究的熱點(diǎn)，它直接決定了微電網(wǎng)能否有效運(yùn)行。在控制方法和穩(wěn)定分析上，微電網(wǎng)較傳統(tǒng)電網(wǎng)相比有著其獨(dú)特的一面，它主要體現(xiàn)在：存在于兩種運(yùn)行模式，即并網(wǎng)與離網(wǎng)；大量分布式的電源，導(dǎo)致其波動(dòng)性大；含有大量電力電子變換器；分布式電源不集中，通信成本居高不降；在離網(wǎng)工作時(shí)與大電網(wǎng)脫離關(guān)系，那么能夠保持一種穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)是微電網(wǎng)的必備條件[1]。

1.1 控制的具體方式

鑒于微電網(wǎng)控制目標(biāo)的范圍有大有小，通常情況下是由設(shè)備控制、微電網(wǎng)控制和群組控制組成。其中，作為最低層的控制，設(shè)備級(jí)控制在針對(duì)DG和負(fù)荷控制方面起著針對(duì)性的作用。微電網(wǎng)級(jí)控制則是各個(gè)DG之間相互協(xié)力的控制。群級(jí)控制是微電網(wǎng)存在的前提下，通過(guò)微電網(wǎng)對(duì)各網(wǎng)控制。

1.1.1 通過(guò)設(shè)備進(jìn)行控制

通常控制的對(duì)象有所差異，那么設(shè)備級(jí)控制的種類(lèi)也有所不同，能夠控制DG輸出有功，或者是無(wú)功功率通向電網(wǎng)，稱(chēng)之為PQ控制；控制DG輸出有功，或者是電壓幅值，叫做PV控制；而MPPT的主要功能則是用于風(fēng)機(jī)、光伏電池等DG；對(duì)于能夠同時(shí)進(jìn)行電壓的幅值和相角運(yùn)作，在一般條件下也有著改變功率的DG，叫做VF。在今天，我們對(duì)于逆變器的研究十分到位，尤其是它的底層控制的研究，取得了豐碩的成果。

1.1.2 網(wǎng)級(jí)控制

在網(wǎng)級(jí)控制中首先要提到的是并網(wǎng)控制，它能夠在大電網(wǎng)的幫助下，以微電網(wǎng)的運(yùn)作方式，對(duì)能量體系調(diào)節(jié)，從而使各DG達(dá)到出力的效果。然后是離網(wǎng)控制，顧名思義，它是在離網(wǎng)的情況下運(yùn)行的，由于缺乏大電網(wǎng)的保障，它需要自主的維持電壓以達(dá)到穩(wěn)定頻率的目的。最后是離并網(wǎng)切換控制：它分為離網(wǎng)切換控制和離網(wǎng)向并網(wǎng)切換控制。由于其切換時(shí)間短，物理切換和控制切換經(jīng)常會(huì)不同步，在產(chǎn)生沖擊的情況下需要進(jìn)行孤島檢測(cè)，導(dǎo)致不同步的時(shí)間更長(zhǎng)，所以在微電網(wǎng)工程中，這是一個(gè)急需解決的問(wèn)題。

1.1.3 群級(jí)控制

在一個(gè)系統(tǒng)中，包含兩個(gè)及以上的微電網(wǎng)，它們之間擁有著能夠?qū)崿F(xiàn)特定的共同的運(yùn)行目標(biāo)，此時(shí)該系統(tǒng)就成為了一個(gè)微電網(wǎng)群：它的電壓頻率要穩(wěn)定；各子微電網(wǎng)之間的能量互相聯(lián)系；電壓頻率與分層控制之間能夠分次調(diào)整。在目前，微電網(wǎng)群的概念較為淡泊，與之相關(guān)的資料比較匱乏，也沒(méi)有能夠舉為例子的示范工程，所以作為一個(gè)新的研究項(xiàng)目，怎樣將協(xié)作控制和能量互濟(jì)相融合，是一個(gè)問(wèn)題[2]。

1.2 解析穩(wěn)定性

現(xiàn)在的微電網(wǎng)有著自身的不足，其中，穩(wěn)定性就值得研究：第一，和傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，它的頻率變化范圍過(guò)大；第二，DG接口由于使用LC濾波器，性能不穩(wěn)定；第三，沒(méi)有了大電網(wǎng)的協(xié)力，微電網(wǎng)只能通過(guò)自己維持所需要的電壓，它的慣性也很小，所以，穩(wěn)定性成為了微電網(wǎng)急需解決的環(huán)節(jié)。

一般來(lái)說(shuō)，有兩種方式可以穩(wěn)定微電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定，它們分別是大、小干擾穩(wěn)定分析，首先說(shuō)小干擾穩(wěn)定性：通過(guò)模仿舊的電力系統(tǒng)，建立相對(duì)應(yīng)的方程式，然后通過(guò)線性化，找到一個(gè)屬于微電網(wǎng)的信號(hào)，通過(guò)該信號(hào)在微電網(wǎng)中產(chǎn)生的形狀來(lái)分析，這就是小干擾模式下的穩(wěn)定分析；然后是大干擾模式下的穩(wěn)定分析：通常一般的系統(tǒng)出現(xiàn)事故，包括超負(fù)荷地運(yùn)作、DG不在工作狀態(tài)下等情況，利用傳統(tǒng)電力系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行大干擾穩(wěn)定分析的方法，比如時(shí)域仿真法和能量函數(shù)法等，同時(shí)，還可以借鑒獨(dú)立電力系統(tǒng)的分析方法?，F(xiàn)在來(lái)講，如何正確地處理大干擾模式下的穩(wěn)定狀態(tài)，并將微電網(wǎng)和電力系統(tǒng)融為一體是我們現(xiàn)在乃至于未來(lái)需要思考的一道難題。

2 保護(hù)微電網(wǎng)的措施

2.1 含微電網(wǎng)的配網(wǎng)保護(hù)

在繼電保護(hù)中，當(dāng)助增的電流超過(guò)了原有電流所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，其感應(yīng)事故的靈敏程度就會(huì)上升，提高了損壞的可能，線路末尾的防御功能將會(huì)受到惡化，其保護(hù)能力逐漸流失；對(duì)于自動(dòng)式重合閘來(lái)說(shuō)，相比于過(guò)去的配電網(wǎng)來(lái)說(shuō)它是沒(méi)有電源的，因此一旦出現(xiàn)事故導(dǎo)致它產(chǎn)生反應(yīng)做出重合行為時(shí)，不用通過(guò)并網(wǎng)就可以完成這一條件，但是在科技高速發(fā)展的明天，它存在的意義要小于今天，因?yàn)槲磥?lái)的不斷變化，它不一定能適用于將來(lái)的形勢(shì)發(fā)展。在繼電保護(hù)上，我們要注意的是在故障定位與清除方面可以通過(guò)許多數(shù)據(jù)的顯示；自動(dòng)式重合閘也是極為重要的，對(duì)于繼電和配電的關(guān)系要加以重視，盡量保持并完善它們的關(guān)系。其他方面，要經(jīng)常利用高頻暫態(tài)信息去完善保護(hù)體系。

2.2 微電網(wǎng)自身的保護(hù)

微電網(wǎng)的靈活性是有目共睹的，在保護(hù)微電網(wǎng)自身的方面，也存在著幾種不同程度的困難和阻力。其難點(diǎn)體現(xiàn)在三個(gè)方面。首先，在離網(wǎng)時(shí)，微電網(wǎng)短路電流小，就會(huì)導(dǎo)致傳統(tǒng)的電流幅值啟動(dòng)的保護(hù)在離網(wǎng)時(shí)無(wú)法進(jìn)行保護(hù)；其次，由于微電網(wǎng)隨機(jī)地分布電源，使得短路電流分布多變，在整定繼電保護(hù)的閾值時(shí)較為困難；最后，電力電子的設(shè)備反應(yīng)過(guò)快，在出現(xiàn)故障時(shí)設(shè)備經(jīng)常連續(xù)跳閘從而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。對(duì)于設(shè)備而言，應(yīng)做到控制保護(hù)相結(jié)合，提高故障穿越能力；對(duì)于微電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，其適于發(fā)展集中式保護(hù)方法，易于多級(jí)與系統(tǒng)的配合與恢復(fù)[3]。

3 規(guī)劃和發(fā)展

第一個(gè)階段，作為微電網(wǎng)全壽命的重要時(shí)期，規(guī)劃是工作的基礎(chǔ)。目前來(lái)講，對(duì)于微電網(wǎng)的規(guī)劃文獻(xiàn)比較少，已有的文獻(xiàn)多側(cè)重與理論，與實(shí)際工程相悖，其基礎(chǔ)不健全，標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)的匱乏導(dǎo)致有關(guān)單位的管理和溝通充滿了障礙，沒(méi)有清晰的區(qū)分新建型微電網(wǎng)和改造型電網(wǎng)，使得人力和資源的分配不合理。所以，在微電網(wǎng)的規(guī)劃和應(yīng)用上，仍然任重道遠(yuǎn)。微電網(wǎng)的發(fā)展難點(diǎn)主要在于運(yùn)營(yíng)主體和運(yùn)行目標(biāo)是不同的，如何建立并磨合微電網(wǎng)與配電網(wǎng)，未來(lái)二者的主次如何區(qū)分，如何配合，是學(xué)者們需要思考和研究的內(nèi)容[4]。

4 結(jié)束語(yǔ)

微電網(wǎng)作為大電網(wǎng)的補(bǔ)充，作為被承認(rèn)的有效方案，它仍然要面對(duì)技術(shù)上，經(jīng)濟(jì)上和政策不完善所帶來(lái)的種種問(wèn)題。雖然困難重重，但是目前許多有利的條件，包括國(guó)家相關(guān)政策的不斷出臺(tái)都將會(huì)起到推波助瀾的作用，未來(lái)微電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)仍然是一片大好。未來(lái)，隨著微電網(wǎng)數(shù)量的增多，若干微電網(wǎng)組成的微網(wǎng)群很有可能是未來(lái)微電網(wǎng)的主要發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)

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