微型電網(wǎng)在大電網(wǎng)背景下的應用探討

青燕

摘要：目前，我國大量分布式電源并網(wǎng)構成的大電網(wǎng)日趨形成，但隨之而來可能造成電力系統(tǒng)對其不可控制和難以管理的局面，并引發(fā)相應的電能質量、電網(wǎng)安全性和穩(wěn)定性等諸多問題。為了解決電力系統(tǒng)與分布式電源間的矛盾，以及更好地滿足電力用戶對電能質量和供電可靠性的更高要求，微網(wǎng)概念應運而生，并很快成為國內(nèi)外電氣工程研究領域的最新前沿課題之一。

關鍵詞：微型電網(wǎng)；特點；關鍵技術；應用

與常規(guī)的分布式電源直接并網(wǎng)相比，微網(wǎng)靈活、系統(tǒng)地將分布式電源與本地負荷組為一個整體，通過柔性控制可以大大降低分布式電源并網(wǎng)運行對電力系統(tǒng)的影響。目前，美國、歐盟、日本等發(fā)達國家已率先建立了一些微網(wǎng)示范工程及實驗測試系統(tǒng)。微網(wǎng)理論技術研究及示范工程建設在中國也已得到高度重視，國家科技部863計劃、973計劃等已將微網(wǎng)研發(fā)項目列入重點資助范圍。

1.微型電網(wǎng)的主要特點

1.1自治性。微型電網(wǎng)作為小型能源網(wǎng)絡，能夠維持自身能量的配合，可以在孤網(wǎng)和并網(wǎng)兩種方式下運行。

1.2穩(wěn)定性。微型電網(wǎng)基于實時通信、快速控制和儲能單元，能夠在穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的情況下實現(xiàn)電網(wǎng)的電壓、頻率穩(wěn)定，保證功率的平衡。

1.3兼容性。微型電網(wǎng)具有即插即用的特點、可以接人分布式電源等模塊，也可接人大電網(wǎng)作為其中一個單元參與運行。

1.4靈活性。微型電網(wǎng)方便的接入各種電源、負載等，可以根據(jù)用戶的需求提供不同可別的電能質量。

1.5經(jīng)濟性。微型電網(wǎng)綜合優(yōu)化能量應用、運行效率，對市場交易和能源配置進行統(tǒng)一管理。

1.6自愈性。微型電網(wǎng)通過繼電保護、控制技術優(yōu)化電網(wǎng)結構和能量管理，減少故障對電網(wǎng)的沖擊。

2.微網(wǎng)中的關鍵技術

2.1微電網(wǎng)的運行

微電網(wǎng)系統(tǒng)有2種運行模式，并網(wǎng)模式和孤島模式。存在著3種狀態(tài)：連聯(lián)網(wǎng)運行、孤島運行和兩者之間互相切換的暫態(tài)。并網(wǎng)模式是指，微電網(wǎng)與大電網(wǎng)并網(wǎng)運行，當微電網(wǎng)自身電能多余時，向大電網(wǎng)供應電能，當自身電能不足時，則由大電網(wǎng)補償微電網(wǎng)。實驗證明：合理的控制策略，可以實現(xiàn)并網(wǎng)和孤島2種模式的平滑過渡及轉化。孤島運行模式是指，當微電網(wǎng)內(nèi)部的電能質量不合要求或者主電網(wǎng)發(fā)生故障時，微電網(wǎng)和主電網(wǎng)斷開，形成孤島運行模式，孤島模式的正常運行，才為系統(tǒng)提供了更好的可靠性。當微電網(wǎng)運行在并網(wǎng)和孤島2種模式之間的暫態(tài)時，穩(wěn)定是最重要的問題。如果在并網(wǎng)模式下運行，微電網(wǎng)吸收或輸出電能，主電網(wǎng)突然故障，微電網(wǎng)由聯(lián)網(wǎng)模式突然切換到孤島模式，那么微電網(wǎng)內(nèi)部產(chǎn)生的電能和負荷間的需求將會不平衡，從而導致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。一般來說，微型電網(wǎng)的主要目標是：調(diào)節(jié)微電網(wǎng)內(nèi)饋線潮流，對無功和有功進行獨立解耦控制；調(diào)節(jié)微型電源接口電壓，維持電壓的穩(wěn)定；當處于孤網(wǎng)運行模式的時候，能夠保證每個微型電源能快速、正確的響應；根據(jù)需求，能自主地實現(xiàn)和主網(wǎng)的分離或者再并網(wǎng)。

2.2微網(wǎng)的控制

由微網(wǎng)的結構可知，要實現(xiàn)靈活的運行方式和高質量的供電服務，肯定離不開完善的控制系統(tǒng)?？刂茊栴}也正是微網(wǎng)研究中的一個難點問題。由于微網(wǎng)中微電源數(shù)目太多，很難像大電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度那樣做到在一個調(diào)度中心點對整個系統(tǒng)故障和異常做出相應的控制。因此，微電網(wǎng)控制的核心任務是做到能夠基于本地信息對電網(wǎng)中的事件做出自主反應。微電網(wǎng)控制應當保證如下幾點：任一微電源的接人不對系統(tǒng)造成影響；平滑地與電網(wǎng)并列、分離；對有功、無功進行獨立控制；具有校正電壓跌落和系統(tǒng)不平衡的能力。

2.3微網(wǎng)的保護

微網(wǎng)的保護與傳統(tǒng)保護有著很大的不同。如文章前面所述，微網(wǎng)存在孤島和并網(wǎng)兩種運行方式，因此，如何在孤島和并網(wǎng)兩種運行狀況下均能對微電網(wǎng)內(nèi)部故障做出響應以及在并網(wǎng)情況下快速感知大電網(wǎng)故障，并同時保證保護的選擇性、快速性、靈敏性與可靠性，是微電網(wǎng)保護的關鍵，也是微電網(wǎng)保護的難點。傳統(tǒng)的電流保護無法滿足微網(wǎng)保護的特殊要求，主要緣由在于一、微電網(wǎng)潮流存在雙向流通；二、微電網(wǎng)在并網(wǎng)運行與獨立運行情況下，短路電流大小不同且差異很大。

3.微網(wǎng)的應用

利用微網(wǎng)技術可整合多種形式的分布式電源，并考慮當?shù)嘏潆娋W(wǎng)的特點，在一個局部區(qū)域內(nèi)直接將分布式電源、電力網(wǎng)絡和本地用戶有機地組合在一起。而且我國幅員遼闊，經(jīng)濟社會發(fā)展不平衡，許多偏遠山區(qū)、海島和邊防哨所檢查站無法實現(xiàn)遠距離的電能輸送，只能利用當?shù)貙嶋H的自然資源采用就地發(fā)電就地使用的模式來解決當?shù)氐挠秒妴栴}。因此，可以在偏遠山區(qū)、牧區(qū)和島嶼等缺電、無電地區(qū)因地制宜建設離網(wǎng)型風光互補微網(wǎng)系統(tǒng)解決當?shù)赜秒妴栴}。微網(wǎng)還可以方便地實現(xiàn)（冷）熱電聯(lián)供，并可以結合電蓄冷（熱）技術，緩解電網(wǎng)高峰用電壓力，實現(xiàn)用電的移峰填谷，優(yōu)化和提高能源利用效率，減輕能源動力系統(tǒng)對環(huán)境的影響，實現(xiàn)能源的梯級利用，為將來智能電網(wǎng)（smartgrid）的實現(xiàn)提供必備的技術基礎。

4.結語

總之，作為電力系統(tǒng)的新典范，微電網(wǎng)與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)比較具有較多優(yōu)勢。在公共電網(wǎng)遭到擾動過程中，微電網(wǎng)有才能從公共電網(wǎng)中無縫地斷開以減小對自身的負荷，進步供電可靠性。在頂峰負荷期間，微電網(wǎng)能夠承當電網(wǎng)的負荷來進步電網(wǎng)運轉可靠性。微電網(wǎng)能夠運用低或零排放發(fā)電機組來增強環(huán)境效益。有些微源可完成熱電聯(lián)產(chǎn)機制，以給用戶減輕電力本錢。