新能源微電網(wǎng)研究綜述

張翔

【摘要】：微電網(wǎng)是一種新穎的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，它作為分布式電源接入電網(wǎng)中的一種有效方式，已成為未來智能電網(wǎng)的重要組成部分。

【關(guān)鍵詞】：新能源微電網(wǎng)；微型電源；研究

引言

目前，已經(jīng)有許多國家開始通過各種方式來改善國內(nèi)的生態(tài)環(huán)境、自然環(huán)境以及生存環(huán)境，盡量的減少環(huán)境污染。想要從根本上解決這些問題，不僅要通過各種渠道來尋找新能源，同時還要注重節(jié)能，這也是目前最為關(guān)鍵的一種問題解決方式。

1、微電網(wǎng)國內(nèi)外的研究情況

歐洲對微電網(wǎng)的研究，主要關(guān)注多個微電網(wǎng)之間的互聯(lián)問題，目的是解決未來大量分布式電源的可接入性問題，保證電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。目前，歐洲部分國家的微電網(wǎng)技術(shù)逐漸走向成熟。

日本基于本國資源匱乏，能源短缺，各類用電需求日益增長的現(xiàn)實背景，對可再生能源發(fā)電投入了很大的研究力量。日本也建成了多個示范工程，如Archi微電網(wǎng)、Kyoto微電網(wǎng)、Hachinohe微電網(wǎng)、Tokyogas微電網(wǎng)。

當前我國正處于經(jīng)濟與社會飛速發(fā)展的重要階段，微電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展方興未艾，在國內(nèi)的很多高校和科研機構(gòu)也紛紛展開了積極的研究。我國的微電網(wǎng)主要以試點項目為主，例如浙江東福山島微電網(wǎng)、江蘇鹽城大豐微電網(wǎng)、青海玉樹微電網(wǎng)等實際工程?！笆濉逼陂g，我國將在太陽能、風能占優(yōu)勢的區(qū)域設立微電網(wǎng)示范平臺，還將推進建立100座新能源示范城市。但是我國微電網(wǎng)的發(fā)展與世界其他發(fā)達國家的研究實力相比，存在較大差距，需多投入科研精力，促進其廣泛的發(fā)展。

2、微型電源的類型

2.1往復式發(fā)動機

由儲能裝置、微型電源構(gòu)成了微型電源，微型電源分布區(qū)域為：電力負荷周圍，能夠兼容具有節(jié)能功能的發(fā)電裝置，包括風能、太陽能電池、燃氣輪機等。以化石能源為載體的微電源涵蓋以下發(fā)電裝置：往復式發(fā)動機、微型燃氣輪機、燃料電池。其中，往復式發(fā)動機采用的燃料為：汽油，該設備具有一系列優(yōu)勢，例如：運行速率高、具有較高的安全性能、低廉的制造成本，被廣泛用于企業(yè)生產(chǎn)中。內(nèi)燃機在啟動過程中，即使電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，內(nèi)燃機能夠自動發(fā)揮應急用電功能。但是該設備也存在很多劣勢，例如：噪音污染嚴重，后期維護難度高等。如今，人們常常將該設備運用于汽車發(fā)動機中，將燃料設置為天然氣，減少了噪音污染。

2.2微型燃氣輪機

微型燃氣輪機是一種迷你型的燃氣輪機，其燃料包括：methane、天然氣、汽油等，整個循環(huán)系統(tǒng)被設置成回熱式，構(gòu)成部分包括：回熱器、透平、發(fā)電機、壓氣機等，當高壓空氣從壓氣機中流出后，將進入回熱器設備中準備預熱工作，直到燃料室啟動后，燃料才開始燃燒。一般情況下，該設備在運行過程中，高頻交流電需要一個轉(zhuǎn)化為高壓直流電流程，隨后才變成工頻交流電匯。不同于柴油機發(fā)電機組，微型燃氣輪機設備性能更佳，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：結(jié)構(gòu)十分簡單、設備重量輕、涵蓋的運動零件少，在運行過程中不會消耗太多的燃料，能夠使用較長的時間。該設備的噪音更低，操作人員在后期維護過程中，可以運用遠程遙控模式。相比于往復式發(fā)動機，該設備只有運行效率低的劣勢。當操作人員對其進行改進后，例如采用熱電聯(lián)產(chǎn)模式，能夠從很大程度上提升運行速率。

2.3燃料電池

燃料電池的運行過程是：當氧化劑、氫基燃料在兩級發(fā)生電化學反應后，外電路在與電解質(zhì)結(jié)合的過程中能夠形成回路，使化學能逐漸變成電能。以電解質(zhì)的層面來考量，燃料電池又可以劃分為以下幾種類型：固體氧化物、質(zhì)子交換膜燃料、熔融碳酸鹽。這些燃料電池能夠運用在分布式發(fā)電應用的燃料電池中。

3、微電網(wǎng)的相關(guān)研究

3.1微電網(wǎng)的硬件研究

微電網(wǎng)的運行必須以先進的設備作支撐。這包括微電網(wǎng)的發(fā)、輸、變、配、用的各個環(huán)節(jié)。為此需要研發(fā)適合的硬件設備，保證微電網(wǎng)的高效運行。

3.2微電網(wǎng)建模研究

3.2.1光伏電池數(shù)學模型及特性分析

光伏電池發(fā)電依靠的原理是光生伏特原理，將直射至電池板的太陽光轉(zhuǎn)化為電能?，F(xiàn)階段，廣泛采用的光伏發(fā)電模型如圖1，這種模型一方面考慮了位于電池內(nèi)部的并聯(lián)型電阻，另一方面考慮了電池內(nèi)部并聯(lián)型電阻，在工程應用中具有較高的精確性和安全性，因此，應用比較廣泛。該模型的工作原理是，首先太陽光照射電池板，然后會產(chǎn)生光生電流，一旦形成同路，經(jīng)負載電阻后就會產(chǎn)生電壓。與此同時，三極管PN節(jié)上會出現(xiàn)偏置電壓，從而形成暗電流，暗電流主要是反映擴散電流的變化。光伏電池串聯(lián)電阻反映電池自身的功率損耗，相應的并聯(lián)電阻則反映了電池發(fā)生破損出現(xiàn)短路的情況，并聯(lián)電阻和串聯(lián)電阻相比，串聯(lián)電阻比較低，一般比一歐姆還要小，而并聯(lián)電阻至少為1000Ω。

3.2.2微型燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)模型及特性分析

微型燃氣輪機是新研究出的小型發(fā)動機，其輸出的功率為25kW，分別由汽輪機、活塞、回熱室、電控設備等組成，以柴油、沼氣、汽油等為燃料，與常規(guī)火電機組相比，具有使用壽命長、污染物排放量小、產(chǎn)生的噪聲小等優(yōu)勢。下面介紹微型燃氣輪機的結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示，該微型燃氣輪機由整流器、永磁發(fā)電機、燃料室、濾波電路和負荷構(gòu)成。該電機的控制信號是由參考轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速的差值構(gòu)成，屬于一種有差調(diào)節(jié)，在實際運行中，由于時間常數(shù)存在，該調(diào)節(jié)器本質(zhì)為比例慣性環(huán)節(jié)，加速控制模塊可以為微型燃氣輪機提供穩(wěn)態(tài)前的調(diào)節(jié)，以限制轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度。該電機采用的溫度控制模塊可以有效穩(wěn)定溫度值，降低對葉片的損壞，受限于技術(shù)水品的落后，進口溫度的測量誤差較大，因此根據(jù)對排除氣體溫度的測量實現(xiàn)控制溫度的調(diào)節(jié)。

3.3微電網(wǎng)對大電網(wǎng)的影響研究

微電網(wǎng)的接入必然會影響大電網(wǎng)的運轉(zhuǎn)，所以需要研究：微電網(wǎng)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響；微電網(wǎng)對電能質(zhì)量的影響；微電網(wǎng)對網(wǎng)絡損耗以及環(huán)境等方面的影響等。微電網(wǎng)中的電力電子設備對大電網(wǎng)造成諧波污染。關(guān)于微電網(wǎng)諧波問題的影響還需做進一步的研究和討論。

結(jié)語

相對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)而言，微電網(wǎng)更類似于一個獨立的控制單元，每個微電源都可實現(xiàn)即插即用功能，所以最關(guān)鍵是其接口、控制、保護、通訊等技術(shù)。

【參考文獻】：

[1]魯宗相，王彩霞，閔勇，等.微電網(wǎng)研究綜述[J].電力系統(tǒng)自動化，2007，31（19）：25-34.

[2]國海，蘇建徽，張國榮.微電網(wǎng)技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].四川電力技術(shù)，2009，32（2）：1-6.endprint