國(guó)內(nèi)微電網(wǎng)示范工程及運(yùn)行控制能效管理技術(shù)

曾波 吳昆霖

摘 要：隨著社會(huì)不斷發(fā)展，人們對(duì)電網(wǎng)用電的需求越來(lái)越高，于是就出現(xiàn)了微電網(wǎng)，并開(kāi)展了微電網(wǎng)的示范區(qū)。這些區(qū)域主要集中在國(guó)內(nèi)的偏遠(yuǎn)地區(qū)、海島以及城市地區(qū)。要想使微電網(wǎng)快速發(fā)展，那么必須解決微電網(wǎng)運(yùn)行中的能效進(jìn)行管理和控制。本文就是闡述了國(guó)內(nèi)微電網(wǎng)示范工程情況，以及介紹相關(guān)運(yùn)行控制能效管理技術(shù)。通過(guò)筆者的研究可以為微電網(wǎng)下一步發(fā)展提供理論指導(dǎo)，為相關(guān)研究微電網(wǎng)的科研人員提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；示范工程；運(yùn)行控制；能效管理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.126

1 引言

隨著國(guó)家電網(wǎng)的發(fā)展，大電網(wǎng)基本已經(jīng)滿足人們的需求，但是為了平衡電網(wǎng)負(fù)荷，為用戶提供更高可靠性的供電，于是微電網(wǎng)就應(yīng)運(yùn)而生。微電網(wǎng)的出現(xiàn)受到了國(guó)家和各界人士的推崇，發(fā)展迅速。微電網(wǎng)其實(shí)就是一個(gè)小型集發(fā)、配以及用電于一體的系統(tǒng)，能夠進(jìn)行自我控制和能量管理的智能系統(tǒng)，它應(yīng)用靈活，既可以單獨(dú)使用，也可以與大電網(wǎng)一同使用，不少專家學(xué)者對(duì)其不斷進(jìn)行研究，使微電網(wǎng)的發(fā)展更加深入。

2 國(guó)內(nèi)微電網(wǎng)示范工程概述

社會(huì)的不斷發(fā)展隨之而來(lái)的就是對(duì)電的需求增加，日常生活中如果缺少了電將無(wú)法生存。實(shí)踐中可知，大型電網(wǎng)的發(fā)展越來(lái)越顯現(xiàn)出其缺陷，特別是一些可再生資源并網(wǎng)的發(fā)生，這給大電網(wǎng)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)，于是微電網(wǎng)就呼之欲出。微電網(wǎng)的作用不僅能夠解決可再生資源并網(wǎng)問(wèn)題，而且還能提高一些用戶的經(jīng)濟(jì)收益。微電網(wǎng)的發(fā)展可以針對(duì)不同地域和電網(wǎng)的特點(diǎn)，提出了一些難題的解決方法。接下來(lái)分別針對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)和城市微電網(wǎng)作為例子一一說(shuō)明。

偏遠(yuǎn)地區(qū)微電網(wǎng)的特點(diǎn)為各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施不完善，很難將大電網(wǎng)接入偏遠(yuǎn)地區(qū)，因?yàn)榻尤氪箅娋W(wǎng)存在成本巨大、環(huán)境惡劣等一系列問(wèn)題。但是偏遠(yuǎn)地區(qū)擁有的可再生能源比較豐富，例如風(fēng)能和太陽(yáng)能等。以我國(guó)的西藏為例，西藏空氣稀薄，太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈以及每天溫差大等條件，于是微電網(wǎng)示范工程便瞄準(zhǔn)這個(gè)地方，利用當(dāng)?shù)刈匀毁Y源來(lái)彌補(bǔ)當(dāng)?shù)厝狈Φ拇箅娋W(wǎng)。

3 微電網(wǎng)運(yùn)行控制

微電網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù)主要包括三點(diǎn)，第一點(diǎn)是逆變器并/離網(wǎng)；第二點(diǎn)是集散式逆變器；第三點(diǎn)是T型三電平儲(chǔ)能變流器。接下來(lái)逐個(gè)的對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行分析。

首先，逆變器并/離網(wǎng)控制技術(shù)被運(yùn)用的原因是由于微電網(wǎng)存在這兩種模式，這兩種模式的策略都不相同。并網(wǎng)和離網(wǎng)控制策略分別是PQ和主從或者下垂控制策略，主從和下垂模式的區(qū)別在于有無(wú)互聯(lián)的通信線。要想使微電網(wǎng)能正常進(jìn)行運(yùn)行，那么必須要包含并網(wǎng)和離網(wǎng)，在需要時(shí)，并網(wǎng)可以切換到離網(wǎng)，這種切換有主動(dòng)方式和被動(dòng)方式，主動(dòng)情況比較智能，它主要是根據(jù)自身運(yùn)行情況進(jìn)行切換方式，此時(shí)電網(wǎng)中不一定出現(xiàn)大的故障問(wèn)題。被動(dòng)離網(wǎng)的方式是電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中真的出現(xiàn)了故障問(wèn)題，所以迫不得已與電網(wǎng)分離才能保證正常供電。如果電網(wǎng)主動(dòng)離網(wǎng)時(shí)，通過(guò)測(cè)量可知，整個(gè)逆變器的輸出電流會(huì)不斷增加，而大電網(wǎng)電流會(huì)隨之減少，此時(shí)微電網(wǎng)主要是用來(lái)給負(fù)載供電，并網(wǎng)轉(zhuǎn)換為離網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接。如果大電網(wǎng)出現(xiàn)被動(dòng)離網(wǎng)現(xiàn)象時(shí)意味著大電網(wǎng)運(yùn)行出現(xiàn)了問(wèn)題，這時(shí)候也需要將大電網(wǎng)和微電網(wǎng)之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接，此時(shí)最關(guān)鍵的便是使這無(wú)縫接入的時(shí)間盡可能短，當(dāng)大電網(wǎng)電壓恢復(fù)到原始狀態(tài)后，微電網(wǎng)就進(jìn)入了并網(wǎng)狀態(tài)，大電網(wǎng)中電壓的各項(xiàng)參數(shù)，例如幅度值、頻率以及相位等，與微電網(wǎng)都是不同的，大電網(wǎng)和微電網(wǎng)中的相位一旦相差太大，就會(huì)出現(xiàn)較大的沖擊電流，更有甚者會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)備。所以此時(shí)需要逆變器對(duì)電壓相位即使做出調(diào)整，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫并網(wǎng)。

對(duì)于集散式逆變器控制技術(shù)主要使用兩種形式并網(wǎng)，分別是分散優(yōu)化和集中并網(wǎng)方式，將組串和集中式逆變器的優(yōu)點(diǎn)集合于一身。

4 微電網(wǎng)容量配置和能效管理技術(shù)

4.1 微電網(wǎng)容量配置技術(shù)

容量配置技術(shù)的實(shí)施主要是由電網(wǎng)分布式電源運(yùn)行過(guò)程中所包含的特點(diǎn)和性質(zhì)決定的，它是通過(guò)嚴(yán)密的邏輯推理得來(lái)的，特別可靠。然而，在實(shí)際中電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中儲(chǔ)能會(huì)不斷變化，所以在選擇考核指標(biāo)時(shí)也是經(jīng)過(guò)精挑細(xì)選，最終確定的指標(biāo)為負(fù)荷缺電率以及能量溢出率，通過(guò)實(shí)踐證明這兩個(gè)指標(biāo)實(shí)用性很強(qiáng)。負(fù)荷缺電率是指負(fù)荷所需要的功率和微電網(wǎng)發(fā)電功率之間不能相滿足的概率，在評(píng)價(jià)時(shí)間T內(nèi)，可以用停供電量與總的負(fù)荷需求的比值表示，它的范圍是0到1之間，這個(gè)概率分別為0或者為1時(shí)是表示極端情況，當(dāng)概率為0時(shí)，表示微電網(wǎng)所發(fā)功率的電從始至終都滿足負(fù)荷需求；當(dāng)概率為1時(shí)，微電網(wǎng)發(fā)電功率從始至終都沒(méi)有滿足負(fù)荷需求。而能量溢出率指的是微電網(wǎng)溢出能量與總的發(fā)電能量之間的比值，從這個(gè)定義中很明顯可知，溢出能量越小也就是能量浪費(fèi)得越少且越好。

4.2 微電網(wǎng)能效管理控制技術(shù)

為了獲得高效的能量管理，考慮的因素較多，首先，要考慮分布式能源中各種模型對(duì)微電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，其次，要結(jié)合微電網(wǎng)的特點(diǎn)，來(lái)完成微電網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)通信之間模型的架構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)包括協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)異質(zhì)、分散以及通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等對(duì)用電數(shù)據(jù)、電壓與頻率以及調(diào)度和發(fā)電計(jì)劃等功能。最后，就是通過(guò)微電網(wǎng)能效管理控制技術(shù) 使整個(gè)電網(wǎng)在系統(tǒng)中更加安全、可靠以及穩(wěn)定的運(yùn)行下去。

5 結(jié)論

微電網(wǎng)是滿足社會(huì)對(duì)用電形式多樣化的需求，是未來(lái)社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)，也是相應(yīng)國(guó)家號(hào)召以及國(guó)家電網(wǎng)公司建設(shè)好智能電網(wǎng)的一項(xiàng)舉措，再加上我國(guó)科技技術(shù)的提高，特別是對(duì)電能儲(chǔ)存技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，其發(fā)揮的作用越來(lái)越大。在微電網(wǎng)控制能效技術(shù)方面主要是研究電源的控制，在對(duì)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮能源的隨機(jī)性和波動(dòng)性，使電網(wǎng)更加穩(wěn)定的運(yùn)行，微電網(wǎng)適合現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的需求，隨著科技技術(shù)的進(jìn)一步提高微電網(wǎng)的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。

參考文獻(xiàn)：

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