微電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)探討

黃志強(qiáng)

摘? 要：微電網(wǎng)系統(tǒng)能夠支持新能源的使用，從而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的低碳環(huán)保運(yùn)行，對此就需要對微電網(wǎng)進(jìn)行科學(xué)地規(guī)劃與設(shè)計(jì)。實(shí)際的規(guī)劃要從各種變化性因素、干擾性因素入手，深入剖析微電網(wǎng)介入對配網(wǎng)規(guī)劃帶來的影響，從而提供微電網(wǎng)與配網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃發(fā)展的思路，提出層次分明的規(guī)劃設(shè)計(jì)理念，從而控制規(guī)劃成本。文章分析了微電網(wǎng)系統(tǒng)的特征、分類以及規(guī)劃設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)系統(tǒng);特征;規(guī)劃設(shè)計(jì)

中圖分類號：TM715 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）25-0103-02

Abstract： The microgrid system can support the use of new energy， so as to realize the low-carbon environmental protection operation of the power system， so it is necessary to plan and design the microgrid scientifically. The actual planning should start with various variability factors and interference factors， deeply analyze the impact of microgrid intervention on distribution network planning， so as to provide ideas for the coordinated planning and development of microgrid and distribution network， and put forward a hierarchical planning and design concept， in order to control the planning cost. In this paper， the characteristics， classification and planning and design scheme of microgrid system are analyzed.

Keywords： microgrid system; characteristics; planning and design

前言

不同于普通的配電網(wǎng)，微電網(wǎng)涉及源、網(wǎng)、荷、儲等多方面，其規(guī)劃、設(shè)計(jì)要從多個(gè)角度全面衡量，要實(shí)現(xiàn)各類能源的充分利用與全面開發(fā)與優(yōu)化配置，可以說微電網(wǎng)的規(guī)劃相對復(fù)雜化、多元化，隨著微電網(wǎng)應(yīng)用規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，微電網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)方式也應(yīng)逐漸朝著完善方向發(fā)展。

1 微電網(wǎng)系統(tǒng)的特征與分類

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力供應(yīng)任務(wù)日益繁重，電網(wǎng)得到了大規(guī)模地建設(shè)與拓展，對此如何提高供電質(zhì)量、縮小供電距離、確保安全、穩(wěn)定、持續(xù)地供電，正在逐漸變成電力企業(yè)急切面對的關(guān)鍵問題，對此可以嘗試微電網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅可以控制分布式控制器的使用，排除其弊端，也能提高對電網(wǎng)的控制水平，特別是微電網(wǎng)的暫態(tài)控制，能夠借助就地控制器、分布式電源等來達(dá)到高效控制的目的，以此來優(yōu)化電網(wǎng)的安全水平。目前微電網(wǎng)通常包括交流微電網(wǎng)、直流微電網(wǎng)以及交直混合微電網(wǎng)等，按電壓等級分主要為中壓配電支線微電網(wǎng)和低壓微電網(wǎng)。其中低壓微電網(wǎng)整體規(guī)模小，通常適合于電力或能源用戶。而直流微電網(wǎng)相比交流微電網(wǎng)則具有更為高效接納分布式新能源和儲能負(fù)荷供電的優(yōu)勢。

微電網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃優(yōu)化設(shè)計(jì)是整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)的核心技術(shù)，其系統(tǒng)的規(guī)劃水平直接影響到微電網(wǎng)是否能夠安全、平穩(wěn)、高效地運(yùn)行，從而極大地影響到相關(guān)用戶的安全、可持續(xù)發(fā)展。和以往的電網(wǎng)建設(shè)對比起來，微電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)際工作過程相對復(fù)雜，具體包括多種能源形式、能源調(diào)度等。如果微電網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)難以達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，既影響到微電網(wǎng)的運(yùn)行效益，更可能威脅到大電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行安全。對此必須科學(xué)地規(guī)劃、分配與安排微電網(wǎng)容量、結(jié)構(gòu)等，從而最大程度上控制其運(yùn)行成本，維護(hù)電網(wǎng)的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。微電網(wǎng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)時(shí)期，由于可再生能源具有不定性，很容易影響到規(guī)劃設(shè)計(jì)的進(jìn)程，而且微電網(wǎng)系統(tǒng)通常有著相對復(fù)雜的運(yùn)行模式，不同的能源都將參與其中，為了保證配網(wǎng)的高效、穩(wěn)定工作，則要對微電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)施高度的優(yōu)化。

2 微電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)

2.1 微電網(wǎng)-配電網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃

微電網(wǎng)的使用會(huì)對配電網(wǎng)形成有源負(fù)荷，二者的協(xié)同規(guī)劃，才能從整體上打造出高質(zhì)量、高水平的電網(wǎng)系統(tǒng)。

（1）微電網(wǎng)和配電網(wǎng)相互適應(yīng)性發(fā)展。根據(jù)當(dāng)前微電網(wǎng)負(fù)荷的結(jié)構(gòu)、特征來對應(yīng)創(chuàng)建微電網(wǎng)方針計(jì)算模型，其中涵蓋：故障恢復(fù)、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)相關(guān)因素，對應(yīng)探究故障處理策略的配網(wǎng)與微網(wǎng)安全評價(jià)方法，對應(yīng)提供支持威望優(yōu)化又能確保配網(wǎng)質(zhì)量的優(yōu)化策略。分析微電網(wǎng)電壓無功調(diào)整的特點(diǎn)，創(chuàng)建一個(gè)配網(wǎng)電壓無功優(yōu)化模型，最終形成一套無功優(yōu)化配置方案，方案中顧及到投資成本、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、微電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)能力等重要項(xiàng)目，逐步研究出提高微電網(wǎng)接納能力的評估方法，其中要深入剖析影響微電網(wǎng)接納能力的有關(guān)因素。

（2）微電網(wǎng)與配電網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃的原則。根據(jù)微電網(wǎng)的類別、大小、滲透水平、供電是否安全等來總結(jié)出電網(wǎng)供電區(qū)域的規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)與準(zhǔn)則，從而結(jié)合具體實(shí)際來指導(dǎo)微電網(wǎng)-配電網(wǎng)的協(xié)同規(guī)劃，從而全面提高供電服務(wù)水平，確保安全穩(wěn)定供電，提高電能質(zhì)量，節(jié)省投資成本，對應(yīng)分析網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、設(shè)備選型、通訊裝配等重要原則，從而妥善地適應(yīng)各類微電網(wǎng)的供電模式，全面優(yōu)化配網(wǎng)與微網(wǎng)性能。

2.2 微電網(wǎng)群分層分區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)

未來的微電網(wǎng)不會(huì)孤立存在，而是朝著若干微電網(wǎng)群方向發(fā)展，相互間能夠聯(lián)通、供電。微電網(wǎng)群也將采取各種這樣的組網(wǎng)模式、運(yùn)行方法、復(fù)雜的耦合關(guān)系。實(shí)際的微電網(wǎng)群從設(shè)計(jì)到運(yùn)行、再到控制都要本著逐層次、逐區(qū)域協(xié)調(diào)又孤立的原則，而且要考慮到資源的優(yōu)化配置、方便電網(wǎng)控制等關(guān)鍵因素，對微電網(wǎng)群規(guī)劃目標(biāo)進(jìn)行層層分解，各個(gè)區(qū)域合作規(guī)劃對應(yīng)設(shè)計(jì)分支任務(wù)，各個(gè)層次、區(qū)域間的規(guī)劃也需要彼此獨(dú)立，也要以同樣的設(shè)計(jì)目標(biāo)來彼此聯(lián)系起來。這種逐層次、逐區(qū)域的規(guī)劃方式能最大程度地讓微網(wǎng)規(guī)劃簡單化，同時(shí)方便創(chuàng)建起充分利用各種資源，控制層次分明的系統(tǒng)構(gòu)造。

（1）分區(qū)分層的方法。實(shí)際的微電網(wǎng)逐層次、逐區(qū)域劃分要從電壓的種類、等級、調(diào)控方式、供電服務(wù)范圍等方面加以剖析，不同區(qū)域內(nèi)各類電源、儲能等都要達(dá)到一定調(diào)控能力，統(tǒng)一區(qū)域內(nèi)部的電源與調(diào)控方式要大致相同，而且能彼此間協(xié)調(diào)適應(yīng)。分層分區(qū)法要全面照顧到微電網(wǎng)中電源的類別、滲透程度、供電水平等，一般選擇聚類法進(jìn)行科學(xué)分區(qū)，具體就是參照元件的特征、性質(zhì)來區(qū)別性分類，例如：結(jié)合分布式電源所處的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來對應(yīng)規(guī)劃其電氣距離、運(yùn)行模式、出力特點(diǎn)等，使對應(yīng)的邏輯關(guān)系簡明化，也能更靈活地制定相關(guān)控制規(guī)則，現(xiàn)實(shí)操作過程中也要盡量規(guī)則地規(guī)劃區(qū)域。

（2）區(qū)域資源優(yōu)化配置。以目標(biāo)函數(shù)創(chuàng)建微電網(wǎng)優(yōu)化配置模型，從而達(dá)到不同區(qū)域的獨(dú)立運(yùn)行，逐個(gè)區(qū)域配置的前提下，也要對區(qū)域內(nèi)的資源進(jìn)行評估，具體則要從其運(yùn)行模式、調(diào)節(jié)特點(diǎn)、響應(yīng)速度等來科學(xué)地評估，通過評估能夠明確分支微電網(wǎng)的調(diào)控水平，進(jìn)而確保整個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)的均衡性。

2.3 微電網(wǎng)的模塊化設(shè)計(jì)

微電網(wǎng)模塊化設(shè)計(jì)能有效地克服傳統(tǒng)的定制化設(shè)計(jì)的弊端，模塊化設(shè)計(jì)推動(dòng)著“微電網(wǎng)建設(shè)”向“微電網(wǎng)配置”方向發(fā)展，讓設(shè)計(jì)方案科學(xué)、合理、適應(yīng)性強(qiáng)。所謂模塊化設(shè)計(jì)就是集中探究微電網(wǎng)的基本模塊規(guī)劃、相關(guān)功能劃分，具體的設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

（1）基本模塊與功能劃分。設(shè)置能夠適應(yīng)不同類別微網(wǎng)的基本模塊，逐個(gè)類別剖析，才能達(dá)到模塊化設(shè)計(jì)。還要重點(diǎn)分析電壓等級、控制方法等對微電網(wǎng)基本模塊的影響，可以讓有著類似功能的模塊成為基本單元，對其功能、性質(zhì)、參數(shù)等加以定義，創(chuàng)建微電網(wǎng)基本模塊庫。

（2）微電網(wǎng)模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與模塊組合配置。根據(jù)各類微電網(wǎng)的運(yùn)用環(huán)境，深入剖析模塊組合是否科學(xué)合理，并研究出模塊控制的科學(xué)性、合理性，對應(yīng)分析出以模塊成本、系統(tǒng)穩(wěn)定程度為根本目標(biāo)的模塊優(yōu)化組合方式。

（3）微電網(wǎng)模塊化典型設(shè)計(jì)。根據(jù)投資量、建設(shè)時(shí)間、檢修成本等的差異來針對性對微電網(wǎng)模塊進(jìn)行典型設(shè)計(jì)，使之有效適應(yīng)各類運(yùn)行模式與功能需要，具體的典型設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：接入電壓的等級、保護(hù)的配置等，這樣才能讓微電網(wǎng)的設(shè)計(jì)達(dá)到模塊高度集成、便于使用等優(yōu)勢特點(diǎn)。微電網(wǎng)模塊化設(shè)計(jì)能夠推動(dòng)微電網(wǎng)功能模塊朝著高度科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，而且可以憑借客觀采購、大規(guī)模地生成來實(shí)現(xiàn)，這樣不僅控制了工程的設(shè)計(jì)難度，也降低了工程施工成本，加快了工程建設(shè)進(jìn)度。

3 結(jié)束語

微電網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)模式應(yīng)本著趨利避害、支持配網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展的原則，可以選擇微電網(wǎng)與配網(wǎng)協(xié)同發(fā)展的規(guī)劃模式，也可以實(shí)行分區(qū)分層規(guī)劃，或者采用模塊化規(guī)劃方法，這樣才能真正支持和促進(jìn)微電網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的良性發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉振亞.智能電網(wǎng)技術(shù)[M].中國電力出版社，2010.

[2]崔容強(qiáng).并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[3]周雷.微電網(wǎng)規(guī)劃綜合評價(jià)研究[D].燕山大學(xué)，2013.

[4]柯人觀，周金輝，汪東輝.微電網(wǎng)規(guī)劃體系研究[J].浙江電力，2016（2）：23-26.

[5]林心昊.用戶側(cè)微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)方法及輔助軟件研究[D].華北電力大學(xué)（北京），2017.

[6]劉振國，胡亞平，陳炯聰，等.基于雙層優(yōu)化的微電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)方法[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2015（8）：124-133.

[7]趙波，汪湘晉，張雪松，等.考慮需求側(cè)響應(yīng)及不確定性的微電網(wǎng)雙層優(yōu)化配置方法[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2018，33（14）：3284-3295.