微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)分析與展望

王西

摘要：為保障微電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性，在并網(wǎng)運(yùn)行的狀態(tài)下有效控制其能量轉(zhuǎn)換不穩(wěn)定、負(fù)荷波動大等因素對配電網(wǎng)絡(luò)的影響，需要基于人工智能技術(shù)，使用計算機(jī)軟件構(gòu)建分析計算模型，對微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的主要參數(shù)進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測、分析和決策，并且通過計算機(jī)模擬電力系統(tǒng)運(yùn)行來優(yōu)化微電網(wǎng)的組網(wǎng)模式、網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)等。本文基于對微電網(wǎng)運(yùn)行與規(guī)劃設(shè)計要求的闡釋，探討了其中的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用，并展望了微電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計技術(shù)研究方向。

關(guān)鍵詞：技術(shù)應(yīng)用;規(guī)劃設(shè)計;微電網(wǎng);趨勢展望

引言：

由于利用風(fēng)力、小型水力以及太陽能等做為能量來源受到地理環(huán)境制約，因此生產(chǎn)地點高度分散，而且大型清潔能源發(fā)電設(shè)施位于極其偏僻的地區(qū)。因此為減少能量傳輸過程中的損耗以及提高其利用率，建設(shè)微電網(wǎng)做為清潔能源輸配網(wǎng)絡(luò)獨立運(yùn)行，或者以點接入形式與傳統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)并網(wǎng)運(yùn)行，是實現(xiàn)能源有效利用和合理分配的最佳方案。

一、微電網(wǎng)運(yùn)行與設(shè)計規(guī)劃要求

（一）微電網(wǎng)構(gòu)成

不同國家對微電網(wǎng)有著不同的定義與設(shè)計規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，但其基本上都由能量調(diào)配控制系統(tǒng)、能源負(fù)荷、系統(tǒng)自我保護(hù)與儲能裝置以及分布式發(fā)電設(shè)施等要素構(gòu)成。由于清潔能源轉(zhuǎn)換量受到能量來源不穩(wěn)定的影響，因此微電網(wǎng)的電能供應(yīng)存在更多不確定性，要想保證供電質(zhì)量與微電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，需要利用儲能技術(shù)與復(fù)雜的系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)控機(jī)制。近年來隨著我國清潔能源裝機(jī)容量與并網(wǎng)需求的增長，微電網(wǎng)自身的負(fù)荷變化、能量轉(zhuǎn)換以及應(yīng)用場景呈現(xiàn)多元化的趨勢，并且越來越多種類的分布式能源、不可控負(fù)荷通過微電網(wǎng)接入傳統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)，因此微電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計要求更具技術(shù)難度。

（二）微電網(wǎng)運(yùn)行與設(shè)計規(guī)劃要求

微電網(wǎng)雖然覆蓋面與容量相對較小，但是其能源轉(zhuǎn)換量、負(fù)荷大小等均具有很大不確定性，并且涉及到多種能源綜合利用、多個配電網(wǎng)絡(luò)之間電能調(diào)度與控制的問題，因此其規(guī)劃設(shè)計需要解決很多復(fù)雜的問題[1]。首先需要根據(jù)地區(qū)分布式能源轉(zhuǎn)換條件、用戶的負(fù)荷大小和特點，確定微電網(wǎng)的運(yùn)行電壓、配電方式等，負(fù)荷分析計算與微電網(wǎng)運(yùn)行所需設(shè)備各項參數(shù)的評估是十分復(fù)雜的工作，需要利用計算機(jī)軟件進(jìn)行建模和分析。其次通常微電網(wǎng)之間要組網(wǎng)進(jìn)行集群運(yùn)行或者與常規(guī)配電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行，因此必需保障各個配電系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，這就要求對微電網(wǎng)、微電網(wǎng)集群以及接入微電網(wǎng)之后配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)和風(fēng)險因素進(jìn)行預(yù)測和科學(xué)評估，基于對已有電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況、微電網(wǎng)設(shè)計目標(biāo)等進(jìn)行智能化分析和模擬推演，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計并保障各個部分能夠可靠的協(xié)同運(yùn)行。

二、關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

隨著光伏、風(fēng)力等分布式小型發(fā)電場越來越多，部分城市綠色社區(qū)、大型公共建筑等紛紛通過安裝太陽能、地?zé)岬饶芰哭D(zhuǎn)換裝置達(dá)到節(jié)能目的，因此為了提升新能源的利用率，需要通過規(guī)劃設(shè)計微電網(wǎng)，讓這些分布式能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)實現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。而為了確保并網(wǎng)后的電力系統(tǒng)運(yùn)行安全和可靠，就必需依靠計算機(jī)等關(guān)鍵技術(shù)來評估設(shè)計方案的合理性與可行性，確保系統(tǒng)之間能夠相互適應(yīng)，還要從新能源利用的長遠(yuǎn)視角，保障配電網(wǎng)絡(luò)的可拓展性。

（一）構(gòu)建數(shù)學(xué)模型進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)的分析計算

微電網(wǎng)設(shè)計首先需要根據(jù)負(fù)荷大小、特征以及分布式電源的分布，初步確定網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和運(yùn)行方式，原則上應(yīng)保證其既可以與常規(guī)配電網(wǎng)絡(luò)并網(wǎng)運(yùn)行，讓電能在更大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)配和利用，又確保微電網(wǎng)具備獨立運(yùn)行的條件，可以為特定范圍內(nèi)的用戶提供穩(wěn)定的高質(zhì)量能源，并且在條件允許的情況下實現(xiàn)熱、電與冷量供應(yīng)系統(tǒng)的一體化運(yùn)行[2]。其次要在此基礎(chǔ)上構(gòu)建數(shù)學(xué)分析模型，對微電網(wǎng)在獨立或并網(wǎng)運(yùn)行情況下的各項技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計算和優(yōu)化設(shè)計方案，基于達(dá)到能源轉(zhuǎn)換效率、運(yùn)行穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)性等多元化設(shè)計目標(biāo)，對各項數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)計算和優(yōu)化后確定最終的設(shè)計參數(shù)。

（二）模擬電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化和確定組網(wǎng)方式

由于微電網(wǎng)的電力負(fù)荷相對復(fù)雜、應(yīng)用場景多變，加之系統(tǒng)本身由多個相對獨立的子系統(tǒng)構(gòu)成，因此當(dāng)其處于不同運(yùn)行模式時，能量轉(zhuǎn)換調(diào)配、系統(tǒng)自適應(yīng)和保護(hù)等系統(tǒng)及裝置的工況、對常規(guī)配電網(wǎng)絡(luò)的影響等，都需要在設(shè)計和規(guī)劃過程中進(jìn)行準(zhǔn)確評估和預(yù)測，才能夠通過不斷的優(yōu)化設(shè)計，保障投入使用的微電網(wǎng)可靠運(yùn)行。而運(yùn)用了機(jī)器學(xué)習(xí)、仿生學(xué)等人工智能技術(shù)的軟件系統(tǒng)，是完成上述工作的最佳選擇[3]。基于微電網(wǎng)與配電系統(tǒng)的數(shù)字化模型，可以通過輸入各項主要運(yùn)行參數(shù)來模擬電力系統(tǒng)在不同情況下的運(yùn)行狀態(tài)，對其可靠性進(jìn)行科學(xué)的評價和對組網(wǎng)方式必要的優(yōu)化。

三、未來的微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計方向

（一）構(gòu)建與完善微電網(wǎng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)體系

雖然微電網(wǎng)運(yùn)行條件、應(yīng)用場景等復(fù)雜多變，但系統(tǒng)的運(yùn)行與設(shè)計規(guī)劃目標(biāo)具有很多共性，因此著力構(gòu)建和完善相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)體系，是未來一個時期的重要研究方向[4]。首先目前業(yè)界部分科研人員致力于實現(xiàn)微電網(wǎng)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化，探索具有普適性的清潔能源接入傳統(tǒng)配電系統(tǒng)的解決方案，簡化微電網(wǎng)設(shè)計和規(guī)劃過程并節(jié)約建設(shè)成本。其次通過構(gòu)建完備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，能夠為未來更大規(guī)模的微電網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)維提供設(shè)計規(guī)劃依據(jù)，更好的保障電力系統(tǒng)之間的適應(yīng)性并實現(xiàn)新能源利用目標(biāo)。

（二）將微電網(wǎng)設(shè)計納入配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃當(dāng)中

基于提升新能源使用比例的能源戰(zhàn)略，微電網(wǎng)必然會成為既有配電網(wǎng)絡(luò)的常規(guī)組成部分，而僅僅從微電網(wǎng)設(shè)計規(guī)劃角度保障其與現(xiàn)有電力系統(tǒng)的適應(yīng)性，不僅會制約微電網(wǎng)的并網(wǎng)使用，還會給電力系統(tǒng)運(yùn)行增添潛在風(fēng)險。因此未來的微電網(wǎng)設(shè)計會納入配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃當(dāng)中，綜合考慮二者的相互適應(yīng)性、統(tǒng)一規(guī)劃系統(tǒng)的安全防護(hù)與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計，并且逐步實現(xiàn)微電網(wǎng)集群、微電網(wǎng)與配電系統(tǒng)的大范圍協(xié)同運(yùn)行。

四、結(jié)束語

利用計算機(jī)進(jìn)行微電網(wǎng)設(shè)計參數(shù)的分析和優(yōu)化，是微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的核心技術(shù)，而人工智能技術(shù)則是對充滿不確定性的微電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測評估的關(guān)鍵，未來微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化也有賴于這些技術(shù)的合理應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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[3]王有春， 文閃閃， 秦躍進(jìn)， et al. 微電網(wǎng)規(guī)劃關(guān)鍵問題與運(yùn)行仿真[J]. 現(xiàn)代電力， 2015， 32（1）：8-12.

[4]賴清平， 吳志力， 崔凱， et al. 微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)分析與展望[J]. 電力建設(shè)， 2018.