智能微電網(wǎng)技術(shù)綜述與應(yīng)用前景

(青島理工大學(xué) 山東 青島 266033)

一、智能微電網(wǎng)技術(shù)簡介

智能微電網(wǎng)就是一種新型電網(wǎng)，它將可再生能源發(fā)電技術(shù)(光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能、潮汐能等)、能量管理系統(tǒng)(EMS)和輸、配電基礎(chǔ)設(shè)施高度集成，具有提高能源效率、提高供電的安全性和可靠性、減少電網(wǎng)的電能損耗、減小對環(huán)境的影響、實(shí)現(xiàn)與用戶間的互動和為用戶提供增值服務(wù)等多個(gè)特點(diǎn)。智能微電網(wǎng)以電力電子技術(shù)為核心，將可再生能源發(fā)電技術(shù)、能源管理系統(tǒng)和輸配電基礎(chǔ)設(shè)施高度集成，是智能電網(wǎng)的發(fā)展趨勢之一。

與傳統(tǒng)的小水電等分布式發(fā)電網(wǎng)不同，智能微電網(wǎng)在控制技術(shù)、控制理論、控制思想方面實(shí)現(xiàn)了突破性的創(chuàng)新。它本身可以看作是小型的電力系統(tǒng)，具備完整的發(fā)、輸、配電功能，可實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)可再生能源的安全消納。同時(shí)，它也是一個(gè)典型的分布式發(fā)電功能系統(tǒng)，可以通過能源之間的調(diào)度，提高終端能源利用率。這些都是傳統(tǒng)小水電式等簡單的發(fā)用電微網(wǎng)系統(tǒng)所不具備的。所謂“智能”主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是發(fā)電側(cè)“智能”，微電網(wǎng)要與大電網(wǎng)“友好相處”并支撐大電網(wǎng)，就需要以信息通信、能源調(diào)度等層面的智能功能作保障；二是用電側(cè)“智能”，即幫助用戶在不同時(shí)段實(shí)現(xiàn)科學(xué)用電，比如無人值守地控制智能充電樁的充電、放電等。

二、目前智能微電網(wǎng)常見控制方式

傳統(tǒng)微電網(wǎng)供電模式比較單一，發(fā)電側(cè)和用電側(cè)獨(dú)立運(yùn)行，智能微電網(wǎng)追求的是發(fā)電側(cè)、用戶側(cè)的有機(jī)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)更佳的優(yōu)化運(yùn)行、控制效果。目前常用的微電網(wǎng)控制方式有三種：(1)基于電力電子技術(shù)的控制方法。該方法根據(jù)微電網(wǎng)的控制要求與發(fā)電機(jī)的下垂特性將不平衡功率動態(tài)分配給各機(jī)組承擔(dān)，通過電力電子等元件的集成電路控制，具有簡單、可靠、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。(2)基于能量管理系統(tǒng)的控制。該方法采用不同的控制模塊分別對有功和無功進(jìn)行控制，很好地滿足了微電網(wǎng)的多種控制要求，此外該方法針對微電網(wǎng)中對無功的不同需求，功率管理系統(tǒng)采用了不同的控制方法從而提高了控制性能。(3)基于多代理技術(shù)的計(jì)算機(jī)控制。該方法將計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的多代理技術(shù)應(yīng)用到微電網(wǎng)，代理的自治性、自發(fā)性等特點(diǎn)能夠很好地適應(yīng)和滿足微電網(wǎng)分散控制的要求。

三、智能微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)綜述

一套完整的智能微電網(wǎng)系統(tǒng)須有五大模塊緊密配合，分別為電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)。

(一)新型智能微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。能量管理系統(tǒng)是整個(gè)微電網(wǎng)的大腦中樞，對整個(gè)微電網(wǎng)穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供綜合智能分析。它不同于傳統(tǒng)的能量管理系統(tǒng)，完全可以使微型電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自治運(yùn)行，無人值守。完善的智能電網(wǎng)還需有自學(xué)習(xí)功能，在微電網(wǎng)建立初期可以輸入當(dāng)?shù)貧庀髤?shù)進(jìn)行初步學(xué)習(xí)。并在微電網(wǎng)運(yùn)行的過程中，不斷修正自身運(yùn)行參數(shù)，并記錄可再生能源發(fā)電情況，逐步建立自己的專家系統(tǒng)。在微電網(wǎng)運(yùn)行一段時(shí)間后，能正確預(yù)測可再生能源的發(fā)電情況，做到能量平穩(wěn)調(diào)度。

發(fā)電量監(jiān)測與預(yù)測：根據(jù)天氣預(yù)報(bào)和專家系統(tǒng)里的歷史數(shù)據(jù)預(yù)測未來幾小時(shí)或者幾天時(shí)間內(nèi)的發(fā)電量的情況。

負(fù)載監(jiān)測與預(yù)測：根據(jù)每天不同時(shí)段，不同季節(jié)，用戶負(fù)載用電量的規(guī)律和歷史數(shù)據(jù)預(yù)測下一時(shí)段的負(fù)載情況。

蓄電池荷電預(yù)測：根據(jù)蓄電池當(dāng)前的工作狀態(tài)及監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)以及發(fā)電量和負(fù)載用電情況的預(yù)測來估算蓄電池的荷電情況。

(二)繼電保護(hù)系統(tǒng)。分布式發(fā)電作為一種新興的、綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)電技術(shù)，近年來獲得了迅速發(fā)展。然而，分布式電源電流存在不穩(wěn)定情況，大量分布式發(fā)電的并網(wǎng)運(yùn)行將深刻影響配電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及配電網(wǎng)中短路電流大小及分布，由此給配電網(wǎng)的運(yùn)行、控制以及繼電保護(hù)工作帶來多方面的影響。微電網(wǎng)智能繼電保護(hù)主要是以遠(yuǎn)動技術(shù)、信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的微機(jī)型繼電保護(hù)裝置，能實(shí)現(xiàn)不誤動、不拒動、能快速反映故障，在自身整定的范圍內(nèi)以最短的時(shí)限將故障和異常從系統(tǒng)中切除或隔離，保證最大限度地向無故障部分繼續(xù)供電。

(三)通訊系統(tǒng)。智能電網(wǎng)遵循通訊標(biāo)準(zhǔn)IEC61850和CDT規(guī)約，根據(jù)實(shí)際情況采用一種或幾種不同的通信方式，在廣域網(wǎng)絡(luò)可以使用Ethernet、GPRS、電力線載波等多種通信方式，局域網(wǎng)絡(luò)可以使用CAN、HPI、串口等多種通信方式。智能繼電保護(hù)具備強(qiáng)大的控制和通訊功能，通過設(shè)立主站和多子站的分布式保護(hù)方式，通過四遙設(shè)備實(shí)現(xiàn)遙測、遙信、遙調(diào)、遙控功能，大大提高了智能微電網(wǎng)系統(tǒng)的供電可靠性和安全性。

(四)儲能系統(tǒng)。智能微電網(wǎng)包含大量新能源發(fā)電單元，新能源發(fā)電的特點(diǎn)是能量變化大，光伏發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電等都具不可控性，容易造成電網(wǎng)的不穩(wěn)定，因此智能微電網(wǎng)必須有儲能環(huán)節(jié)。蓄電池組按照就近原則安裝在新能源發(fā)電設(shè)備附近，抑制新能源發(fā)電量變化對微電網(wǎng)正常運(yùn)行的影響。蓄電池組應(yīng)優(yōu)先選用大容量優(yōu)質(zhì)貯能蓄電池，確保蓄電池能長期可靠工作,同時(shí)配備蓄電池監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測每個(gè)蓄電池狀態(tài)。蓄電池監(jiān)控系統(tǒng)能夠根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)自動分析蓄電池狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常的蓄電池并報(bào)警,提前采取相應(yīng)措施,保證微電網(wǎng)正常運(yùn)行。

(五)監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)可采集直流側(cè)電壓、電流，交流側(cè)各相電壓、電流，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的每日發(fā)電量、總發(fā)電量等，氣象數(shù)據(jù)由專門的采集系統(tǒng)采集輻照度、風(fēng)向、風(fēng)速、環(huán)境溫度、組件溫度等相關(guān)數(shù)據(jù)。一套完整的智能微電網(wǎng)系統(tǒng)，必須有完善的監(jiān)控顯示系統(tǒng)，實(shí)時(shí)對整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)記錄與顯示光伏系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)與故障記錄。監(jiān)控顯示系統(tǒng)不僅給光伏系統(tǒng)管理人員隨時(shí)監(jiān)控掌握系統(tǒng)運(yùn)行情況；同時(shí)讓社會公眾了解新能源太陽能發(fā)電方面的應(yīng)用情況，提升企業(yè)節(jié)能環(huán)保的感知度；而且對支持新能源光伏事業(yè)及環(huán)境保護(hù)起到積極示范作用，產(chǎn)生良好的社會效益。

四、微電網(wǎng)應(yīng)用場合及應(yīng)用前景

十二五規(guī)劃基本思路中第一點(diǎn)明確提到科學(xué)發(fā)展，其中重點(diǎn)又提到了“資源消耗”和“污染排放”，強(qiáng)調(diào)要提高資源利用率，減少污染排放。國家能源局新能源和可再生能源司明確：十二五期間,中國將在太陽能、風(fēng)能占優(yōu)勢的地區(qū)建設(shè)微電網(wǎng)示范區(qū)30個(gè),更大比例地運(yùn)用新能源發(fā)電。新能源的利用是解決能源危機(jī)和環(huán)保問題的有效措施，微電網(wǎng)可以有效接納分布式能源來解決電力系統(tǒng)供需空間不均衡矛盾，減少集中供電容量，降低損耗，改善電網(wǎng)峰谷性能等。微電網(wǎng)的能量管理可結(jié)合分布式電源發(fā)電特點(diǎn)、內(nèi)部負(fù)荷需要、大電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)要求、環(huán)保效益、協(xié)調(diào)新能源的出力和儲能設(shè)備的充放控制，優(yōu)化管理，保證微電網(wǎng)安全、可靠、高效、優(yōu)質(zhì)供電，是實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益相統(tǒng)一的有力保證。微電網(wǎng)技術(shù)作為國際電力系統(tǒng)一個(gè)前沿研究領(lǐng)域，以其靈活、環(huán)保、高可靠性的特點(diǎn)被歐盟、日本和美國能源部門大力發(fā)展，今后必將在我國得到廣泛的應(yīng)用。目前在以下地區(qū)具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。1.海島：遠(yuǎn)離大電網(wǎng)，靠柴油發(fā)電機(jī)提供電力，成本高、污染嚴(yán)重、故障率高，微電網(wǎng)可以為海島提供清潔經(jīng)濟(jì)的能源。2.無電地區(qū)：為山區(qū)無電地區(qū)提供了電力供應(yīng)的一種解決方案。3.重要負(fù)荷：微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)的存在具有UPS的功能?？梢詾橹匾?fù)荷提供不間斷電力供應(yīng)，具有高可靠性的特點(diǎn)。4.智能樓宇系統(tǒng)：智能樓宇能源系統(tǒng)作為負(fù)載側(cè)能量管理系統(tǒng)，從單純的消費(fèi)體轉(zhuǎn)變成能源系統(tǒng)的參與者。能自行管理和控制樓宇電能生成、儲存和使用的智能化樓宇管理系統(tǒng)已經(jīng)成為了智能電網(wǎng)的一部分，大大提高了能源利用效率。