學(xué)校后勤智能微電網(wǎng)改革發(fā)展趨勢(shì)研究

祁世友 李育州

摘? 要：我國(guó)不可再生能源短缺和環(huán)境惡化問(wèn)題凸顯，對(duì)可再生新能源的開(kāi)發(fā)迫在眉睫，現(xiàn)以大學(xué)后勤供電系統(tǒng)為例，對(duì)配合智能微電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)行研究。該文首先對(duì)學(xué)校后勤供電系統(tǒng)的特點(diǎn)和智能微電網(wǎng)的特點(diǎn)進(jìn)行了論述。其次詳細(xì)介紹了智能微電網(wǎng)技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向，引入物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)建設(shè)智能微電網(wǎng)優(yōu)化管理控制系統(tǒng)，對(duì)智能微電網(wǎng)電能質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化。最后，對(duì)學(xué)校后勤智能微電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：學(xué)校后勤;智能微電網(wǎng);智能微電網(wǎng)優(yōu)化管理控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM76? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

近年來(lái)，隨著社會(huì)的發(fā)展，人民群眾的用電需求逐步提高，為解決傳統(tǒng)大電網(wǎng)供電系統(tǒng)易發(fā)生大規(guī)模停電、供電方式單一等缺點(diǎn)，國(guó)家結(jié)合新能源開(kāi)發(fā)，提出了分布式發(fā)供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)引入了新能源發(fā)電系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)大電網(wǎng)供電的一系列不足。在分布式發(fā)供電系統(tǒng)應(yīng)用的過(guò)程中，出現(xiàn)了分布式發(fā)電電源電能質(zhì)量波動(dòng)、系統(tǒng)建設(shè)投入高等問(wèn)題[1]。面對(duì)一系列問(wèn)題，電力科研人員結(jié)合傳統(tǒng)大電網(wǎng)供電系統(tǒng)和分布式發(fā)供電系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，提出了智能微電網(wǎng)的概念。學(xué)校作為一個(gè)獨(dú)立的單位其可利用建設(shè)空間大，為保證學(xué)校后勤供電穩(wěn)定、節(jié)能、環(huán)保，提高各類新能源的利用率，現(xiàn)研究將智能微電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于學(xué)校后勤供電系統(tǒng)中。

1 學(xué)校后勤供電系統(tǒng)特點(diǎn)

以大學(xué)校園后勤供電系統(tǒng)為例，學(xué)校后勤供電系統(tǒng)相對(duì)來(lái)說(shuō)就是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)。大學(xué)校園通常情況下由10 kV變電站對(duì)教學(xué)區(qū)、宿舍區(qū)、家屬區(qū)等進(jìn)行供電，為保證大學(xué)校園內(nèi)學(xué)生的學(xué)習(xí)、科研、生活用電需求，學(xué)校后勤部門(mén)應(yīng)保證供電的穩(wěn)定性和供電的質(zhì)量，供電的穩(wěn)定性能保證校園密集人口的學(xué)習(xí)、生活用電基本需求。高質(zhì)量的電能功能可以保證學(xué)校相關(guān)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，并保障用電設(shè)備的安全運(yùn)行，保證用電設(shè)備的正常工作壽命[2]。

學(xué)校后勤供電現(xiàn)階段的供電方式以單連支供電方式為主，當(dāng)與學(xué)校相關(guān)的供電區(qū)域發(fā)生供電故障時(shí)，學(xué)校后勤供電將全面中斷，老師、學(xué)生等密集人口的日常學(xué)習(xí)、工作、生活得不到保障，突然的供電中斷會(huì)導(dǎo)致學(xué)校的基礎(chǔ)設(shè)施、學(xué)校的重點(diǎn)試驗(yàn)設(shè)備損壞，給學(xué)校造成很大損失?，F(xiàn)階段，有的學(xué)校供電采用環(huán)網(wǎng)供電，保證了學(xué)校的供電穩(wěn)定性和供電質(zhì)量。

在當(dāng)今新能源開(kāi)發(fā)的大時(shí)代，有效利用新能源成為當(dāng)今社會(huì)的研究課題，對(duì)于校園來(lái)說(shuō)，應(yīng)充分利用校園空間資源，對(duì)太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源進(jìn)行開(kāi)發(fā)，并組建學(xué)校后勤獨(dú)立的應(yīng)急供電系統(tǒng)，以此來(lái)保證校園師生的正常工作學(xué)習(xí)生活，智能微電網(wǎng)概念的產(chǎn)生為學(xué)校后勤部門(mén)解決這一問(wèn)題提供了一個(gè)新的方向。

2 智能微電網(wǎng)

當(dāng)今社會(huì)環(huán)境問(wèn)題、不可再生資源短缺問(wèn)題日益凸顯，清潔可再生能源的開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)的重要研究方向。結(jié)合保證供電穩(wěn)定性的區(qū)域供電概念，智能微電網(wǎng)概念應(yīng)運(yùn)而生。

智能微電網(wǎng)是一個(gè)即可以并網(wǎng)運(yùn)行，又可以孤島運(yùn)行的區(qū)域供電網(wǎng)絡(luò)，智能微電網(wǎng)引入太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能、沼氣、地?zé)崮艿刃履茉窗l(fā)電形式，形成發(fā)電、輸電、配電、用電等全部環(huán)節(jié)相對(duì)獨(dú)立的電力系統(tǒng)，智能微電網(wǎng)由分布式發(fā)電設(shè)備、能量轉(zhuǎn)換設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、保護(hù)及電能質(zhì)量監(jiān)控等設(shè)備組成。智能微電網(wǎng)可以就近提供電能，提高電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和可靠性，供電靈活性優(yōu)勢(shì)明顯。

智能微電網(wǎng)具有以下4個(gè)特點(diǎn)。1）自治性，智能微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的所有設(shè)備都可以由智能微電網(wǎng)系統(tǒng)自行控制管理，無(wú)需同外部供電系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制，這樣使得微電網(wǎng)的運(yùn)行方式更加靈活。2）互動(dòng)性，智能微電網(wǎng)系統(tǒng)采用多種形式的通信、控制設(shè)備，使得分布式發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、配電系統(tǒng)、用電系統(tǒng)之間的互動(dòng)更加靈活，各系統(tǒng)間的協(xié)同性更好。3）多元性，智能微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)電設(shè)備、用電設(shè)備類型繁多，為系統(tǒng)的運(yùn)行方式提供了更多的可能性。4）智能性，智能微電網(wǎng)系統(tǒng)建立了智能的信息管理系統(tǒng)，并引入大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)智能微電網(wǎng)內(nèi)部進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)、故障判斷、故障切除等功能。

智能微電網(wǎng)的多種功能由多種設(shè)備共同實(shí)現(xiàn)。智能微電網(wǎng)與外部傳統(tǒng)大電網(wǎng)通過(guò)PCC（Point of Common Coupling）連接點(diǎn)連接，智能微電網(wǎng)內(nèi)部的發(fā)電系統(tǒng)由光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、水利發(fā)電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機(jī)、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)等構(gòu)成，可以確保在任何時(shí)候發(fā)電系統(tǒng)都能提供足夠的電能供應(yīng)。配電系統(tǒng)由雙向變換器和與傳統(tǒng)大電網(wǎng)連接的變壓器組成，并建立智能微電網(wǎng)信息管理控制平臺(tái)及電能質(zhì)量監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)及電能質(zhì)量的智能控制。同時(shí)，智能微電網(wǎng)還應(yīng)配置電力儲(chǔ)能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的控制。

3 智能微電網(wǎng)技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向

微電網(wǎng)的概念最早由美國(guó)電力研究部門(mén)提出并進(jìn)行驗(yàn)證，美國(guó)電力研究部門(mén)根據(jù)構(gòu)想建立示范工程，通過(guò)PCC將微電網(wǎng)與傳統(tǒng)大電網(wǎng)相連，美國(guó)電力研究部門(mén)提出微電網(wǎng)建設(shè)的目的是為了引入新能源發(fā)電系統(tǒng)，提高供電穩(wěn)定性、提升電能質(zhì)量、提升電網(wǎng)智能化水平，同時(shí)微電網(wǎng)還可以為特殊用電部門(mén)提供個(gè)性化的供電服務(wù)。

我國(guó)同樣也意識(shí)到電能將會(huì)是我國(guó)主要的流通能源，20世紀(jì)初，我國(guó)確定了建設(shè)智能電網(wǎng)的電網(wǎng)發(fā)展方向，結(jié)合分布式發(fā)電和可再生資源研究，國(guó)家建立了863、793項(xiàng)目，對(duì)智能微電網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)研究，天津大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)率先建立微電網(wǎng)研究實(shí)驗(yàn)室，對(duì)智能微電網(wǎng)微電網(wǎng)優(yōu)化管理調(diào)度、儲(chǔ)能技術(shù)、電能質(zhì)量?jī)?yōu)化等方面進(jìn)行研究，我國(guó)相繼建立了邊遠(yuǎn)地區(qū)微電網(wǎng)、海導(dǎo)微電網(wǎng)等示范工程?，F(xiàn)階段，保證微電網(wǎng)高質(zhì)量的電能供應(yīng)是微電網(wǎng)技術(shù)的研究方向[3]。

智能微電網(wǎng)優(yōu)化管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵在于其軟件的開(kāi)發(fā)，智能微電網(wǎng)有關(guān)管理系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)需完成以下4個(gè)主要任務(wù)。1）完成對(duì)智能微電網(wǎng)運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。2）及時(shí)獲取微電網(wǎng)運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)分析評(píng)估，按照國(guó)家規(guī)定，及時(shí)發(fā)現(xiàn)微電網(wǎng)內(nèi)的故障，不斷優(yōu)化智能微電網(wǎng)的電能質(zhì)量。3）智能微電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)功能，將微電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)存入服務(wù)器中，為微電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其他功能和相關(guān)調(diào)度部門(mén)進(jìn)行調(diào)度提供數(shù)據(jù)支持。4）建立人機(jī)交互界面，繪制微電網(wǎng)運(yùn)行相關(guān)的圖表，曲線，使工作人員可以更直觀地了解智能微電網(wǎng)運(yùn)行情況，同時(shí)使工作人員的操作更加便捷。

為實(shí)現(xiàn)以上功能，智能微電網(wǎng)優(yōu)化管理系統(tǒng)軟件部分，通過(guò)構(gòu)建信息采集系統(tǒng)采集微電網(wǎng)電壓偏差、微電網(wǎng)頻率偏差、電壓閃變及波動(dòng)、電網(wǎng)諧波及三相不平衡度等指標(biāo)，使用LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)建立電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)分析模塊，對(duì)幾個(gè)采集的電能質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行分析，為智能微電網(wǎng)優(yōu)化管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。

以智能微電網(wǎng)電壓閃變檢測(cè)模塊為例，說(shuō)明各模塊的建設(shè)過(guò)程。首先了解電壓閃變?cè)?，智能微電網(wǎng)電壓閃變是由于沖擊性負(fù)荷的投入和切斷產(chǎn)生的，電壓閃變指標(biāo)的評(píng)估需要對(duì)智能微電網(wǎng)系統(tǒng)短時(shí)間內(nèi)的閃變值進(jìn)行計(jì)算，閃變電壓的相關(guān)計(jì)算公式為：

Pst=（0.00314P0.1+0.0525P1+0.0657P3+0.28P10+0.08P50）50 （1）

式中：P0.1、P1、P3、P10、P50分別為10 min測(cè)量時(shí)間內(nèi)，第 i 級(jí)視感度的累積時(shí)間與總測(cè)試時(shí)間之比超過(guò)0.1%、1%、3%、10%、50%的視干度值。

通過(guò)分析電壓閃變指標(biāo)，調(diào)節(jié)智能微電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償器、有源濾波器等設(shè)備來(lái)抑制電壓閃變和波動(dòng)，同時(shí)對(duì)智能微電網(wǎng)濾波進(jìn)行治理。

4 學(xué)校后勤智能微電網(wǎng)展望

學(xué)校后勤供電系統(tǒng)是相對(duì)封閉的供電系統(tǒng)，同時(shí)學(xué)校空間優(yōu)勢(shì)明顯，建設(shè)學(xué)校后勤智能微電網(wǎng)是大勢(shì)所趨。學(xué)校后勤智能微電網(wǎng)的建設(shè)可根據(jù)校園特點(diǎn)進(jìn)行建設(shè)，在分布式發(fā)電設(shè)備安裝方面，可以在學(xué)校教學(xué)樓、宿舍樓頂安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)，可以在學(xué)?？諘绲貐^(qū)安裝風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，利用可再生新能源向智能微電網(wǎng)系統(tǒng)供電，同時(shí)在智能微電網(wǎng)系統(tǒng)中安裝柴油發(fā)電機(jī)和儲(chǔ)能設(shè)備，提高智能微電網(wǎng)電能質(zhì)量，應(yīng)對(duì)智能微電網(wǎng)突發(fā)情況。為提高智能微電網(wǎng)電能質(zhì)量，還應(yīng)引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，配置智能微電網(wǎng)優(yōu)化管理控制系統(tǒng)，完成對(duì)智能微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量和設(shè)備的全面監(jiān)測(cè)，使用先進(jìn)控制策略對(duì)智能微電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制，提高電能質(zhì)量，提升智能微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，學(xué)校后勤智能微電網(wǎng)系統(tǒng)還需安裝大量無(wú)功補(bǔ)償設(shè)施，用以改善學(xué)校后勤智能微電網(wǎng)電能質(zhì)量。

學(xué)校后勤智能微電網(wǎng)建設(shè)可以作為對(duì)傳統(tǒng)大電網(wǎng)的補(bǔ)充。首先，智能微電網(wǎng)可以在小范圍內(nèi)對(duì)分布式發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行提升，利用智能微電網(wǎng)優(yōu)化管理控制系統(tǒng)對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行提升，滿足學(xué)校師生對(duì)供電可靠性的要求，降低用電成本。同時(shí)，給可再生新能源開(kāi)發(fā)開(kāi)創(chuàng)新的方式，緩解我國(guó)不可再生資源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題。其次，學(xué)校后勤智能微電網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)用智能微電網(wǎng)優(yōu)化管理控制平臺(tái)，將整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)設(shè)備，通過(guò)數(shù)字化設(shè)備和無(wú)線通信設(shè)備連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電、輸電、配電、用電的統(tǒng)一調(diào)度，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)內(nèi)部信息一體化平臺(tái)建立，同時(shí)構(gòu)建智能微電網(wǎng)內(nèi)部反饋體系，提高可電網(wǎng)治理的信息化、智能化水平，提高了能源的利用率，提升了電網(wǎng)的自我診斷、自我管理能力，取得智能微電網(wǎng)效益的最大化。最后，校園后勤智能微電網(wǎng)建設(shè)應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)，技術(shù)的應(yīng)用對(duì)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障診斷、電網(wǎng)自愈、優(yōu)化管理有很大地提升作用，智能微電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)發(fā)電、輸電、配電、用電設(shè)備的直接控制，使智能微電網(wǎng)和配電網(wǎng)之間的運(yùn)行更加協(xié)調(diào)，并引領(lǐng)相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

該文以當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展現(xiàn)狀為引入點(diǎn)，以大學(xué)校園為例，論述了如何在學(xué)校后勤建立智能微電網(wǎng)供電系統(tǒng)，結(jié)合學(xué)校和智能微電網(wǎng)的特點(diǎn)，引入新技術(shù)，完善學(xué)校后勤智能微電網(wǎng)建設(shè)，彌補(bǔ)了智能微電網(wǎng)存在的劣勢(shì)，完善了學(xué)校后勤智能微電網(wǎng)系統(tǒng)，同時(shí)，為我國(guó)可再生新能源的開(kāi)發(fā)和電網(wǎng)的發(fā)展提供了新的方向。

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