離網(wǎng)型光伏全直流微電網(wǎng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

趙春江，彭慈華，于文英

(1. 上海電力大學(xué)太陽(yáng)能研究所，上海 200090；2. 上海市太陽(yáng)能學(xué)會(huì)，上海 200030)

0 引言

隨著可持續(xù)發(fā)展理念逐步深入人心，傳統(tǒng)的化石能源在環(huán)保和能源持續(xù)供給2個(gè)方面都已經(jīng)無(wú)法滿足人類的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，先進(jìn)國(guó)家紛紛開始對(duì)其能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。中國(guó)在調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的同時(shí)，提出了碳達(dá)峰和碳中和兩大目標(biāo)。而要完成此“雙碳”目標(biāo)，必須減少傳統(tǒng)化石能源的使用，逐漸采用綠色的可再生能源進(jìn)行替代，并且將隨著社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們對(duì)能源需求的不斷增長(zhǎng)而持續(xù)增加可再生能源的投入。

可再生能源的遍散性很適合采用分布式發(fā)電方式。隨著可再生能源分布式發(fā)電技術(shù)的推廣應(yīng)用，為了解決光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的波動(dòng)及間歇性等問題，較好的方式是采用微電網(wǎng)形式，即在分布式發(fā)電系統(tǒng)中的硬件部分加入儲(chǔ)能系統(tǒng)和輔助電源來(lái)構(gòu)成微電網(wǎng)形式；在軟件部分加入家庭能源管理系統(tǒng)(HEMS)、工廠能源管理系統(tǒng)(FEMS)、城鎮(zhèn)能源管理系統(tǒng)(CEMS)等，并結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，加強(qiáng)微電網(wǎng)的運(yùn)行管控。另外，隨著電動(dòng)車的大規(guī)模普及，把電動(dòng)車作為機(jī)動(dòng)儲(chǔ)能組納入微電網(wǎng)，參與整體的電能調(diào)劑，既可以降低微電網(wǎng)的構(gòu)建成本，又可以進(jìn)一步促進(jìn)電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

以可再生能源為發(fā)電主體的微電網(wǎng)技術(shù)的研究和創(chuàng)新已歷經(jīng)了10多年，從已發(fā)表的文獻(xiàn)來(lái)看，既有仿真研究[1-2]，也有系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)機(jī)運(yùn)行和相關(guān)設(shè)備的研究，研究成果也陸續(xù)應(yīng)用于各種應(yīng)用場(chǎng)景中[3-7]。

從發(fā)電到供電全部采用直流線路的全直流微電網(wǎng)是一種獨(dú)立性很強(qiáng)的分布式電源網(wǎng)絡(luò)。該電源網(wǎng)絡(luò)可采用光伏發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電、燃料電池發(fā)電等直流發(fā)電方式，然后與蓄電池組等儲(chǔ)能(電)裝置進(jìn)行合理組合，再加入計(jì)量和控制裝置，形成微電網(wǎng)。全直流微電網(wǎng)采用模塊化設(shè)計(jì)，既可以獨(dú)立于大電網(wǎng)，也可以采用并網(wǎng)而不上網(wǎng)的方式，且不需要長(zhǎng)距離輸電線(纜)和架空鐵塔等大型設(shè)備，可以節(jié)約項(xiàng)目的投資成本，還可以避免大型發(fā)電設(shè)備運(yùn)往島嶼和山區(qū)的困難，其設(shè)備運(yùn)輸和施工都很方便快捷。全直流微電網(wǎng)非常適合用于安裝地點(diǎn)離用電地點(diǎn)很近而離電網(wǎng)較遠(yuǎn)的農(nóng)舍、農(nóng)村個(gè)體養(yǎng)殖場(chǎng)、山區(qū)養(yǎng)殖場(chǎng)、山間寺廟、遠(yuǎn)離生活區(qū)的環(huán)保型農(nóng)業(yè)項(xiàng)目和通信基站、勘探考察隊(duì)、高山哨所、野戰(zhàn)營(yíng)區(qū)等，還可以作為應(yīng)急電源用于疫情隔離區(qū)、方艙醫(yī)院和野戰(zhàn)醫(yī)院等。即使在電力網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)的地區(qū)，考慮到天災(zāi)人禍(戰(zhàn)爭(zhēng))和限電、停電等特殊情況，這種微電網(wǎng)也是比較安全和經(jīng)濟(jì)的選擇。

本研究在合作單位的大力支持下，基于早期的并網(wǎng)型微電網(wǎng)研究基礎(chǔ)，在上海市某別墅區(qū)設(shè)計(jì)并建設(shè)了一套4 kW的離網(wǎng)型光伏全直流微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，目的在于通過實(shí)機(jī)運(yùn)行進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和研究，找出一些有規(guī)律的影響因素和相關(guān)關(guān)系，為將來(lái)的推廣工作提供設(shè)計(jì)依據(jù)。本文對(duì)該離網(wǎng)型光伏全直流微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，并對(duì)其實(shí)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析和討論。

1 離網(wǎng)型光伏全直流微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與構(gòu)成

離網(wǎng)型光伏全直流微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由發(fā)電單元、儲(chǔ)能單元、能源管理控制器和用電負(fù)載構(gòu)成，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中：K1、K2均為斷路器；M1～M5均為計(jì)量表；S1～S6均為繼電器；SV為電磁閥；D為防反二極管；F1為熔斷器；LIB為鋰電池組；LVS為低壓中轉(zhuǎn)站；FC為燃料電池。

圖1 離網(wǎng)型光伏全直流微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig. 1 Topological structure of off-grid type PV full DC microgrid experimental system

下文針對(duì)發(fā)電單元、儲(chǔ)能單元、能源管理控制器及其控制策略、用電負(fù)載這4部分進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1.1 發(fā)電單元

離網(wǎng)型光伏全直流微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的發(fā)電單元主體是裝機(jī)容量為4 kW的光伏方陣，以500W48V的質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池作為輔助電源。光伏方陣的外觀實(shí)景如圖2所示，PEM燃料電池單元電堆實(shí)物圖如圖3所示。

圖2 光伏方陣外觀實(shí)景Fig. 2 Actual appearance of PV array

圖3 PEM燃料電池單元電堆實(shí)物圖Fig. 3 Image of stack of PEM fuel cell unit

該光伏方陣采用5塊光伏組件串聯(lián)、2串光伏組串并聯(lián)的連接方式，標(biāo)準(zhǔn)工作電壓和標(biāo)準(zhǔn)工作電流分別為164.2 V和18.88 A；配備2臺(tái)耐壓240 V、輸出電壓和電流可調(diào)的最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)控制器，輸出電壓分別設(shè)定為DC56 V和DC98 V，可分別給48 V負(fù)載和90 V電動(dòng)車供電。

PEM燃料電池單元配備有500 W電堆和容量為40 L、壓力為150 kg的儲(chǔ)氣瓶，加一次氫氣可有效發(fā)電7 kWh，其主要作用是給24 V負(fù)載和低壓轉(zhuǎn)換站的重要負(fù)載(如電腦等)補(bǔ)電。

1.2 儲(chǔ)能單元

離網(wǎng)型光伏全直流微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的儲(chǔ)能單元包括固定儲(chǔ)能組和機(jī)動(dòng)儲(chǔ)能組2個(gè)部分。固定儲(chǔ)能組由2組48V10kWh磷酸鐵鋰離子梯次動(dòng)力電池組(下文簡(jiǎn)稱為“48 V蓄電池組”，其為主電源)和1組24V5kWh的磷酸鐵鋰離子梯次動(dòng)力電池組(下文簡(jiǎn)稱為“24 V蓄電池組”，其為副電源)和電池管理系統(tǒng)(BMS)構(gòu)成，在接受發(fā)電單元充電的同時(shí)可分別給48 V負(fù)載和24 V負(fù)載供電，充放電倍率設(shè)計(jì)為0.3 C以下。另外，采用小型電動(dòng)車14 kWh的動(dòng)力電池組作為機(jī)動(dòng)儲(chǔ)能組，在微電網(wǎng)嚴(yán)重缺電的情況下，固定儲(chǔ)能組接受來(lái)自機(jī)動(dòng)儲(chǔ)能組的反哺補(bǔ)電。

1.3 能源管理控制器及其控制策略

離網(wǎng)型光伏全直流微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的能源管理控制器配備有全球遠(yuǎn)程控制模塊，可在任何有網(wǎng)絡(luò)的地方通過遠(yuǎn)程通信對(duì)微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，還可在緊急情況下修改運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行人工干預(yù)，切斷或閉合電路，可執(zhí)行合理用電、控制燃料電池單元的啟動(dòng)時(shí)機(jī)、缺電報(bào)警、電池保護(hù)等任務(wù)，其各項(xiàng)功能都由繼電器執(zhí)行完成。由于蓄電池組電壓與荷電狀態(tài)(SOC)有密切關(guān)系[8]，因此以固定儲(chǔ)能組電壓作為能源管理控制器的主要控制參數(shù)。研究組開發(fā)的能源管理控制器和遠(yuǎn)程控制模塊如圖4所示。

圖4 研究組開發(fā)的能源管理控制器和遠(yuǎn)程控制模塊Fig. 4 Energy management controller and remote control module developed by research group

48 V蓄電池組的電能儲(chǔ)量E與充電電壓V之間的關(guān)系及繼電器的各控制點(diǎn)如圖5所示(因梯次動(dòng)力電池性能具有離散性，圖中曲線關(guān)系式僅供參考)，圖中：C1～C4均為繼電器控制點(diǎn)。

圖5 48 V蓄電池組的E-V關(guān)系及繼電器各控制點(diǎn)Fig. 5 E-V relationship of 48 V storage battery pack and each control point of relay

繼電器可分為削峰繼電器、主電源(48 V)繼電器、報(bào)警繼電器、機(jī)動(dòng)負(fù)載繼電器、燃料電池工作繼電器和副電源(24 V)繼電器。

各繼電器動(dòng)作的設(shè)計(jì)思路具體為：

1)削峰繼電器(動(dòng)作點(diǎn)C4附近)。當(dāng)蓄電池組電能儲(chǔ)量在峰值附近徘徊時(shí)，伴隨的是儲(chǔ)能效率大幅下降、蓄電池組溫度上升，將嚴(yán)重影響蓄電池組的使用壽命。此時(shí)，需要讓削峰繼電器閉合，把一部分電能用于日常進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理的電腦機(jī)房的通風(fēng)降溫，如此既改善了機(jī)房的工作環(huán)境，又避免了蓄電池組充電電壓假象上升的“啤酒沫”現(xiàn)象。

2)主電源(48 V)繼電器(動(dòng)作點(diǎn)C1附近)。對(duì)電源進(jìn)行供電管理，并保護(hù)蓄電池組，防止過放電。當(dāng)蓄電池組放電到臨近下限值(42～43 V)時(shí)，繼電器斷開，停止向用電負(fù)載供電；當(dāng)蓄電池組電壓恢復(fù)到44 V時(shí)，繼電器閉合，重新開始供電。

3)報(bào)警繼電器(動(dòng)作點(diǎn)C1附近)。當(dāng)主電源因電壓低而斷開并停止向常用負(fù)載供電時(shí)，由于能源管理控制器還在持續(xù)工作，監(jiān)視著各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓變化，需要消耗電能，因此蓄電池組的電壓因向能源管理控制器供電而繼續(xù)下降；當(dāng)電壓下降到下限值(設(shè)定為41 V)時(shí)，繼電器動(dòng)作，蜂鳴器鳴響，提醒用戶電壓再繼續(xù)下降將會(huì)影響蓄電池組的使用壽命，甚至造成控制器失電，此時(shí)需要人為地強(qiáng)行關(guān)斷控制器電源或補(bǔ)充電能。

4)機(jī)動(dòng)負(fù)載繼電器(動(dòng)作點(diǎn)C2和C3附近)。當(dāng)48 V蓄電池組電壓上升到設(shè)定值C3時(shí)，繼電器閉合，向機(jī)動(dòng)負(fù)載供電。由于機(jī)動(dòng)負(fù)載都是大功率負(fù)載，因此要控制機(jī)動(dòng)負(fù)載用電量，防止其用電過度。設(shè)計(jì)上通過調(diào)整繼電器動(dòng)作設(shè)定值，使機(jī)動(dòng)負(fù)載始終運(yùn)行在48 V蓄電池組的高容量區(qū)域，當(dāng)48 V蓄電池組電壓降低到設(shè)定值C2時(shí)，該繼電器自動(dòng)斷開，停止向機(jī)動(dòng)負(fù)載供電，以保證常用負(fù)載的用電。

5)燃料電池工作繼電器。當(dāng)作為副電源的24 V蓄電池組的電壓降到設(shè)定值時(shí)，該繼電器閉合，啟動(dòng)氫氣供氣電磁閥，向PEM燃料電池單元電堆供氣，繼而由電堆通過MPPT給24 V蓄電池組補(bǔ)電。

6)副電源(24 V)繼電器。主要防止24 V蓄電池組過放，當(dāng)該蓄電池組電壓下降到下限設(shè)定值時(shí)，繼電器斷開。由于有燃料電池自動(dòng)補(bǔ)電和電動(dòng)車反哺補(bǔ)電設(shè)計(jì)，該繼電器幾乎不會(huì)動(dòng)作。

由于反哺補(bǔ)電頻度不高，且操作簡(jiǎn)單，為了降低離網(wǎng)型光伏全直流微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的成本并提高安全性，反哺補(bǔ)電設(shè)計(jì)為手動(dòng)操作。

1.4 用電負(fù)載

離網(wǎng)型光伏全直流微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的用電負(fù)載分為常用負(fù)載和機(jī)動(dòng)負(fù)載兩大類，常用負(fù)載為24 V負(fù)載和48 V負(fù)載(不含3000 W便攜式逆變器)，機(jī)動(dòng)負(fù)載為96 V負(fù)載和3000 W便攜式逆變器。不同負(fù)載的規(guī)格如表1所示，3000 W便攜式逆變器的負(fù)載如表2所示。

表1 不同負(fù)載的規(guī)格表Table 1 Specification table of different loads

表2 3000 W便攜式逆變器的負(fù)載Table 2 Load of 3000 W portable inverter

常用負(fù)載分為可斷電負(fù)載和不可斷電負(fù)載，可斷電負(fù)載主要指對(duì)日常生活無(wú)大影響，若使用可以改善生活，偶爾不用對(duì)生活也無(wú)大礙的負(fù)載，比如：除濕機(jī)、空氣凈化器、裝飾性照明等。可斷電負(fù)載通常按日常用電需求和生活習(xí)慣由用戶自主管理。

機(jī)動(dòng)負(fù)載的供電由能源管理控制器根據(jù)48 V蓄電池組的電壓判斷其儲(chǔ)電量進(jìn)行管控。機(jī)動(dòng)負(fù)載的定義實(shí)際接近于可斷電負(fù)載，其特點(diǎn)是允許間斷性用電，且斷電時(shí)間可以長(zhǎng)一些，比如：電熱水器的用電和電動(dòng)車的充電。由于機(jī)動(dòng)負(fù)載的功率和用電量都比較大，通常被控制在48 V蓄電池組儲(chǔ)電量比較富集的電壓區(qū)域內(nèi)工作。從圖5可以看出，48 V蓄電池組的儲(chǔ)電量基本集中在48～54 V之間，占額定儲(chǔ)電容量的80%左右，因此設(shè)計(jì)上讓機(jī)動(dòng)負(fù)載工作在該電壓區(qū)間。

隨著光伏發(fā)電技術(shù)大規(guī)模推廣應(yīng)用，光伏電力在整個(gè)電網(wǎng)中的占比將會(huì)越來(lái)越大，最終會(huì)成為人類生活和工作的主要電力來(lái)源。光伏電力為直流電，在這種情況下，把光伏直流電逆變成交流電提供給用戶，再在用戶端整流成直流電提供給電動(dòng)車及眾多的家用直流用電器似乎不盡合理?？紤]到交流用電器向直流用電器過渡需要一個(gè)歷史期間，在此期間，對(duì)于沒有相應(yīng)直流產(chǎn)品的家用交流用電器和還在留用的家用交流用電器，可以局部設(shè)置1臺(tái)便攜式逆變器(離網(wǎng)逆變器)提供交流電。

2 離網(wǎng)型光伏全直流微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果與分析

2.1 電動(dòng)車的充電和反哺補(bǔ)電

電動(dòng)車的充電方式為即插即充，在光伏方陣的輸出功率較大的時(shí)間段內(nèi)，電動(dòng)車可以隨時(shí)、直接接受來(lái)自MPPT控制器的直流電進(jìn)行充電。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，電動(dòng)車的充電效率ηc可表示為：

式中：P為電動(dòng)車的充電功率或MPPT控制器的輸出功率；a為充電回路損耗和充電控制器消耗。

由于a值的變化不大，因此當(dāng)把a(bǔ)視為常數(shù)時(shí)，電動(dòng)車的充電功率越大，電動(dòng)車的充電效率越高。但是充電功率受到2個(gè)方面的限制，一是光伏方陣輸出功率是有限值的，二是設(shè)計(jì)的電動(dòng)車充電倍率最大值為0.2 C，因此電動(dòng)車的充電效率只能維持在一個(gè)較高的范圍內(nèi)而無(wú)法繼續(xù)提高。當(dāng)天氣轉(zhuǎn)陰或太陽(yáng)西下時(shí)，MPPT控制器的輸出功率下降，電動(dòng)車的充電效率隨之下降。另外一個(gè)因素也會(huì)造成電動(dòng)車充電效率的下降，即由于48 V蓄電池組配備的MPPT控制器和96 V機(jī)動(dòng)儲(chǔ)能組配備的MPPT控制器設(shè)計(jì)成并聯(lián)組合，常態(tài)下二者平衡分流，在電動(dòng)車動(dòng)力電池組的充電進(jìn)程中，隨著其SOC值逐漸升高，充電阻力逐漸增大，來(lái)自光伏方陣的電流傾向于朝48 V蓄電池組灌輸，導(dǎo)致電動(dòng)車充電電流減弱，充電倍率自動(dòng)下滑，充電效率同步下降。電動(dòng)車充電倍率隨SOC變化的變化情況如圖6所示。

圖6 電動(dòng)車充電倍率隨SOC變化的變化情況Fig. 6 Change of electric vehicle charging rate with SOC

從圖6可以看出，電動(dòng)車的充電效率在SOC接近95%左右時(shí)下降尤其明顯，因此，把電動(dòng)車充電截止的SOC值設(shè)定在95%，這樣既可以避免動(dòng)力電池組過充造成火災(zāi)等事故，又可以有效利用MPPT控制器的輸出，提高整個(gè)離網(wǎng)型光伏全直流微電網(wǎng)的電能使用效率。電動(dòng)助動(dòng)車與電動(dòng)車同時(shí)充電的狀況如圖7所示。

圖7 電動(dòng)助動(dòng)車和電動(dòng)車同時(shí)充電的狀況Fig. 7 Simultaneous charging of electric moped and electric vehicle

在連續(xù)陰雨天的情況下，盡管光伏方陣仍然有電能輸出，但不足以維持日常用電，只能依靠?jī)?chǔ)能單元持續(xù)輸出進(jìn)行補(bǔ)充供電。隨著電能的持續(xù)釋放，儲(chǔ)能單元所儲(chǔ)電量逐漸下降，此時(shí)為了確保穩(wěn)定供電，可以讓電動(dòng)車反哺為儲(chǔ)能單元補(bǔ)充電能。反哺補(bǔ)電操作與充電大體相同，只是路徑不同，需切換路徑，電流流向也正好相反。反哺電借助燃料電池單元用的MPPT3降壓后供給24 V蓄電池組和24 V蓄電池組下游的負(fù)載，這樣可以省去1臺(tái)DC/DC；電動(dòng)車的反哺補(bǔ)電倍率控制在0.2 C左右。

2.2 實(shí)機(jī)運(yùn)行和測(cè)試結(jié)果

通過近半年的實(shí)機(jī)運(yùn)行測(cè)試，確認(rèn)了離網(wǎng)型光伏全直流微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行非常穩(wěn)定，主要性能指標(biāo)變化不大。由于11月屬于上海地區(qū)典型的秋冬季節(jié)氣候，晴天數(shù)和陰雨天數(shù)適中，因此在2021年11月，對(duì)離網(wǎng)型光伏全直流微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了為期1個(gè)月的完整運(yùn)行記錄，并對(duì)記錄結(jié)果進(jìn)行了匯總及分析。2021年11月上海地區(qū)的晴雨天記錄如表3所示。實(shí)機(jī)運(yùn)行測(cè)試自11月1日06:00開始，至11月30日17:00結(jié)束，分析結(jié)果如表4所示。

表3 2021年11月上海地區(qū)的晴雨天記錄Table 3 Records of sunny and rainy days in Shanghai in November 2021

表4 2021年11月離網(wǎng)型光伏全直流微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)機(jī)運(yùn)行測(cè)試的分析結(jié)果Table 4 Analysis results of real machine operation test of off-grid type PV full DC microgrid experimental system in November 2021

離網(wǎng)型光伏全直流微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在經(jīng)歷了11月4—7日持續(xù)4天的陰雨天后，于11月7日傍晚進(jìn)行了一次電動(dòng)車反哺補(bǔ)電，補(bǔ)電量為3.5 kWh，電動(dòng)車SOC從75%下降到了50%，還能安全行 駛60 km以上。整月運(yùn)行期間，副電源沒有出現(xiàn)過欠電現(xiàn)象，因此燃料電池繼電器沒有動(dòng)作。為了維持燃料電池的長(zhǎng)期性能，根據(jù)燃料電池的使用要求做了5 min左右的維護(hù)性運(yùn)行。

從表4可以看出，繼電器等控制器件的耗電量約占離網(wǎng)型光伏全直流微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)總發(fā)電量的5%，對(duì)微電網(wǎng)能效比的影響不小。因此，需要采用一種只在動(dòng)作時(shí)耗電、達(dá)到穩(wěn)態(tài)后不再耗電的繼電器或開關(guān)。

另外，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，減少電纜接點(diǎn)并提高接線質(zhì)量，降低連接電阻，可減少回路損失，提高光伏發(fā)電效率和微電網(wǎng)能效比。

2.3 加強(qiáng)微電網(wǎng)的運(yùn)行管控

在能源管理方面，現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給邊遠(yuǎn)地區(qū)微電網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制運(yùn)行和售后運(yùn)維服務(wù)帶來(lái)了極大的便利，利用互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)引入遠(yuǎn)程控制和人機(jī)對(duì)話機(jī)制，在管理側(cè)和用戶側(cè)之間通過互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息交流，指導(dǎo)用戶合理用電，并通過遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)無(wú)線管理。對(duì)應(yīng)于各個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，能源管理系統(tǒng)中的控制參數(shù)可由用戶根據(jù)需要實(shí)時(shí)設(shè)定，使系統(tǒng)運(yùn)維更為便捷。在日本東京的遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過位于上海的微電網(wǎng)控制管理中心就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)西藏或新疆有網(wǎng)地區(qū)的微電網(wǎng)實(shí)機(jī)運(yùn)行監(jiān)控和運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)在線修改。

3 結(jié)論

從早期的并網(wǎng)型光伏微電網(wǎng)到如今的離網(wǎng)型光伏全直流微電網(wǎng)的研究已經(jīng)持續(xù)了10年，其間經(jīng)歷了由光伏單元、超級(jí)電容、PEM燃料電池和鋰離子電池組成的四電池系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，以及由光伏單元、PEM燃料電池和鋰離子電池組成的三電池系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，積累了比較豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。對(duì)該微電網(wǎng)的設(shè)計(jì)、組建和實(shí)機(jī)運(yùn)行測(cè)試只是一個(gè)階段性工作，現(xiàn)總結(jié)如下：

1)光伏方陣至MPPT輸出端的發(fā)電效率為92%左右，微電網(wǎng)實(shí)際能效比為84%左右，且通過技術(shù)優(yōu)化和設(shè)備質(zhì)量的改進(jìn)，有望進(jìn)一步提高。

2)連續(xù)數(shù)月的運(yùn)行表明，該微電網(wǎng)基本能滿足日常用電需求，利用電動(dòng)車反哺補(bǔ)電，陰雨天也能保證年均日用電量的60%的用電要求。如提高燃料電池運(yùn)行率，則可進(jìn)一步提高供電滿意度。

3)離網(wǎng)型光伏全直流微電網(wǎng)雖然增加了儲(chǔ)能系統(tǒng)和MPPT控制器，但可以免去逆變器和終端直流用電器的整流器，社會(huì)效益和資源效益明顯。

4)在能源管理方面，利用互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)引入遠(yuǎn)程控制和人機(jī)對(duì)話機(jī)制，在管理側(cè)和用戶側(cè)之間通過互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息交流，指導(dǎo)用戶合理用電，并通過遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)無(wú)線管理。對(duì)應(yīng)于各個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，能源管理系統(tǒng)中的控制參數(shù)可由用戶根據(jù)需要實(shí)時(shí)設(shè)定，使系統(tǒng)運(yùn)維更為便捷。

5)在采用電壓等級(jí)這個(gè)問題上，母線電壓高有多種優(yōu)點(diǎn)，但是從安全角度和使用便利性考慮，進(jìn)入用戶側(cè)之前可以采用較高的輸電電壓，進(jìn)入用戶側(cè)以后，采用48 V規(guī)格比較適中。

6)電力的瞬間波動(dòng)和短期不平衡都可以由儲(chǔ)能單元通過吸納和釋放來(lái)調(diào)節(jié)，但長(zhǎng)周期陰雨天和晴天的電力使用因受到用戶用電量和儲(chǔ)能單元容量的限制，其平衡調(diào)整比較困難，這一點(diǎn)將是下一步研究工作的重點(diǎn)。