新能源電力系統(tǒng)中的智能微電網(wǎng)運行與優(yōu)化研究

王 啟，王思群

（1.山東新國華項目管理咨詢有限公司，山東 濟南 250014；2.青島越洋工程咨詢有限公司，山東 青島 266024）

0 引 言

新能源電站電網(wǎng)接入下的智能微電網(wǎng)是現(xiàn)階段電力行業(yè)中一種新型的能源供應(yīng)模式。微電網(wǎng)與電力系統(tǒng)中的主電網(wǎng)均是獨立運行的，通過并網(wǎng)運行模式實現(xiàn)微電網(wǎng)與主電網(wǎng)的相互連接。在智能微電網(wǎng)運行過程中，需要做好能源的整合管理工作，并根據(jù)用戶用電需求實現(xiàn)電力能源的統(tǒng)一調(diào)配，從而提升電力系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性。

1 新能源電站電網(wǎng)接入下的智能微電網(wǎng)發(fā)展趨勢

1.1 多能源融合

新能源已逐漸成為電力行業(yè)能源供給的重要源頭。傳統(tǒng)火力發(fā)電不僅需要消耗大量的不可再生能源，還會嚴重破壞生態(tài)環(huán)境。而新能源發(fā)電方式能夠有效改變電力行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。風能、太陽能等可再生能源產(chǎn)生的電力能源不僅能夠滿足部分用電需求，且對周邊生態(tài)環(huán)境的影響較小。因此，智能微電網(wǎng)的多能源融合將顯著提升電力能源的調(diào)配質(zhì)量和供給效率?；诠夥奈㈦娋W(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 基于光伏的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

1.2 智能化與自動化

新能源電站電網(wǎng)接入下的智能微電網(wǎng)將朝著智能化與自動化方向發(fā)展。智能微電網(wǎng)在運行過程中會產(chǎn)生大量的信息數(shù)據(jù)，如何有效整合并分析這些數(shù)據(jù)非常重要。通過應(yīng)用人工智能技術(shù)能夠有效提高數(shù)據(jù)的分析效率和預測算法的精準性，同時電力企業(yè)應(yīng)不斷加強對智能微電網(wǎng)技術(shù)的創(chuàng)新和優(yōu)化。例如，將儲能技術(shù)與能源分配系統(tǒng)結(jié)合到一起，實現(xiàn)電力能源的有效協(xié)調(diào)和分配，在滿足用戶用電需求的同時，提高智能微電網(wǎng)的運行質(zhì)量和效率，從而推動整個電力行業(yè)的快速發(fā)展。

2 新能源電站電網(wǎng)接入下的智能微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 新能源智能評估與選擇

新能源電站電網(wǎng)接入下的智能微電網(wǎng)需要全面評估與選擇可利用的新能源資源。在評估過程中，微電網(wǎng)需要根據(jù)用戶的用電需求合理分配不同發(fā)電方式的新能源電站。一方面需要盡可能充分利用可持續(xù)再生資源，另一方面要確保滿足用戶的用電需求，在降低微電網(wǎng)運行成本的同時，最大限度地提高微電網(wǎng)整體的運行質(zhì)量和運行效率。

通過分析太陽能的輻射、風速及水流速度等方式智能評估與選擇新能源資源，且在安裝新能源發(fā)電系統(tǒng)時需要分析周邊環(huán)境，結(jié)合地理位置和氣候條件來確定新能源電站的發(fā)電方式、發(fā)電量等參數(shù)。例如，在太陽輻射時間較長、輻射強度較高的地方建設(shè)太陽能發(fā)電系統(tǒng)；在地勢較高、風力較強的地方建設(shè)風能發(fā)電系統(tǒng)。此外，可以利用智能微電網(wǎng)將太陽能發(fā)電系統(tǒng)與風能發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)，充分利用新能源，以推動整個電力系統(tǒng)的建設(shè)與發(fā)展。

2.2 多源數(shù)據(jù)采集清洗技術(shù)

多源數(shù)據(jù)采集清洗技術(shù)指從多個數(shù)據(jù)源中獲取大量信息數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行清洗分析[1]。智能微電網(wǎng)需要將多種能源有效的結(jié)合到一起，而利用多源數(shù)據(jù)采集清洗技術(shù)能有效收集不同發(fā)電方式產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)。同時，多源數(shù)據(jù)采集清洗技術(shù)能夠覆蓋智能微電網(wǎng)中的變電站、用戶終端、控制中心等位置，確保整合分析智能微電網(wǎng)中的所有信息數(shù)據(jù)，從而為智能微電網(wǎng)的穩(wěn)定運行提供堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.3 分布式儲能技術(shù)

分布式儲能技術(shù)指通過網(wǎng)絡(luò)使用機器上的磁盤空間，并將這些分散的存儲資源組合成一個虛擬的存儲設(shè)備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分散存儲。分布式儲能技術(shù)在新能源電站電網(wǎng)接入下的智能微電網(wǎng)中也有著重要的應(yīng)用，分布式電源變流器與電網(wǎng)之間的功率分配計算公式為

式中：Vgird為電網(wǎng)電壓；Egen為變流器端電壓；Xs為電網(wǎng)電源與變流器之間的線路阻抗；θgen為變流器端電壓的功率因素；θgird為電網(wǎng)電壓的功率因素。

利用分布式儲能技術(shù)能夠提高電力能源的存儲量和存儲效率。在進行電力能源供給時，該技術(shù)遵循就近原則，優(yōu)先使用需求點附近的電力能源進行供給，以提高用戶用電滿意度。

2.4 微電網(wǎng)頻率和電壓動態(tài)穩(wěn)定技術(shù)

當新能源微電網(wǎng)處于孤島運行狀態(tài)時，由于缺少主網(wǎng)的支撐，需要采用具有模擬慣量和阻尼特性的控制策略，確保微電網(wǎng)頻率和電壓的穩(wěn)定性[2]。微電網(wǎng)頻率和電壓動態(tài)穩(wěn)定技術(shù)是一種對微電網(wǎng)頻率和電壓進行動態(tài)控制的技術(shù)。微電網(wǎng)具有獨立的運行空間環(huán)境，利用微電網(wǎng)頻率和電壓動態(tài)穩(wěn)定技術(shù)能夠控制并網(wǎng)逆變器，以模擬微電網(wǎng)的促發(fā)頻率和運行電壓的變化情況。同時，根據(jù)微電網(wǎng)頻率和電壓動態(tài)穩(wěn)定情況對電力設(shè)備的運行參數(shù)進行有效調(diào)整，以提高微電網(wǎng)整體的安全性和穩(wěn)定性。

2.5 微電網(wǎng)群觀群控技術(shù)

微電網(wǎng)群觀群控指通過集中采集多個微電網(wǎng)的信息，集中協(xié)調(diào)并控制各個微電網(wǎng)的運行狀態(tài)，從而實現(xiàn)微電網(wǎng)群的協(xié)調(diào)優(yōu)化、能量互濟等功能[3]。在新能源發(fā)電裝置與增量負荷規(guī)模化接入配電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢下，微電網(wǎng)將會以集群的形式出現(xiàn)在配網(wǎng)中，給智能配電網(wǎng)的運行控制帶來了新的挑戰(zhàn)。如何統(tǒng)一協(xié)調(diào)多個微電網(wǎng)、實現(xiàn)功率互濟和優(yōu)化運行是微電網(wǎng)群運行與控制的關(guān)鍵。新能源電站電網(wǎng)接入下的智能微電網(wǎng)在群觀觀群控技術(shù)的作用下能夠有效分配、調(diào)整新能源，確保所有的新能源系統(tǒng)均能滿足用戶的用電需求。同時，利用微電網(wǎng)群觀群控技術(shù)能夠及時解決微電網(wǎng)存在的負載問題，從而提升微電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性。微電網(wǎng)群觀群控技術(shù)應(yīng)用架構(gòu)如圖2所示。

圖2 微電網(wǎng)群觀群控技術(shù)應(yīng)用架構(gòu)

3 新能源電站電網(wǎng)接入下的智能微電網(wǎng)運行優(yōu)化策略

3.1 能源管理策略

新能源電站電網(wǎng)接入下的智能微電網(wǎng)運行的核心是能源管理策略，即將風能、太陽能等新能源發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合到一起，對所有的電力能源進行統(tǒng)一發(fā)協(xié)調(diào)管理，以充分利用可再生能源。能源管理策略是確保新能源發(fā)電系統(tǒng)與傳統(tǒng)電力供給系統(tǒng)有效結(jié)合的關(guān)鍵[4]。一方面，利用能源管理策略將不同地區(qū)的用電需求量與供電量進行相互關(guān)聯(lián)，并根據(jù)用電需求對能源進行合理調(diào)配。例如，先利用可再生能源進行供電，當供電不足時，再通過火力發(fā)電來滿足剩余的電力需求。另一方面，通過能源管理策略可以動態(tài)調(diào)整電力能源的存儲量和釋放量。例如，在用電需求低峰期存儲多余的電力能源，在用電需求高峰期釋放存儲的電力能源，以提高能源的供需平衡水平，提高智能微電網(wǎng)的運行質(zhì)量和效率。

3.2 系統(tǒng)安全性優(yōu)化

在智能微電網(wǎng)運行過程中，應(yīng)不斷加強對系統(tǒng)的安全性優(yōu)化。因為新能源電站電網(wǎng)接入下的智能微電網(wǎng)在日常運行過程中會產(chǎn)生大量的信息數(shù)據(jù)，如果這些信息數(shù)據(jù)出現(xiàn)泄露、丟失等問題，不僅會對智能微電網(wǎng)的正常運行造成嚴重影響，還嚴重威脅著用戶的個人隱私安全[5]。因此，電力企業(yè)在建設(shè)智能微電網(wǎng)時，應(yīng)選擇安全系數(shù)較高的電力設(shè)備和電力系統(tǒng)。同時，在進行多能源融合管理的時候，要加強對數(shù)據(jù)的監(jiān)控和保護。這樣不僅能根據(jù)電力設(shè)備運行數(shù)據(jù)的變動情況來判斷其是否處于正常運行狀態(tài)，還能利用防火墻等提升智能微電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)安全防護能力和系統(tǒng)安全性，確保整個電力系統(tǒng)的正常運行。

3.3 系統(tǒng)可靠性優(yōu)化

可靠性是確保新能源電站電網(wǎng)接入下的智能微電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。新能源電站電網(wǎng)所涉及的能源類型多樣且屬性復雜，因此智能微電網(wǎng)需要通過有效融合多種能源，以提升整個電網(wǎng)運行的可靠性[6]。一方面，智能微電網(wǎng)需要協(xié)調(diào)好傳統(tǒng)火力供電與新能源供電之間的關(guān)系，確保能夠通過多能源互補滿足用戶的用電需求；另一方面，需要加強對智能微電網(wǎng)的預防性維護。例如，相關(guān)工作人員對微電網(wǎng)進行定期維護，以解決智能微電網(wǎng)存在的安全隱患問題，最大限度地提升智能微電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性。同時，在進行智能微電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性優(yōu)化時，不斷加強人工智能技術(shù)等先進技術(shù)在智能微電網(wǎng)中的應(yīng)用力度，提高微電網(wǎng)的信息化建設(shè)水平，確保智能微電網(wǎng)在未來的市場中繼續(xù)占據(jù)有力的應(yīng)用地位。

4 結(jié) 論

新能源電站電網(wǎng)接入下的智能微電網(wǎng)對于整個電力行業(yè)的發(fā)展有著重要的推動作用。智能微電網(wǎng)通過有效整合各類新能源，并根據(jù)用戶的用電需求對電力能源進行統(tǒng)一調(diào)配，不僅能夠滿足用戶的用電需求，還能最大限度地提高電力能源的利用率，降低能源損耗，從而有效推動電力系統(tǒng)的智能化建設(shè)和發(fā)展。