微電網(wǎng)技術(shù)研究與發(fā)展

21ic智能電網(wǎng)：能源是現代社會(huì )和經(jīng)濟發(fā)展的動(dòng)力，是人類(lèi)生命存在和繁衍的生命線(xiàn)。傳統化石能源的逐步耗竭，使能源危機已逐步逼近。中國21世紀的能源工業(yè)將是能源資源利用與環(huán)境保護可持續發(fā)展的改造型新工業(yè)，因此，合理調整能源結構，大力開(kāi)發(fā)可再生能源和其它新能源，走多元化潔凈能源發(fā)展道路，是我國社會(huì )可持續發(fā)展的必由之路。

微電網(wǎng)是一種新型的網(wǎng)絡(luò )結構，是一組微電源、負荷、儲能系統和控制裝置構成的系統單元。微電網(wǎng)中的電源多為容量較小的分布式電源，即含有電力電子接口的小型機組，包括微型燃氣輪機、燃料電池、光伏電池、小型風(fēng)力發(fā)電機組以及超級電容、飛輪及蓄電池等儲能裝置，它們接在用戶(hù)側，具有成本低、電壓低及污染低等特點(diǎn)。開(kāi)發(fā)和延伸微電網(wǎng)能夠促進(jìn)分布式電源與可再生能源的大規模接入，實(shí)現對負荷多種能源形式的高可靠供給，是實(shí)現主動(dòng)式配電網(wǎng)的一種有效的方式，使傳統電網(wǎng)向智能電網(wǎng)過(guò)渡。

1.微電網(wǎng)的含義與研究動(dòng)態(tài)

目前世界上許多國家己開(kāi)展微電網(wǎng)研究，立足于本國電力系統的實(shí)際問(wèn)題提出了各自的微電網(wǎng)概念和發(fā)展目標。作為一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域，微電網(wǎng)在各國的發(fā)展呈現不同的特色。

1.1美國微電網(wǎng)的研究

ERTS(ConsortiumforElectricReliabilityTechnologySolutions)合作組織由美國的電力集團、伯克利勞倫斯國家實(shí)驗室等研究機構組成的，在美國能源部和加州能源委員會(huì )等資助下，對微電網(wǎng)技術(shù)開(kāi)展了專(zhuān)門(mén)的研究。CERTS定義的微電網(wǎng)基本概念：這是一種負荷和微電源的集合。該微電源在一個(gè)系統中同時(shí)提供電力和熱力的方式運行，這些微電源中的大多數必須是電力電子型的，并提供所要求的靈活性，以確保能以一個(gè)集成系統運行，其控制的靈活性使微電網(wǎng)能作為大電力系統的一個(gè)受控單元，以適應當地負荷對可靠性和安全性的要求。CERTS定義的微電網(wǎng)提出了一種與以前完全不同的分布式電源接入系統的新方法。傳統的方法在考慮分布式電源接入系統時(shí)，著(zhù)重在分布式電源對網(wǎng)絡(luò )性能的影響。按傳統方法當電網(wǎng)出現問(wèn)題時(shí)，要確保聯(lián)網(wǎng)的分布式電源自動(dòng)停運，以免對電網(wǎng)產(chǎn)生不利的影響。而CERTS定義的微電網(wǎng)要設計成當主電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)微電網(wǎng)與主電網(wǎng)無(wú)縫解列或成孤島運行，一旦故障去除后便可與主電網(wǎng)重新連接。這種微電網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是它在與之相連的配電系統中被視為一個(gè)自控型實(shí)體，保證重要用戶(hù)電力供應的不間斷，提高供電的可靠性，減少饋線(xiàn)損耗，對當地電壓起支持和校正作用。因此，微電網(wǎng)不但避免了傳統的分布式發(fā)電對配電網(wǎng)的一些負面影響，還能對微電網(wǎng)接入點(diǎn)的配電網(wǎng)起一定的支持作用。

1.2歐洲微電網(wǎng)的研究

歐洲提出要充分利用分布式能源、智能技術(shù)、先進(jìn)電力電子技術(shù)等實(shí)現集中供電與分布式發(fā)電的高效緊密結合，并積極鼓勵社會(huì )各界廣泛參與電力市場(chǎng)，共同推進(jìn)電網(wǎng)發(fā)展。微電網(wǎng)以其智能性、能量利用多元化等特點(diǎn)也成為歐洲未來(lái)電網(wǎng)的重要組成。目前，歐洲已初步形成了微電網(wǎng)的運行、控制、保護、安全及通信等理論，并在實(shí)驗室微電網(wǎng)平臺上對這些理論進(jìn)行了驗證。其后續任務(wù)將集中于研究更加先進(jìn)的控制策略、制定相應的標準、建立示范工程等。即，為分布式電源與可再生能源的大規模接人以及傳統電網(wǎng)向智能電網(wǎng)的初步過(guò)渡做積極準備。

1.3日本微電網(wǎng)的研究

日本立足于國內能源日益緊缺、負荷日益增長(cháng)的現實(shí)背景，展開(kāi)了微電網(wǎng)研究，但其發(fā)展目標主要定位于能源供給多樣化、減少污染、滿(mǎn)足用戶(hù)的個(gè)性電力需求。日本學(xué)者還提出了靈活可靠性和智能能量供給系統(FRIENDS)其主要思想是在配電網(wǎng)中加人一些靈活交流輸電系統裝置，利用控制器快速、靈活的控制性能，實(shí)現對配電網(wǎng)能源結構的優(yōu)化，并滿(mǎn)足用戶(hù)的多種電能質(zhì)量需求。目前，日本已將該系統作為其微電網(wǎng)的重要實(shí)現形式之一。

1.4微電網(wǎng)的理解

基于上述概念，在微電網(wǎng)中功率范圍在100kW以下的微型燃氣輪機將得到廣泛的應用。它具有轉速高(5萬(wàn)~10萬(wàn)/min)、采用空氣軸承等特點(diǎn)，所發(fā)出的高頻(1000Hz左右)交流電需經(jīng)交流-直流-交流環(huán)節變?yōu)?0Hz工頻交流電供給負荷，但燃燒過(guò)程產(chǎn)生的NOx仍將對城市的環(huán)保產(chǎn)生不利的影響。燃料電池由于具有高效和低排放的特點(diǎn)，自然也很適合作為微電網(wǎng)的電源，特別是高溫MCFC和SOFC比較適用于發(fā)電，但目前價(jià)格較貴，較少實(shí)際應用。光伏發(fā)電、小型風(fēng)電和生物質(zhì)能發(fā)電業(yè)是很好的電源選擇。蓄電池、飛輪和超級電容器等是微電網(wǎng)重要的儲能元件。余熱回收裝置也是重要的部件之一，正是由于余熱的利用提高了能源利用的效率，因為熱水或熱蒸汽并不像電那樣容易而經(jīng)濟地長(cháng)距離輸送，而微電網(wǎng)的結構恰恰能使熱源更接近熱負荷。

2.中國發(fā)展微電網(wǎng)的重要意義

微電網(wǎng)對我國電力系統和國民經(jīng)濟的發(fā)展也有重要的意義。

(1)微電網(wǎng)可以提高電力系統的安全性和可靠性，有利于電力系統抗災能力建設。目前，我國電力工業(yè)發(fā)展已進(jìn)入大電網(wǎng)、高電壓、長(cháng)距離、大容量階段，六大區域電網(wǎng)已實(shí)現互聯(lián)，網(wǎng)架結構日益復雜。實(shí)現區域間的交流互聯(lián)，理論上可以發(fā)揮區域間事故支持和備用作用，實(shí)現電力資源的優(yōu)化配置。但是大范圍交流同步電網(wǎng)存在大區間的低頻振蕩和不穩定性，其動(dòng)態(tài)穩定事故難以控制，造成大面積停電的可能性大。

另一方面，廠(chǎng)網(wǎng)分開(kāi)后，市場(chǎng)利益主體多元化，廠(chǎng)網(wǎng)矛盾增多，廠(chǎng)網(wǎng)協(xié)調難度加大，特別是對電網(wǎng)設備的安全管理不到位，對電力系統安全穩定運行構成了威脅。與常規的集中供電電站相比，微電網(wǎng)可以和現有電力系統結合形成一個(gè)高效靈活的新系統，具有以下優(yōu)勢：無(wú)需建設配電站，可避免或延緩則增加輸配電成本，沒(méi)有或很低的輸配電損耗，可降低終端用戶(hù)的費用;小型化，對建設所要求不高，不占用輸電走廊，施工周期短，高效性靈活，能夠迅速應付短期激增的電力需求，供電可靠性高，同時(shí)還可以降低對環(huán)境的污染等。

(2)微電網(wǎng)可以促進(jìn)可再生能源分布式發(fā)電的并網(wǎng)，有利于可再生能源在我國的發(fā)展。處于電力系統管理邊緣的大量分布式電源并網(wǎng)有可能造成電力系統不可控、不安全和不穩定，從而影響電網(wǎng)運行和電力市場(chǎng)交易，所以分布式發(fā)電面臨許多技術(shù)障礙和質(zhì)疑。微電網(wǎng)可以充分發(fā)揮分布式發(fā)電的優(yōu)勢、消除分布式發(fā)電對電網(wǎng)的沖擊和負面影響，是一種全新的概念，使用系統的方法解決分布式發(fā)電并網(wǎng)帶來(lái)的問(wèn)題。通過(guò)將地域相近的一種微電源、儲能裝置與負荷結合起來(lái)進(jìn)行協(xié)調控制，微電網(wǎng)對配電網(wǎng)表現為“電網(wǎng)友好型”的單個(gè)可控集合，可以與大電網(wǎng)進(jìn)行能量交換，在大電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)可以獨立運行。