DQZHAN技術(shù)訊：【漲知識】一文看懂什么是微電網(wǎng)！

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力需求也增長迅速，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，集中式發(fā)電，大電網(wǎng)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也面臨著越來越多的挑戰(zhàn)，成本高，運(yùn)行難度大，難以適應(yīng)用戶對高質(zhì)量、高可靠性電能的要求和多樣化供電的需求。21世紀(jì)頭十年的多次大范圍、大規(guī)模停電也讓人們意識到需要一些其他的電力系統(tǒng)發(fā)展模式來應(yīng)對問題，從而使電網(wǎng)運(yùn)行的更經(jīng)濟(jì)高效。

這時(shí)以分布式電源為主要單元的智能電網(wǎng)作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，也受到人們越來越多的關(guān)注。然而當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，分布式電源必須馬上退出運(yùn)行，這限制了分布式電源的的作用。為了使用分布式電源的效益，學(xué)者提出了微電網(wǎng)的概念。

微電網(wǎng)的概念

微電網(wǎng)（Micro-Grid）也譯為微網(wǎng)，是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、負(fù)荷、監(jiān)控和保護(hù)裝置等組成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。

微電網(wǎng)是相對傳統(tǒng)大電網(wǎng)的一個(gè)概念，是指多個(gè)分布式電源及其相關(guān)負(fù)載按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成的網(wǎng)絡(luò)，通過靜態(tài)開關(guān)關(guān)聯(lián)至常規(guī)電網(wǎng)。開發(fā)和延伸微電網(wǎng)能夠充分促進(jìn)分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接入，實(shí)現(xiàn)對負(fù)荷多種能源形式的高可靠供給，是實(shí)現(xiàn)主動式配電網(wǎng)的一種有效方式，使傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)過渡。微電網(wǎng)的提出旨在實(shí)現(xiàn)分布式電源的靈活、高效應(yīng)用，解決數(shù)量龐大、形式多樣的分布式電源并網(wǎng)問題。

微電網(wǎng)的分類及應(yīng)用場景

01 分類

宏觀上分類：微電網(wǎng)大致有兩種類型，分別是獨(dú)立型和并網(wǎng)型。

① 獨(dú)立型微電網(wǎng)就是可單獨(dú)建設(shè)、運(yùn)行的供電方式，和外部電網(wǎng)沒有關(guān)系，獨(dú)立型微電網(wǎng)可以保證微電網(wǎng)內(nèi)發(fā)電和供電的平衡，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)內(nèi)供電的穩(wěn)定性。

② 并網(wǎng)型微電網(wǎng)是和外部電網(wǎng)一起聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，當(dāng)外部電網(wǎng)出現(xiàn)故障，這個(gè)時(shí)候要和外網(wǎng)斷開，這樣才可以控制網(wǎng)內(nèi)的電源和儲能系統(tǒng)，讓重要用電負(fù)荷的供電可以正常。

微觀上分類：微電網(wǎng)有以下五種類型。

① 直流微電網(wǎng)：分布式電源、儲能裝置、負(fù)荷等均連接至直流母線，直流網(wǎng)絡(luò)再通過電力電子逆變裝置連接至外部交流電網(wǎng)。直流微電網(wǎng)通過電力電子變換裝置可以向不同電壓等級的交流、直流負(fù)荷提供電能，分布式電源和負(fù)荷的波動可由儲能裝置在直流側(cè)調(diào)節(jié)。

② 交流微電網(wǎng)：分布式電源、儲能裝置等均通過電力電子裝置連接至交流母線。目前交流微電網(wǎng)仍然是微電網(wǎng)的主要形式。通過對PCC處開關(guān)的控制，可實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行與孤島模式的轉(zhuǎn)換。

③ 交直流混合微電網(wǎng)：既含有交流母線又含有直流母線，既可以直接向交流負(fù)荷供電又可以直接向直流負(fù)荷供電。

④ 中壓配電支線微電網(wǎng)：以中壓配電支線為基礎(chǔ)將分布式電源和負(fù)荷進(jìn)行有效集成的微電網(wǎng)，它適用于向容量中等、有較高供電可靠性要求、較為集中的用戶區(qū)域供電。

⑤ 低壓微電網(wǎng)：在低壓電壓等級上將用戶的分布式電源及負(fù)荷適當(dāng)集成后形成的微電網(wǎng)，這類微電網(wǎng)大多由電力或能源用戶擁有，規(guī)模相對較小。

02 應(yīng)用場景

我們綜合微電網(wǎng)的特點(diǎn)和類型，分析其適合的幾大應(yīng)用場景

① 在離岸海島微電網(wǎng)的應(yīng)用

在微電網(wǎng)系統(tǒng)中，各種能源在不同季節(jié)、不同時(shí)段中協(xié)同運(yùn)行，多能互補(bǔ)也成為離岸海島電力系統(tǒng)的佳配置。夏季可以享受較長時(shí)間的日照，再加上夏季雨水較少，光伏系統(tǒng)的利用率也隨之提高。然而受天氣影響，風(fēng)電和水電在夏季的出力狀況卻不夠理想。到了冬季，海島上降雨增多，小型水力發(fā)電機(jī)也能成為主要的電力來源。微電網(wǎng)的控制系統(tǒng)可以監(jiān)測發(fā)電設(shè)施的運(yùn)行，優(yōu)化電池的充放電循環(huán)，并且在電力短缺時(shí)自動啟動柴油發(fā)電機(jī)。

微電網(wǎng)將可以極大程度提升電力消費(fèi)品質(zhì)。離網(wǎng)型海島微電網(wǎng)可以滿足現(xiàn)代生活的電力需求。

② 在偏遠(yuǎn)區(qū)域微電網(wǎng)的應(yīng)用

除了可以改善現(xiàn)有的供電系統(tǒng)外，離網(wǎng)型微電網(wǎng)還是無電地區(qū)實(shí)現(xiàn)電力普及的重要一環(huán)。以光伏為主、柴油發(fā)電機(jī)作為備用的分布式能源系統(tǒng)可以解決這些偏遠(yuǎn)地區(qū)的用電問題。不同于普通的交流用電，戶用微網(wǎng)系統(tǒng)以直流電運(yùn)行，避免了光伏、電池和家電之間交直流轉(zhuǎn)換引起的能量損失。整套系統(tǒng)的成本比架設(shè)電網(wǎng)的方式更低，供電也更加可靠。分布式光伏、儲能電池與已有的柴油發(fā)電機(jī)構(gòu)成微電網(wǎng)系統(tǒng)。

微電網(wǎng)可以為用戶提供可靠電力的同時(shí)也降低了用電成本，在柴油價(jià)格走高之時(shí)，光伏的替代作用使系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性更加出眾。

③ 在城市社區(qū)微電網(wǎng)中的應(yīng)用

如果說離網(wǎng)型微電網(wǎng)是海島和偏遠(yuǎn)地區(qū)實(shí)現(xiàn)電力普及的必選項(xiàng)，那么在可靠電網(wǎng)覆蓋的城市開發(fā)微電網(wǎng)系統(tǒng)則將起到錦上添花的作用。并網(wǎng)型微電網(wǎng)可以在聯(lián)網(wǎng)和獨(dú)立運(yùn)行兩種狀態(tài)之間自由切換。當(dāng)大電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，微電網(wǎng)可以選擇與大電網(wǎng)斷開，保障區(qū)域內(nèi)用戶的供能；當(dāng)選擇聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，微電網(wǎng)也可以通過出售多余電力和需求響應(yīng)等方式獲得額外的經(jīng)濟(jì)收益，充分體現(xiàn)了微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

03 應(yīng)用痛點(diǎn)

① 微電網(wǎng)行業(yè)發(fā)展不平衡。特別是在做示范工程的時(shí)候，設(shè)備的性能差異比較大，需要經(jīng)常跟設(shè)備廠家打交道。

② 微電網(wǎng)建設(shè)是多單位參與的，需要考慮很多非技術(shù)因素，例如資金的來源、微電網(wǎng)的管控或者由誰來建設(shè)等。

③ 微電網(wǎng)的技術(shù)門檻比較高，跨度比較大。

④ 微電網(wǎng)的技術(shù)服務(wù)范圍比較窄。因?yàn)槲㈦娋W(wǎng)在沒有大批量商業(yè)應(yīng)用之前，廠家不會投入很多的研發(fā)精力，導(dǎo)致微電網(wǎng)的技術(shù)服務(wù)跟不上。

*目前國家相關(guān)政策鼓勵和支持微電網(wǎng)開展配售電業(yè)務(wù)。考慮到我國增量配網(wǎng)尚屬試點(diǎn)階段，微電網(wǎng)配售電將面臨更多困難。例如，微電網(wǎng)內(nèi)用戶如何與微電網(wǎng)售電公司費(fèi)用結(jié)算、消費(fèi)不同種類的分布式電源應(yīng)包含哪些附加費(fèi)用、用戶是否還需要繳納公共電網(wǎng)的輸電費(fèi)、微電網(wǎng)與外部電網(wǎng)電量交換的價(jià)格機(jī)制和微電網(wǎng)的備用容量機(jī)制如何考慮等等。

關(guān)鍵技術(shù)

01 關(guān)鍵技術(shù)

總體而言分布式電源類型的多樣性及微電網(wǎng)運(yùn)行方式的復(fù)雜性使得微電網(wǎng)有別于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)。下圖所示的是微電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)行優(yōu)化、保護(hù)控制、仿真實(shí)驗(yàn)等關(guān)鍵技術(shù)。

① 規(guī)劃設(shè)計(jì)：

微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的目的是在對負(fù)荷需求和可再生能源資源情況進(jìn)行充分分析預(yù)測的基礎(chǔ)上，依據(jù)特定的目標(biāo)和系統(tǒng)約束條件，確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及設(shè)備配置，盡可能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性及能源利用效率等量化指標(biāo)的優(yōu)化。

② 運(yùn)行優(yōu)化：

微電網(wǎng)的運(yùn)行優(yōu)化策略由能量管理系統(tǒng)在已知各種運(yùn)行信息的基礎(chǔ)上制定完成。目的是根據(jù)分布式電源出力預(yù)測、微電網(wǎng)內(nèi)能源需求、市場信息等數(shù)據(jù)，按照不同的優(yōu)化運(yùn)行目標(biāo)和約束條件做出決策，實(shí)時(shí)制定微電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度策略，通過對分布式電源、儲能設(shè)備和負(fù)荷的靈活調(diào)度來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。

③ 保護(hù)控制：

微電網(wǎng)保護(hù)涉及的故障情況可分為微電網(wǎng)外部故障和微電網(wǎng)內(nèi)部故障。其中，微電網(wǎng)內(nèi)部故障在微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行和孤立運(yùn)行兩種模式下，所呈現(xiàn)的故障特性及所采取的保護(hù)方法又有所不同，且與微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源的控制方式緊密相關(guān)。

④ 仿真實(shí)驗(yàn):

數(shù)字仿真是微電網(wǎng)研究的主要手段之一，對于研究微電網(wǎng)運(yùn)行機(jī)理、規(guī)劃設(shè)計(jì)、優(yōu)化運(yùn)行、保護(hù)控制等問題提供了必要的工具和強(qiáng)有力技術(shù)支撐。微電網(wǎng)中不同設(shè)備和控制系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)差異較大，整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)呈現(xiàn)出強(qiáng)剛性的特點(diǎn)。數(shù)字仿真技術(shù)應(yīng)實(shí)現(xiàn)對微電網(wǎng)中微秒級快速變化的電磁暫態(tài)過程、毫秒級變化的機(jī)電暫態(tài)過程、秒級到分鐘級變化的中長期動態(tài)過程和系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過程的全過程仿真。

02 控制方式

同時(shí)現(xiàn)在市場上有三種比較常見的微電網(wǎng)控制方式

① 基于電力電子技術(shù)等概念的控制方法

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)，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)的微電網(wǎng)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。

微電網(wǎng)的發(fā)展趨勢

據(jù)了解，微電網(wǎng)未來覆蓋的電壓將越來越高，容量也越大。未來是微電網(wǎng)的規(guī)模會越來越大，這就更加方便居民的用電。 我國的微電網(wǎng)工程目前還處在示范階段，很多技術(shù)性問題還需要做進(jìn)一步研究，市場化進(jìn)程步子還在緩緩邁開。

但是我們通過對微電網(wǎng)的考察，綜合考慮其發(fā)展情況，認(rèn)為微電網(wǎng)的特點(diǎn)適應(yīng)我國電力行業(yè)發(fā)展的需求，我國發(fā)展微電網(wǎng)具有很大的應(yīng)用價(jià)值：

① 以光伏、風(fēng)能、生物能為主的可再生能源發(fā)電形式將是微電網(wǎng)的重要電源組成部分。

中國可再生能源的發(fā)展?jié)摿κ志薮?。若能將?fù)荷點(diǎn)附近的分布式能源發(fā)電技術(shù)、儲能及電力電子控制技術(shù)等很好地結(jié)合起來構(gòu)成微電網(wǎng)，則可再生能源將充分發(fā)揮其重要潛力。

② 微電網(wǎng)在提高中國電網(wǎng)的供電可靠性、改善電能質(zhì)量方面都起著重要作用。

我國經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展，電力是必不可少的助推劑，微電網(wǎng)可根據(jù)用戶對電力供給的不同需求將負(fù)荷分類，從而在合適的情況下向客戶提供個(gè)性化的供電。

③ 微電網(wǎng)作為大電網(wǎng)形式的補(bǔ)充也可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，更好的面對突發(fā)情況。

與常規(guī)的集中式發(fā)點(diǎn)相比，將微電網(wǎng)和現(xiàn)在的電力系統(tǒng)相結(jié)合，可以形成一個(gè)高效、靈活的新系統(tǒng)。微電網(wǎng)的新系統(tǒng)里，不需要建設(shè)過多的配電站，輸電線路大為減少，故障率也相應(yīng)降低，一方面建設(shè)費(fèi)用大幅縮減，線路損耗減小，維修費(fèi)減少，成本降低，另一方面，靈活的設(shè)置小型電源，建設(shè)周期短，既可以應(yīng)付短期迅速激增的電力需求，也不占用電力走廊。

④ 微電網(wǎng)具有較大的經(jīng)濟(jì)性、靈活性。

微電網(wǎng)可以控制分布式電源的運(yùn)行，當(dāng)對微電網(wǎng)進(jìn)行合理正確的操作時(shí)，可以平穩(wěn)的控制微電網(wǎng)在并網(wǎng)和孤網(wǎng)運(yùn)行兩種模式間切換，故可以根據(jù)電力市場進(jìn)行調(diào)整以獲取較大的經(jīng)濟(jì)利益。即當(dāng)大電網(wǎng)負(fù)荷較重時(shí)，微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，而在市場負(fù)荷低谷時(shí)，微電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行，利用分布式電源向就近負(fù)荷供電。

⑤ 微電網(wǎng)可以延緩電網(wǎng)投資，減少電損，符合建設(shè)節(jié)約型社會的號召。

微電網(wǎng)為用戶提供的電能來自于負(fù)荷附近生產(chǎn)的電能，即“就地消費(fèi)”，因此能夠有效減少對集中式大型發(fā)電廠電力生產(chǎn)的依賴以及遠(yuǎn)距離電能傳輸、多級變送的損耗。從而延緩電網(wǎng)投資，降低網(wǎng)損。在當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)小型風(fēng)電場、太陽能電廠等以可再生能源為主的電源，形成微電網(wǎng)，既能保證當(dāng)?shù)鼐用竦挠秒?，也減少了不必要的投資。

根據(jù)我們的研究，未來的能源互聯(lián)網(wǎng)仿佛一個(gè)生命體：智能化大電網(wǎng)是血管，微電網(wǎng)則是不可或缺的毛細(xì)末梢，使電網(wǎng)能夠大量消納可再生分布式能源，從而促進(jìn)綠色能源的高效利用。中國的微電網(wǎng)應(yīng)以能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為導(dǎo)向，以“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”的建設(shè)為依托，鼓勵用戶參與和綜合利用微電網(wǎng)價(jià)值滿足未來能源多元需求，接納分布式電源，提高能效。