直流微電網(wǎng)實際方案分析

叢志茹 王淑清

摘 要：微電網(wǎng)是將可再生能源發(fā)電裝置、負(fù)荷、儲能裝置及控制裝置等有機(jī)結(jié)合并接入到電網(wǎng)中的技術(shù)。微電網(wǎng)一般接入到配電系統(tǒng)中，既可與電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行，也可在電網(wǎng)故障或需要時與主網(wǎng)斷開單獨運行。為適應(yīng)節(jié)能減排、提高供電可靠性和更有效利用可再生能源的市場需求，針對直流微電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合當(dāng)前我國電網(wǎng)國情以及政策導(dǎo)向，研究提出了具有簡單易用、可操作性強(qiáng)的直流微電網(wǎng)解決方案。從而將直流微電網(wǎng)技術(shù)在更廣闊使用領(lǐng)域進(jìn)行推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：直流微電網(wǎng) 方案 再生能源

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（a）-0186-02

1 微電網(wǎng)的提出

近年來世界各地接連發(fā)生大面積停電事故：2009年大型水電工程伊泰普壩供電系統(tǒng)突然癱瘓，讓巴西、巴拉圭6700萬人陷入停電狀態(tài)；2012年印度三大電網(wǎng)相繼癱瘓，超過一半地區(qū)電力供應(yīng)中斷，6億多人受到影響；2012年颶風(fēng)桑迪引發(fā)了60余起美國公民的死亡，造成7百萬人停電，以及上百億的損失等。傳統(tǒng)大電網(wǎng)成本高，運行難度大，難以適應(yīng)用戶越來越高的安全、可靠性和多樣化供電的需求。該文將從直流微電網(wǎng)優(yōu)勢切入，分析了直流微電網(wǎng)應(yīng)用范圍、實際案例，為今后中國含直流微電網(wǎng)的配電系統(tǒng)的發(fā)展提供參考。微電網(wǎng)可孤島或并網(wǎng)運行，能夠提高用戶側(cè)的供電可靠性和分布式能源利用率，減少對大電網(wǎng)沖擊，具有很好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

2 直流微電網(wǎng)的優(yōu)勢

2.1 微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

由于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)和負(fù)荷都是交流電，目前大多微電網(wǎng)的研究都是圍繞交流微電網(wǎng)而開展。直流微電網(wǎng)在運行和控制上有著交流微電網(wǎng)無法比擬的優(yōu)勢。直流微電網(wǎng)是以直流配電的形式，用公共直流母線將分布式電源、儲能、負(fù)荷和控制管理等系統(tǒng)融合起來。構(gòu)成一個可以實現(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以孤立運行的發(fā)配電系統(tǒng)，如圖1所示。

2.2 直流微電網(wǎng)具有以下幾個方面的優(yōu)勢：

（1）分布式電源在接入直流微電網(wǎng)時只需要一次DC/DC或AC/DC變換，變換器控制簡單、損耗小。可以更直接、更高效的利用分布式電源；

（2）微電網(wǎng)的直流母線也只需要通過一次DC/AC 逆變即可與外部電網(wǎng)并網(wǎng)連接。結(jié)構(gòu)簡單控制方便；

（3）直流微電網(wǎng)中的能量控制取決于直流母線電壓，對潮流的控制更大程度上取決于電流，實現(xiàn)系統(tǒng)中心各單元間的協(xié)調(diào)控制；

（4）直流微電網(wǎng)中的儲能裝置可以跟蹤負(fù)荷的變化為迅速反應(yīng)，從而平衡系統(tǒng)中的能量變化；以及在孤島運行時，為負(fù)荷提供持續(xù)的供電，不受大電網(wǎng)故障的影響；

（5）目前電網(wǎng)中的直流負(fù)荷越來越多，如地鐵等交通工具、通訊設(shè)備和云計算數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、直流家用電器以及LED照明等。直流微電網(wǎng)很好地適應(yīng)了現(xiàn)代生活對電力能源的需求和未來負(fù)荷的發(fā)展；

（6）整個直流微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浜唵危瑩Q流損耗小，發(fā)配電效率高。

3 直流微電網(wǎng)的應(yīng)用范圍

基于分布式電源特點，直流微電網(wǎng)的發(fā)展主要有兩個領(lǐng)域為：

（1）工業(yè)園區(qū)，大學(xué)校園，商業(yè)樓宇或高檔住宅等，主要采用并網(wǎng)運行的工作方式，提供應(yīng)急與抗災(zāi)能力；改善電能質(zhì)量、可靠性；提高可再生能源利用率。

（2）山區(qū)，孤島等偏遠(yuǎn)地區(qū)，主要采用孤島運行的工作方式，為偏遠(yuǎn)原地區(qū)提供能源，減少遠(yuǎn)距離輸電的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本和電能損耗，并降低傳統(tǒng)化石燃料的消耗。

4 直流微電網(wǎng)解決方案

直流微電網(wǎng)解決方案，由能源系統(tǒng)、用戶負(fù)荷和動力與環(huán)境綜合管理等系統(tǒng)組成。其中能源系統(tǒng)包括光伏發(fā)電單元、高壓直流單元和儲能單元；用戶負(fù)荷包括汽車充電站單元、直流數(shù)據(jù)中心、直流通訊設(shè)備、直流家電、直流照明和直流應(yīng)用測試平臺等；動力與環(huán)境綜合監(jiān)控管理單元為該系統(tǒng)提供一個智能化、信息化、精細(xì)化的設(shè)備與環(huán)境管理的支撐平臺。

直流微電網(wǎng)解決方案采用光伏發(fā)電作為分布式電源，地域適應(yīng)性好，使用方便；采用技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛鉛酸或鐵鋰蓄電池組作為儲能裝置。光伏發(fā)電與蓄電池組組成分布式電源，可與孤島運行形成獨立光伏發(fā)電的直流微電網(wǎng)能源系統(tǒng)。也可與高壓直流電源系統(tǒng)組成光電互補(bǔ)的直流微電網(wǎng)能源系統(tǒng)。不管是獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)還是組成光電互補(bǔ)系統(tǒng)都規(guī)避了微電網(wǎng)并網(wǎng)運營模式所面臨的政府相關(guān)政策尚不清晰的問題；同時也避免了并網(wǎng)運行時對大電網(wǎng)的影響。該解決方案特點在于：

（1）具有極強(qiáng)的地域適應(yīng)性；

（2）獨立光伏發(fā)電，100%綠色可再生能源；

（3）光電互補(bǔ)改造簡單，建設(shè)周期短，系統(tǒng)可搬遷；

（4）輔助儲能單元延長備電時間，提高系統(tǒng)可靠性；

（5）系統(tǒng)維護(hù)簡單，運行費用低；

（6）監(jiān)控管理平臺可提供精細(xì)化管理金和增值業(yè)務(wù)；

（7）系統(tǒng)極其易于實現(xiàn)，低成本投入可實現(xiàn)大規(guī)模節(jié)能減排。

5 直流微電網(wǎng)解決方案的應(yīng)用

直流微電網(wǎng)應(yīng)用實例由能源系統(tǒng)、用戶負(fù)荷和動力與環(huán)境綜合管理等系統(tǒng)組成。系統(tǒng)采用可再生能源（光伏發(fā)電）和高壓直流系統(tǒng)組成光電互補(bǔ)的直流微電網(wǎng)能源系統(tǒng)，提供一體化的能源保障服務(wù)。能源系統(tǒng)包括光伏發(fā)電單元、高壓直流單元和儲能單元；用戶負(fù)荷包括汽車充電站單元、直流通信設(shè)備、直流數(shù)據(jù)中心、直流辦公設(shè)備和家電和直流照明等；動力與環(huán)境綜合監(jiān)控管理單元包含光伏氣象站、能源監(jiān)測和管理、光伏系統(tǒng)管理、汽車充電站管理、設(shè)備及環(huán)境管理和狀態(tài)展示平臺等。

光伏發(fā)電單元可獨立工作，高壓直流單元作為備用電源；兩者也可組成光電互補(bǔ)系統(tǒng)，為儲能單元和用戶負(fù)荷提供穩(wěn)定可靠能源供給。實現(xiàn)節(jié)能減排、消峰填谷、提高用電可靠性等功能。

6 結(jié)語

直流微電網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及直流微電網(wǎng)應(yīng)用和推廣，將在節(jié)能減排方面起到非常重要的作用；會促進(jìn)新型直流節(jié)能設(shè)備及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)得以迅速發(fā)展；能推進(jìn)可再生能源發(fā)電的開發(fā)和利用，特別是光伏發(fā)電向全國各地區(qū)擴(kuò)散，促進(jìn)光伏發(fā)電在住宅小區(qū)、工業(yè)園區(qū)和偏遠(yuǎn)地區(qū)等得到更廣泛的應(yīng)用；光伏建筑一體化（BIPV）的理念將會有更為巨大的應(yīng)用前景。

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