新能源微電網發展概要

張翔

【摘要】：電網規模日益擴大，受端電網對外來電力的依賴程度也不斷提高，超大規模電力系統難以滿足用戶越來越高的可靠性要求以及多樣化的供電需求，人們開始考慮新能源微電網的建設。《試行辦法》將有力推進電力體制改革，切實規范、促進新能源微電網健康有序發展，建立集中與分布式協同、多元融合、供需互動、高效配置的能源生產與消費體系。

【關鍵詞】：新能源微電網；發展；研究

引言

電力作為重要的二次能源，具備安全、經濟、生產使用便利等優點，推動著當今社會的發展進步。作為集中式發電的有效補充，近年來分布式發電技術日趨成熟，其應用日益受到關注。然而分布式發電聯入電網引起的一系列問題往往限制其在生產生活中廣泛的應用。為協調大電網和分布式電源的矛盾，“新能源微電網”的概念應運而生。作為“網中網”，新能源微電網既可以并網運行，也可以在主網發生故障或其他情況下與主網解列而進入孤島運行模式。

1、新能源微電網的概念和典型結構

1.1概念

新能源微電網是指由分布式電源、負荷單元和儲能裝置依照特定的拓撲結構構成的具有獨立管理、維護、操控能力的集約化新型電力網絡。新能源微電網有兩種運行方式：并網運行和獨立運行。在聯網運行模式下，新能源微電網從主電網輸入或輸出電力。一旦主電網出現任何擾動，新能源微電網就轉換到獨立模式，并且保持對優先級負荷的供電可靠性。

1.2結構

新能源微電網的典型結構主要有：交流型新能源微電網、直流型新能源微電網和交直流混合型新能源微電網。在交流型新能源微電網中，輸出交流電的分布式電源通常直接或者經AC/DC/AC轉換裝置連接至交流母線，輸出直流電的分布式電源必須經過DC/AC逆變器連接至交流母線。直流網絡結構中，分布式電源、儲能系統和各類負荷均經過電力電子設備連至直流母線。同交流型新能源微電網相比，直流型新能源微電網更多需要關注的是電壓控制與不同分布式電源間的環流抑制控制。交直流混合型新能源微電網即可以直接向直流負荷供電，又可以向交流負荷供電，降低了電力變換帶來的能量損耗，更高效，更具靈活性，發展最具潛力。

1.3分類

①燃料電池、飛輪儲能、儲蓄電池等直流電源；②小型燃氣輪機、小型風力發電等高頻交流電源，這種電源通過整流、逆變轉化為交流。由于第二類電源在微電網中具有明顯的優勢，因此未來的逆變電源將會發展的十分迅速，與常規電源相比，它的電壓調整和控制方式比較特殊，因此需要制定相應的控制策略，來實現大規模微電源并入電網。目前，我國采用的分布式能源發電形式很多，相應的運行模式也不盡相同，因此對微電源建模研究，可以為電網進行有效的規劃和控制奠定良好的基礎。

2、微電網技術

微電網是由許多分布式儲能和分布式發電系統組成，這些系統共同給負載供電，上級網絡與微電網之間通過公共節點，例如斷路器相連，進行電能的交換，兩者互為備用，從上級網絡的角度看來，整個微電網是一個整體。微電網中的能源形勢是多種多樣的，例如可以是風能、光能、微型燃氣輪機以及柴油發電機，還可以是冷熱電聯產、熱電聯產，也可以直接給用戶提供熱能和電能。因負荷需求等方面的不同，微電網結構會有些差別，但其基本單元相同，主要有儲能裝置、微能源、負荷以及管理系統。為了確保微電網獨立運行的可靠性和柔性，電網和很多微能源的接口一般都是基于電子電力的標準接口。微電網具體的拓撲結構如圖1所示。

3、微電網的研究發展狀況

目前，國際上關于微電網相關技術的研究日益深入，結合理論和技術實踐的開展，很多國家建設了相關的實驗示范系統，有的已經投入了市場化運營。美國學者最早提出了“微電網”的概念，并對其組網方式、控制策略、電能質量改善措施等專題進行了長期深入研究。此后，在美國建成了包括一些大學校園微電網在內的數十個實際微電網工程。

4、新能源微電網的發展展望

新能源微電網技術在中國的發展，與國外新能源微電網差距仍然較大。由于我國大多數可再生能源分布式發電成本還較高，在與集中式電站規模發電的競爭中處于劣勢。所以，為了全面提高新能源微電網的運行水平，提出以下幾點建議：

1）確定完備的規劃設計思路，根據負荷結構和用戶需求量，合理確定電源的類型及容量，使能源的應用和轉換達到最優。

2）新能源微電網設計與運行中最根源的問題是能量平衡控制。微電源具有的多種特性使其在運行中應根據氣象條件和負荷預測結果提前制定微電源發電計劃和電網購電計劃，保證新能源微電網在兩種運行模式下都能維持功率平衡，并使新能源微電網總體運行成本最小。

3）可靠的安全保護機制。研究適應新能源微電網特點的安全保護裝置和故障檢測設施，形成同時滿足新能源微電網兩種運行模式的保護措施。

4）目前我國還沒有建成可再生能源消費的穩定市場，缺乏需求和投資市場的刺激，而且新能源微電網建設成本較高，推廣速度緩慢；因此，新能源微電網的發展除了需要在技術上的不斷進步，還需在政策上大力扶持。

結語

新能源微電網有效地整合了間歇隨機的可再生能源，構建了全新的能源技術公平競爭體系，促進了電力技術改革與電網規劃技術的發展，在提高供電穩定性、降低溫室氣體排放的同時為主電網提供了必要的支撐輔助服務，為電力系統穩定、安全、高效、快速的發展提供了新思路，具有長久的經濟、技術、環境和社會效益，是實現智能電網和能源互聯網的關鍵環節。未來的電網將是交直流混合、新能源微電網與主電網共存、各種可再生能源合集的動態智能系統，隨著時間的推移，新能源微電網技術的優勢與效益將被充分發掘，越來越多的用戶也會因此受益。

【參考文獻】：

[1]魯宗相，王彩霞，閔勇，等.微電網研究綜述[J].電力系統自動化，2007，31（19）：25-34.

[2]國海，蘇建徽，張國榮.微電網技術研究現狀[J].四川電力技術，2009，32（2）：1-6.

[3]趙波，李鵬，童杭偉，等.從分布式發電到微電網的研究綜述[J].浙江電力，2010，29（3）：1-5.endprint