新能源微電網(wǎng)研究綜述

張翔

【摘要】：微電網(wǎng)是一種新穎的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，它作為分布式電源接入電網(wǎng)中的一種有效方式，已成為未來(lái)智能電網(wǎng)的重要組成部分。

【關(guān)鍵詞】：新能源微電網(wǎng)；微型電源；研究

引言

目前，已經(jīng)有許多國(guó)家開始通過(guò)各種方式來(lái)改善國(guó)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境、自然環(huán)境以及生存環(huán)境，盡量的減少環(huán)境污染。想要從根本上解決這些問(wèn)題，不僅要通過(guò)各種渠道來(lái)尋找新能源，同時(shí)還要注重節(jié)能，這也是目前最為關(guān)鍵的一種問(wèn)題解決方式。

1、微電網(wǎng)國(guó)內(nèi)外的研究情況

歐洲對(duì)微電網(wǎng)的研究，主要關(guān)注多個(gè)微電網(wǎng)之間的互聯(lián)問(wèn)題，目的是解決未來(lái)大量分布式電源的可接入性問(wèn)題，保證電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。目前，歐洲部分國(guó)家的微電網(wǎng)技術(shù)逐漸走向成熟。

日本基于本國(guó)資源匱乏，能源短缺，各類用電需求日益增長(zhǎng)的現(xiàn)實(shí)背景，對(duì)可再生能源發(fā)電投入了很大的研究力量。日本也建成了多個(gè)示范工程，如Archi微電網(wǎng)、Kyoto微電網(wǎng)、Hachinohe微電網(wǎng)、Tokyogas微電網(wǎng)。

當(dāng)前我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)與社會(huì)飛速發(fā)展的重要階段，微電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展方興未艾，在國(guó)內(nèi)的很多高校和科研機(jī)構(gòu)也紛紛展開了積極的研究。我國(guó)的微電網(wǎng)主要以試點(diǎn)項(xiàng)目為主，例如浙江東福山島微電網(wǎng)、江蘇鹽城大豐微電網(wǎng)、青海玉樹微電網(wǎng)等實(shí)際工程?！笆濉逼陂g，我國(guó)將在太陽(yáng)能、風(fēng)能占優(yōu)勢(shì)的區(qū)域設(shè)立微電網(wǎng)示范平臺(tái)，還將推進(jìn)建立100座新能源示范城市。但是我國(guó)微電網(wǎng)的發(fā)展與世界其他發(fā)達(dá)國(guó)家的研究實(shí)力相比，存在較大差距，需多投入科研精力，促進(jìn)其廣泛的發(fā)展。

2、微型電源的類型

2.1往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)

由儲(chǔ)能裝置、微型電源構(gòu)成了微型電源，微型電源分布區(qū)域?yàn)椋弘娏ω?fù)荷周圍，能夠兼容具有節(jié)能功能的發(fā)電裝置，包括風(fēng)能、太陽(yáng)能電池、燃?xì)廨啓C(jī)等。以化石能源為載體的微電源涵蓋以下發(fā)電裝置：往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池。其中，往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)采用的燃料為：汽油，該設(shè)備具有一系列優(yōu)勢(shì)，例如：運(yùn)行速率高、具有較高的安全性能、低廉的制造成本，被廣泛用于企業(yè)生產(chǎn)中。內(nèi)燃機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中，即使電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，內(nèi)燃機(jī)能夠自動(dòng)發(fā)揮應(yīng)急用電功能。但是該設(shè)備也存在很多劣勢(shì)，例如：噪音污染嚴(yán)重，后期維護(hù)難度高等。如今，人們常常將該設(shè)備運(yùn)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中，將燃料設(shè)置為天然氣，減少了噪音污染。

2.2微型燃?xì)廨啓C(jī)

微型燃?xì)廨啓C(jī)是一種迷你型的燃?xì)廨啓C(jī)，其燃料包括：methane、天然氣、汽油等，整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)被設(shè)置成回?zé)崾剑瑯?gòu)成部分包括：回?zé)崞?、透平、發(fā)電機(jī)、壓氣機(jī)等，當(dāng)高壓空氣從壓氣機(jī)中流出后，將進(jìn)入回?zé)崞髟O(shè)備中準(zhǔn)備預(yù)熱工作，直到燃料室啟動(dòng)后，燃料才開始燃燒。一般情況下，該設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，高頻交流電需要一個(gè)轉(zhuǎn)化為高壓直流電流程，隨后才變成工頻交流電匯。不同于柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組，微型燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備性能更佳，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單、設(shè)備重量輕、涵蓋的運(yùn)動(dòng)零件少，在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)消耗太多的燃料，能夠使用較長(zhǎng)的時(shí)間。該設(shè)備的噪音更低，操作人員在后期維護(hù)過(guò)程中，可以運(yùn)用遠(yuǎn)程遙控模式。相比于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，該設(shè)備只有運(yùn)行效率低的劣勢(shì)。當(dāng)操作人員對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)后，例如采用熱電聯(lián)產(chǎn)模式，能夠從很大程度上提升運(yùn)行速率。

2.3燃料電池

燃料電池的運(yùn)行過(guò)程是：當(dāng)氧化劑、氫基燃料在兩級(jí)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)后，外電路在與電解質(zhì)結(jié)合的過(guò)程中能夠形成回路，使化學(xué)能逐漸變成電能。以電解質(zhì)的層面來(lái)考量，燃料電池又可以劃分為以下幾種類型：固體氧化物、質(zhì)子交換膜燃料、熔融碳酸鹽。這些燃料電池能夠運(yùn)用在分布式發(fā)電應(yīng)用的燃料電池中。

3、微電網(wǎng)的相關(guān)研究

3.1微電網(wǎng)的硬件研究

微電網(wǎng)的運(yùn)行必須以先進(jìn)的設(shè)備作支撐。這包括微電網(wǎng)的發(fā)、輸、變、配、用的各個(gè)環(huán)節(jié)。為此需要研發(fā)適合的硬件設(shè)備，保證微電網(wǎng)的高效運(yùn)行。

3.2微電網(wǎng)建模研究

3.2.1光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型及特性分析

光伏電池發(fā)電依靠的原理是光生伏特原理，將直射至電池板的太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能?，F(xiàn)階段，廣泛采用的光伏發(fā)電模型如圖1，這種模型一方面考慮了位于電池內(nèi)部的并聯(lián)型電阻，另一方面考慮了電池內(nèi)部并聯(lián)型電阻，在工程應(yīng)用中具有較高的精確性和安全性，因此，應(yīng)用比較廣泛。該模型的工作原理是，首先太陽(yáng)光照射電池板，然后會(huì)產(chǎn)生光生電流，一旦形成同路，經(jīng)負(fù)載電阻后就會(huì)產(chǎn)生電壓。與此同時(shí)，三極管PN節(jié)上會(huì)出現(xiàn)偏置電壓，從而形成暗電流，暗電流主要是反映擴(kuò)散電流的變化。光伏電池串聯(lián)電阻反映電池自身的功率損耗，相應(yīng)的并聯(lián)電阻則反映了電池發(fā)生破損出現(xiàn)短路的情況，并聯(lián)電阻和串聯(lián)電阻相比，串聯(lián)電阻比較低，一般比一歐姆還要小，而并聯(lián)電阻至少為1000Ω。

3.2.2微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)模型及特性分析

微型燃?xì)廨啓C(jī)是新研究出的小型發(fā)動(dòng)機(jī)，其輸出的功率為25kW，分別由汽輪機(jī)、活塞、回?zé)崾?、電控設(shè)備等組成，以柴油、沼氣、汽油等為燃料，與常規(guī)火電機(jī)組相比，具有使用壽命長(zhǎng)、污染物排放量小、產(chǎn)生的噪聲小等優(yōu)勢(shì)。下面介紹微型燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示，該微型燃?xì)廨啓C(jī)由整流器、永磁發(fā)電機(jī)、燃料室、濾波電路和負(fù)荷構(gòu)成。該電機(jī)的控制信號(hào)是由參考轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值構(gòu)成，屬于一種有差調(diào)節(jié)，在實(shí)際運(yùn)行中，由于時(shí)間常數(shù)存在，該調(diào)節(jié)器本質(zhì)為比例慣性環(huán)節(jié)，加速控制模塊可以為微型燃?xì)廨啓C(jī)提供穩(wěn)態(tài)前的調(diào)節(jié)，以限制轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度。該電機(jī)采用的溫度控制模塊可以有效穩(wěn)定溫度值，降低對(duì)葉片的損壞，受限于技術(shù)水品的落后，進(jìn)口溫度的測(cè)量誤差較大，因此根據(jù)對(duì)排除氣體溫度的測(cè)量實(shí)現(xiàn)控制溫度的調(diào)節(jié)。

3.3微電網(wǎng)對(duì)大電網(wǎng)的影響研究

微電網(wǎng)的接入必然會(huì)影響大電網(wǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，所以需要研究：微電網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響；微電網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量的影響；微電網(wǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)損耗以及環(huán)境等方面的影響等。微電網(wǎng)中的電力電子設(shè)備對(duì)大電網(wǎng)造成諧波污染。關(guān)于微電網(wǎng)諧波問(wèn)題的影響還需做進(jìn)一步的研究和討論。

結(jié)語(yǔ)

相對(duì)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)而言，微電網(wǎng)更類似于一個(gè)獨(dú)立的控制單元，每個(gè)微電源都可實(shí)現(xiàn)即插即用功能，所以最關(guān)鍵是其接口、控制、保護(hù)、通訊等技術(shù)。

【參考文獻(xiàn)】：

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