淺談智能微電網的發展

馮毅 田素娟

摘 要：智能微電網作為實現大規模分布式新型能源風、光儲利用的重要途徑，規劃建設智能微電網，可降低用電系統對大電網的依賴。總體來說，發展智能微電網具有重要的意義。

關鍵詞： 能量管理；微電網；新能源；運行控制

基金項目：內蒙古自治區高等學?？茖W研究項目 項目編號：NJZC17514

0 引言

智能微電網技術代表了未來分布式電力能源供應系統的發展趨勢，是未來智能配用電系統的重要組成部分，對推進節能減排和實現能源可持續發展具有重要意義。憑借微電網的運行控制和能量管理等關鍵技術，可以實現其并網或孤島運行、降低間歇性分布式電源給配電網帶來的不利影響，最大限度地利用分布式電源出力，提高供電可靠性和電能質量。將分布式電源以微電網的形式接入配電網，被普遍認為是利用分布式電源有效的方式之一。[1]近幾年智能微電網成為了國內外研究的熱點，這類電網可以有效地就近消納分布式能源發出的電能，不需要遠距離的長途輸配電，因此可以大大提高電能的利用率，實現就近發電就近用電。并且隨著分布式發電技術的不斷進步，微電網成為了未來電網的一個發展趨勢。國家電網的“十三五”規劃中指出，分布式電源發展是能源變革的方向之一。以風電光伏為主的分布式新能源開發主要本著“因地制宜，科學利用”的原則，從本質上講就是在用戶側就近安裝電源，就近消納，從而提高用電效率，減少輸電損耗與成本?？梢灶A見，隨著我國電改的深入實施，現有供電系統中，政府職能與企業職能將逐步分開，發電與輸配電網徹底分離，發電側競爭市場機制的建立，從而為分布式能源系統的發展奠定了堅實的基礎。正在發生中的能源變革也為分布式電源在電網中應用提供了巨大機遇。

1 國內外發展現狀

為了積極發展新能源，大幅提升配電網接納新能源、分布式電源及多元負荷的能力，加快推進新能源微電網示范工程建設，探索適應新能源發展的微電網技術及運營管理體制。近年來，智能微電網的研究和發展獲得眾多國家知名高校、大型企業、相關研究機構的廣泛關注。如美國、日本、歐盟等紛紛開展了對微電網技術的研究，并且解決了一部分微電網技術中的運行、保護、經濟性等理論問題。而在中國，微電網的研究才剛剛起步。

1.1美國微電網的研究現狀

美國是最先提出了微電網概念的國家，1999年美國可靠性技術解決方案協會（the Consortiumfor Electric Reliability Technology Solutions，CERTS）首次對微電網在結構、控制、經濟等方面進行了研究并于2002年正式提出了相對完整的微電網概念，并且是目前微電網概念中最權威的一個。2007年美國弗吉尼亞理工大學CPES中心提出了“Sustainable Building Initiative（SBI）”研究計劃，主要為未來住宅和樓宇提供電力。近年來，其微電網研究一直在有條不紊地進行著，其研究的重點主要集中在提高供電的可靠性、滿足多種電能質量的要求、降低成本和實現智能化等方面。

1.2歐洲微電網研究現狀

歐洲國家于2005年提出“Smart？ Power Networks”計劃，隨后便出臺該計劃的技術實現方略。“Smart Power Networks”計劃作為歐洲2020年及后續的電力發展目標表明了未來歐洲電網需具備以下特點：靈活性、可接入性、可靠性及經濟性。并且提出微電源輸出端逆變器相應控制策略：PQ控制VSI（voltage source inverter）控制策略。同時提出優化約束方程，并對超額發出熱能的棄用制訂了懲罰方案。同時自2008年以來，歐盟開展一項名為UNIFLEX （Universal and Flexible Power Management）的研究項目，研究通過新型功率變換技術適應未來有大量分布式電源接入的歐洲電網的功率流動管理。最后，在滿足微電網電、熱雙重需求的條件下，以系統燃料耗量最低為目標，提出了優化的功率分配方案。

1.3我國微電網研究現狀

2008年初的冰雪天氣導致我國南方電網發生大面積停電，只有少數小電網在支撐重要用戶運行，暴露了我國現有的網架結構在保障用戶供電方面所存在的薄弱環節同時也將微型電網的作用充分展示了出來，并促使我國加快了對微型電網的研究步伐。2009年，中國國家科技部通過“973”計劃項目，專門資助了分布式發電供能系統的相關基礎研究。次年，中國國家科技部通過《國家高科技研究發展計劃（863）》立項了近十個有關微電網方面的研究課題?！笆濉逼陂g，我國將在太陽能、風能占優勢的地區建設成微電網示范區，同時還將推動建設100座新能源示范城市。我國微電網的發展雖尚處于起始階段，但微電網的特點適應我國電力發展的需求和方向，具有廣闊的發展應用前景。

2 未來微電網控制技術發展的方向

微電網已成為世界各國的國家能源戰略和未來電網發展戰略的重要組成部分。微電網系統是一種具有非常獨特和復雜動態特性的新型自治發供電系統，在運行模式、網絡拓撲結構、電源配置、控制策略和運行優化等方面與傳統電力系統相比都具有非常大的差異性。目前國內對智能微電網的研究仍處于探索階段，不同運行模式下變流器的控制策略及其協調控制是微電網系統穩定運行的關鍵。未來研究的主要目標是圍繞高密度分布式可再生能源接入，重點為微電網系統的網架配置優化、穩定控制、可靠性等理論與技術難點。以及如何使用系統的方法解決風電和光伏等間歇性分布式電源并網帶來的各種問題。

1.母線電壓控制問題。微電網內大量分散式的可再生能源發電單元、負荷等具有明顯的隨機波動性，這類波動功率尤其是短時功率沖擊將可能對母線電壓造成沖擊，若不采取合適的控制措施極易導致整個微電網系統的崩潰。需要采用合適的控制技術措施來保證電網電壓的穩定。

2.多源協調控制問題。隨著微電網規模的不斷擴大，為保證系統的可靠性，微電網內存在有多個DC-AC雙向變流器、分布式儲能單元、可控型分布式電源，甚至風、光等分布式隨機間歇性電源，均有可能作為主電源主動參與母線電壓調節，如何實現多源高可靠性和經濟性的協調穩定控制將是微電網穩定控制研究的難點。通過對等控制和基于多代理的分層控制等基本控制模式來實現協調與穩定性。

3.多運行模式切換問題。通常微電網有3種工作模式：①聯網運行模式：即交流電網正常情況下，由交直流雙向變流器控制母線電壓恒定；②聯網限流模式：當交流電網和直流系統之間的交換功率超過交直流雙向變流器的最大功率，或交流電網發生故障導致交流母線電壓跌落，從而使雙向變流器輸出功率受限時，系統進入聯網限流模式；③獨立運行模式：微網系統徹底斷開與交流電網的連接，由微網系統內分布式電源或儲能單元控制母線電壓。如何利用較少的信息和低帶寬通信，實現微網系統母線電壓控制模式的平滑切換，是研究的重點。

4.穩定性問題。用戶側大量分布式接入的可再生能源發電單元、電動汽車等負荷，均通過DC-AC等變流器接入微電網，具有明顯的恒功率負荷特性，且構成了多變流器接入環境，其隨機性波動功率不僅會給母線電壓帶來沖擊，還極易誘發系統諧振，影響微電網穩定性。

3 結語

智能微電網作為分布式發電優化集成的一種方式，已經成為世界各國研究的重點，微電網將在未來電力能源中占有重要的地位。微電網雖然具有很多優點，但在大規模應用之前，還有許多技術問題需要解決。所以微電網技術的發展在我國還將面臨著更多挑戰。隨著近年來國家已出臺新的政策積極鼓勵新能源的發展并且方便新能源接入配電網以及微電網示范工程的建設，相信中國的微電網技術會走上高速發展的道路。

參考文獻

[1]楊新法，蘇劍.微電網綜述[J].中國電機工程學報， 2014，1（34）：57-66.

[2]李海平，唐巍.風光儲混合微電網的詳細建模與仿真[J].電力系統保護與控制， 2012，（40）：132-138.