基于分布式電源的微電網(wǎng)控制與保護(hù)研究

劉英蘭，田睿，程林，曲峰

摘 要：分布式發(fā)電技術(shù)可以推進(jìn)當(dāng)前的清潔能源建設(shè)，提升清潔能源如風(fēng)能、太陽能的使用效率，但是，在分布式電源進(jìn)行并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，其發(fā)電特征會(huì)造成電網(wǎng)的運(yùn)行不穩(wěn)定。微網(wǎng)技術(shù)通過提供結(jié)構(gòu)式的分層結(jié)構(gòu)提升了分布式電源的使用效率和運(yùn)行穩(wěn)定性，智能配電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)也有效提升了電網(wǎng)供電工作的完成質(zhì)量。本文對(duì)三類技術(shù)進(jìn)行了介紹，對(duì)如何實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)提出了建議。

關(guān)鍵詞：分布式電源；微網(wǎng)控制；保護(hù)措施

引言

分布式發(fā)電方式是作為當(dāng)前集中發(fā)電方式的補(bǔ)充使用的，其通過對(duì)分散的清潔能源發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行利用，并將其并入電網(wǎng)中，提升了電網(wǎng)中的電能數(shù)量。但是，多種分布式電源的并入電網(wǎng)影響了電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)前的配電網(wǎng)絡(luò)并不適應(yīng)分布式接入形式。為了解決當(dāng)前存在的問題，在電網(wǎng)建設(shè)中應(yīng)用微網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)智能配電網(wǎng)是必要的。

1 分布式電源

分布式發(fā)電主要是對(duì)當(dāng)前較為分散的太陽能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電和水利發(fā)電等能源，實(shí)現(xiàn)發(fā)電功能技術(shù)。分布式電源在大小和發(fā)電功率上存在一定差異，其對(duì)可再生能源的利用降低了能源使用對(duì)環(huán)境的影響，分布式的發(fā)電能源也使得發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)更為靈活。清潔能源的發(fā)電過程對(duì)自然環(huán)境有較大的依賴，與現(xiàn)有的火力發(fā)電等方式在發(fā)電的特點(diǎn)上有所不同。分布式發(fā)電由于其本身依賴自然界的能量進(jìn)行發(fā)電，其本身的隨機(jī)性和間歇性都較強(qiáng)，其產(chǎn)生的電壓的幅度波動(dòng)較大，因此，在實(shí)際的發(fā)電的使用之中，需要對(duì)分布式發(fā)電產(chǎn)生電能的實(shí)際電壓波動(dòng)進(jìn)行調(diào)整以便與電網(wǎng)的負(fù)荷頻率相符。在發(fā)電過程中，為了提升分布式發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，在建設(shè)中常將其設(shè)計(jì)為不接入電網(wǎng)就無法進(jìn)行獨(dú)立供電的系統(tǒng)，即在使用中需要借助其他的電源設(shè)備實(shí)現(xiàn)。除此之外，將分布式電源接入電網(wǎng)之中會(huì)改變電網(wǎng)系統(tǒng)中的潮流分布，為電網(wǎng)維護(hù)工作帶來了新的問題。當(dāng)前部分分布式電源在接入電網(wǎng)之后故障頻發(fā)，且在發(fā)生故障之后會(huì)自動(dòng)退出運(yùn)行，提升了電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行不平衡。在未來的發(fā)展中如何保證分布式發(fā)電系統(tǒng)在接入電網(wǎng)之后的運(yùn)行穩(wěn)定性是技術(shù)人員研究的重點(diǎn)。將分布式電源接入電網(wǎng)之中會(huì)改變電網(wǎng)系統(tǒng)中的潮流分布，為電網(wǎng)維護(hù)工作帶來了新的問題。當(dāng)前部分分布式電源在接入電網(wǎng)之后故障頻發(fā)，且在發(fā)生故障之后會(huì)自動(dòng)退出運(yùn)行，提升了電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行不平衡。在未來的發(fā)展中如何保證分布式發(fā)電系統(tǒng)在接入電網(wǎng)之后的運(yùn)行穩(wěn)定性是技術(shù)人員研究的重點(diǎn)。

2 微電網(wǎng)介紹

微網(wǎng)是由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量轉(zhuǎn)化設(shè)備以及保護(hù)裝置所組成的一個(gè)小型的配電系統(tǒng)，其可以實(shí)現(xiàn)自行控制，既可以接入電網(wǎng)之中，又可以作為獨(dú)立電源進(jìn)行供電。將分布式發(fā)電系統(tǒng)以微網(wǎng)形式接入電網(wǎng)之中可以更為高效率的發(fā)揮分布式發(fā)電能源，其在提升分布式電源的利用效率的同時(shí)也可以在電網(wǎng)負(fù)荷大是進(jìn)行持續(xù)供電，是未來可持續(xù)能源使用中的重點(diǎn)技術(shù)。

簡單微網(wǎng)是微網(wǎng)的基本組成部分，其結(jié)構(gòu)僅包括一類分布式電源和管理設(shè)備，一般針對(duì)一類負(fù)荷進(jìn)行功能。多種類微網(wǎng)設(shè)備中含有多種分布式電源，多種類微網(wǎng)設(shè)備在實(shí)質(zhì)上是由多個(gè)簡單微網(wǎng)系統(tǒng)組成，其可以對(duì)不同微網(wǎng)存在的缺陷進(jìn)行互補(bǔ)和協(xié)調(diào)，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上更為復(fù)雜。在多種類微網(wǎng)系統(tǒng)之中為了運(yùn)行安全和平衡行一般會(huì)配置可切負(fù)荷。在當(dāng)前的發(fā)展中，微網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo)是建設(shè)公用微網(wǎng)，在這一微網(wǎng)系統(tǒng)中可以接入大量的分布式電源和小型微網(wǎng)系統(tǒng)，其會(huì)根據(jù)不同用戶的使用需求進(jìn)行負(fù)荷上的分級(jí)，在保證高優(yōu)先度負(fù)荷供電的基礎(chǔ)之上滿足低負(fù)荷用戶的使用需求，在未來的電網(wǎng)發(fā)展中，電網(wǎng)企業(yè)可以建設(shè)公用微網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶需求的個(gè)性化服務(wù)。微網(wǎng)即是一個(gè)小型的供電系統(tǒng)，也是大型供電網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)組成部分，其在運(yùn)行過程中，作為電源的多種分布式電源具有較為復(fù)雜的性質(zhì)，造成微網(wǎng)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)特性的難以分析。微網(wǎng)的研究和應(yīng)用改變了傳統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性。當(dāng)前微網(wǎng)發(fā)展和建設(shè)的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)多種分布式電源的接入，并且降低其發(fā)電不穩(wěn)定性對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行和供電服務(wù)質(zhì)量的影響。

3 微網(wǎng)的控制和保護(hù)

在分布式電源建設(shè)過程中，智能微網(wǎng)共網(wǎng)新技術(shù)指的是在發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)過程之中通過智能控制技術(shù)來協(xié)調(diào)發(fā)電系統(tǒng)和電力供應(yīng)系統(tǒng)之間的關(guān)系。由于發(fā)電過程存在波動(dòng)現(xiàn)象，假如發(fā)電過程電壓不穩(wěn)定時(shí)，為了保證供電網(wǎng)絡(luò)的功率平穩(wěn)，系統(tǒng)會(huì)切換至市政電力向負(fù)載的供電，當(dāng)分布式供電工程穩(wěn)定時(shí)，在供電過程之中優(yōu)先使用光伏發(fā)電的電能，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)的長期穩(wěn)定使用，且光伏發(fā)電系統(tǒng)的加入有效降低了發(fā)電過程對(duì)環(huán)境的影響智能電網(wǎng)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)接入分布式電源之后電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，降低了出現(xiàn)供電不穩(wěn)定現(xiàn)象的可能性，其主要的目的是實(shí)現(xiàn)可再生能源的開發(fā)和使用，保證電能使用的可持續(xù)性。智能配電網(wǎng)在結(jié)構(gòu)上包括信息技術(shù)以及大數(shù)據(jù)技術(shù)等實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的智能化，保證其在運(yùn)行中可以和用戶進(jìn)行互動(dòng)，根據(jù)用戶的不同需求制定不同的電能供應(yīng)方案，實(shí)現(xiàn)電能供應(yīng)的個(gè)性化。

3.1 系統(tǒng)組成

智能計(jì)量系統(tǒng)的主要目的是使得電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)化和可視化，保證電網(wǎng)管理人員有足夠的信息，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能化運(yùn)行。智能網(wǎng)絡(luò)的目的是實(shí)現(xiàn)多種能源的同時(shí)供應(yīng)，多種能源的智能供應(yīng)管理需要大量數(shù)據(jù)以及電網(wǎng)的智能化反應(yīng)。智能運(yùn)行是指電網(wǎng)可以根據(jù)智能計(jì)量儀器的測量數(shù)據(jù)完成分析和管理功能，從而得出智能化的控制決策，提升運(yùn)行效率和電網(wǎng)供應(yīng)的安全性以及平衡行。智能化的運(yùn)行管理是實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵性組成部分。

3.2 配電網(wǎng)建設(shè)技術(shù)

智能配電網(wǎng)的發(fā)展直接受到智能技術(shù)研究和人們的實(shí)際需求的影響，分布式發(fā)電技術(shù)和智能通信技術(shù)直接影響配電網(wǎng)絡(luò)的智能化。以分布式電源為能源的微網(wǎng)可以作為智能電網(wǎng)的電源，不同的微網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生相互影響，影響電網(wǎng)運(yùn)行的平衡行和可靠性。因此，技術(shù)人員需要根據(jù)智能電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和微網(wǎng)的運(yùn)行特性來對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。在智能電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)上，微網(wǎng)設(shè)備和傳統(tǒng)的電源在性質(zhì)上存在差異，因此，管理人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合其運(yùn)行性質(zhì)，對(duì)管理方式進(jìn)行優(yōu)化。

分布式發(fā)電技術(shù)、微網(wǎng)技術(shù)和智能配電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展成熟程度不同，分布式發(fā)電技術(shù)發(fā)展較早，當(dāng)前已經(jīng)開始進(jìn)行電網(wǎng)的接入，但是由于其發(fā)電功率不穩(wěn)定的特征，其在接入電網(wǎng)之后造成了多種電網(wǎng)運(yùn)行問題。為了解決其對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響，微網(wǎng)技術(shù)開始進(jìn)行研究和運(yùn)行，在一定程度上解決了分布式電源并網(wǎng)后造成的影響，當(dāng)前已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)簡單微網(wǎng)的使用和管理。智能配電網(wǎng)建設(shè)是一個(gè)較為復(fù)雜的過程，其需要將微網(wǎng)系統(tǒng)和當(dāng)前的供電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)管理和計(jì)量的智能化，因此，智能化電網(wǎng)還處于發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

4 結(jié)束語

分布式電源是實(shí)現(xiàn)當(dāng)前清潔能源接入電網(wǎng)的主要手段，為了避免分布式電源在使用過程中對(duì)當(dāng)前的電力微網(wǎng)結(jié)構(gòu)造成破壞，在建設(shè)中可以通過智能控制技術(shù)對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，提升電網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量和安全性酶，推動(dòng)國家電網(wǎng)的建設(shè)。

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