微電網(wǎng)技術(shù)在主動(dòng)配電網(wǎng)中的應(yīng)用研究

摘 要：傳統(tǒng)的配電電網(wǎng)機(jī)構(gòu)已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)社會(huì)的快速發(fā)展。在主動(dòng)配電網(wǎng)中采用微電網(wǎng)技術(shù)構(gòu)成智能化控制配電網(wǎng)絡(luò)，不僅能夠保護(hù)環(huán)境和減少供電消耗，而且可以發(fā)揮調(diào)節(jié)和管理能源的作用。以主動(dòng)配電網(wǎng)和微電網(wǎng)群為研究對(duì)象，對(duì)微電網(wǎng)接入主動(dòng)配電網(wǎng)后的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、規(guī)劃設(shè)計(jì)等問(wèn)題進(jìn)行了闡述，分析了微電網(wǎng)技術(shù)為主動(dòng)配電網(wǎng)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)論述了微電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用所面臨的問(wèn)題以及解決對(duì)策。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng);主動(dòng)配電網(wǎng);結(jié)構(gòu);規(guī)劃

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.141

眾所周知，電力行業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中十分重要的一部分。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和進(jìn)步，生產(chǎn)以及生活等諸多方面，對(duì)電力輸送的要求越來(lái)越高[1]。然而傳統(tǒng)配電網(wǎng)往往無(wú)法滿足新產(chǎn)業(yè)、新行業(yè)、新產(chǎn)品的技術(shù)要求。特別是在間歇式能源的吸納方面，傳統(tǒng)技術(shù)就會(huì)無(wú)能為力[2]。那么如何利用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式電網(wǎng)向主動(dòng)式電網(wǎng)轉(zhuǎn)化，進(jìn)而完成大量間歇式能源的主動(dòng)控制和管理，已然成為當(dāng)前電力系統(tǒng)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。另外，微電網(wǎng)技術(shù)作為一門新興技術(shù)，其在主動(dòng)式配電網(wǎng)中的應(yīng)用，不僅能夠減小功耗而且可以大幅提高配電網(wǎng)工作效率。總體來(lái)說(shuō)，微電網(wǎng)技術(shù)可以滿足配電網(wǎng)發(fā)展的各種需要，是我國(guó)能源和電力發(fā)展的主要方向[3]。

1 微電網(wǎng)定義及特點(diǎn)

一般情況下，微電網(wǎng)由分布式電源、能量?jī)?chǔ)存裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、監(jiān)控裝置、保護(hù)裝置以及負(fù)載等構(gòu)成的小型配電系統(tǒng)。微電網(wǎng)具有一定的控制、保護(hù)和管理功能，既可以單獨(dú)運(yùn)行也可以并到外部網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)區(qū)域電力實(shí)際使用情況，微電網(wǎng)的作用在于合理分配傳統(tǒng)發(fā)電模式產(chǎn)生的電能和分布式電源，進(jìn)而可持續(xù)為區(qū)域提供電力和熱能[4]。微電網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式配電網(wǎng)的一種重要形式，有助于促進(jìn)傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)轉(zhuǎn)變。微電網(wǎng)具有以下特點(diǎn)：

1.1 獨(dú)立運(yùn)行

在并網(wǎng)模式下，負(fù)荷可同時(shí)從微電網(wǎng)或主電網(wǎng)上獲取電能。如果微電網(wǎng)電能質(zhì)量不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或者在任何節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)故障，那么微電網(wǎng)就會(huì)自行斷開，而且不影響主電網(wǎng)的正常運(yùn)行，所以具有較強(qiáng)的獨(dú)立性。

1.2 融合分布式發(fā)電

對(duì)于發(fā)電負(fù)荷，微電網(wǎng)能夠以基本單元為單位進(jìn)行合理、有效地控制，可實(shí)現(xiàn)分布式電源的融合以及高效利用，提高閑置能源的利用程度，在很大程度上降低分布式發(fā)電能源的不穩(wěn)定性對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的影響。

1.3 儲(chǔ)存電能

目前來(lái)看，傳統(tǒng)的分布式電網(wǎng)仍很難滿足行業(yè)發(fā)展對(duì)電力能源的需求，微電網(wǎng)的應(yīng)用則可以解決能量需求不斷變化的問(wèn)題。另外，微電網(wǎng)具有儲(chǔ)存電能的特點(diǎn)，可以保證能量平衡。

2 微電網(wǎng)接入主動(dòng)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和規(guī)劃設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)

微電網(wǎng)應(yīng)用典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。微電網(wǎng)內(nèi)部包含常規(guī)負(fù)荷、可控負(fù)荷、儲(chǔ)能單元以及分布式電源等，然后以單點(diǎn)接入形式并到主動(dòng)配電網(wǎng)。而且可以實(shí)現(xiàn)多種互供互聯(lián)模式共存。微電網(wǎng)能夠在最大程度上實(shí)現(xiàn)不同負(fù)荷、電源或儲(chǔ)能設(shè)備的調(diào)控;而且還可以準(zhǔn)確、及時(shí)地管理、分析信息流通和電力傳輸方向;一方面提高了電網(wǎng)資源配置效率，另一方面保證了公網(wǎng)電能質(zhì)量[5]。

2.2 規(guī)劃設(shè)計(jì)

網(wǎng)源雙層綜合規(guī)劃如圖2所示，如上所述分布式電源、儲(chǔ)能裝置以及負(fù)荷都是通過(guò)微電網(wǎng)的形式接入，所以主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)該綜合考慮配電網(wǎng)和微電網(wǎng)兩層因素[6]。

微電網(wǎng)中分布式電源的規(guī)劃包括兩個(gè)方面：技術(shù)方案和效益分析。技術(shù)方案需要從模型建立、電源類型、接入位置、安裝容量、儲(chǔ)能配套、負(fù)荷需求等方面綜合考慮。效益分析需要綜合考慮環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和用戶滿意度等。以充電樁為例，其數(shù)量大、隨機(jī)性強(qiáng)、功率波動(dòng)大、可控性差，規(guī)劃過(guò)程中需要慎重考慮。

主動(dòng)配電網(wǎng)與微電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃可分為中短期規(guī)劃、長(zhǎng)期規(guī)劃。中短期規(guī)劃需從可靠性、投資成本、網(wǎng)絡(luò)損耗、運(yùn)行成本、建設(shè)環(huán)境、抗災(zāi)供電等方面入手;長(zhǎng)期規(guī)劃需從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹㈧`活性、經(jīng)濟(jì)性、城市規(guī)劃、負(fù)荷需求、工程實(shí)際等方面入手。以電力電子設(shè)備、固態(tài)變壓器、固態(tài)斷路器為例，其選型需要考慮后期負(fù)荷增加等問(wèn)題[7]。

主動(dòng)配電網(wǎng)中多個(gè)微電網(wǎng)布局同樣是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。 本文以6個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)單點(diǎn)接入主動(dòng)配電網(wǎng)布局為例進(jìn)行闡述，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

從圖中可以看出：微電網(wǎng)之間布局規(guī)劃需要考慮以下幾點(diǎn)：

（1）分布式電源的不確定性和不同種類分布式電源之間的互補(bǔ)性。

（2）微電網(wǎng)的優(yōu)化配置和選址定容，重點(diǎn)參考經(jīng)濟(jì)效益、電氣運(yùn)行、環(huán)境保護(hù)等指標(biāo)。

（3）主動(dòng)配電網(wǎng)的多層次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以及潮流特點(diǎn)。

（4）預(yù)留應(yīng)急供電方案，以提高抗災(zāi)能力。

（5）大規(guī)模充電樁的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、布局等問(wèn)題。

（6）城市規(guī)劃建設(shè)，后期改造、升級(jí)、拆遷等諸多問(wèn)題。

綜上所述，主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃以及微電網(wǎng)布局需要研究一種多目標(biāo)、多約束、非線性動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法。

3 微電網(wǎng)的問(wèn)題及解決對(duì)策分析

從前面論述可以得出，微電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)比較明顯而且應(yīng)用前景非常廣闊。但是作為一門新興技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還是存在一定的問(wèn)題。

3.1 電能質(zhì)量問(wèn)題

電能質(zhì)量是首要問(wèn)題，具體表現(xiàn)為高電壓、諧波污染和頻率/電壓閃變等。

對(duì)于高電壓，主要是由負(fù)荷減小造成的。一般情況下，接入微電網(wǎng)的分布式電源電壓是穩(wěn)定的，但是如果負(fù)荷突然減小，其接入點(diǎn)處的電壓就會(huì)達(dá)到極大值。電壓波動(dòng)有可能超過(guò)允許范圍，因而出現(xiàn)高電壓?jiǎn)栴}。為解決此問(wèn)題，可采用如下兩種途徑：限制分布式電源注入功率;通過(guò)接口裝置調(diào)節(jié)出口電壓。

對(duì)于諧波污染，主要是由微電網(wǎng)中電力電子器件造成的。這些器件容易產(chǎn)生諧波，諧波振幅會(huì)影響電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性，改變輸出電壓波形，造成諧波污染。為解決此問(wèn)題，通常安裝諧波過(guò)濾裝置或使用性能更好的電子器件。

對(duì)于頻率/電壓閃變，主要是由分布式電源的不可控性和間歇性造成的。再加上電子器件造成的系統(tǒng)慣性降低，一旦用戶需求發(fā)生變化，分布式電源就無(wú)及時(shí)作出響應(yīng)，容易出現(xiàn)頻率/電壓閃變同時(shí)沖擊系統(tǒng)。為解決此問(wèn)題，通常采用如下兩種途徑：分布式電源獨(dú)立回路供電或配備分布式儲(chǔ)能裝置[8-9]。

3.2 微電網(wǎng)控制及管理問(wèn)題

微電網(wǎng)管控問(wèn)題主要涉及到并/離網(wǎng)控制和能量管理兩個(gè)方面。為最大限度地發(fā)揮微電網(wǎng)的作用，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，無(wú)論并網(wǎng)模式還是離網(wǎng)模式，各接入節(jié)點(diǎn)的電壓、頻率都應(yīng)該具有一定的穩(wěn)定性。微電網(wǎng)控制同時(shí)要注意電源、負(fù)荷之間暫態(tài)功率差額的平衡。根據(jù)實(shí)際需要，實(shí)現(xiàn)同主電網(wǎng)分離、并列、過(guò)度運(yùn)行的自主性[10]。

當(dāng)前，微電網(wǎng)能量控制往往采用分散式控制方式。這種方法雖然可以提高系統(tǒng)用電靈活性，但是仍存在較大的改進(jìn)空間。原因如下：間歇性電源的存在，可控負(fù)荷在時(shí)間、空間上的不確定性;單一儲(chǔ)能技術(shù)無(wú)法滿足經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性需求，多種儲(chǔ)能技術(shù)的配合使用成為了微電網(wǎng)能量管理的主要方向。

4 結(jié)論

本文以微電網(wǎng)在主動(dòng)配電網(wǎng)中的應(yīng)用為研究對(duì)象，重點(diǎn)論述了微電網(wǎng)接入主動(dòng)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu);電網(wǎng)規(guī)劃布局應(yīng)該考慮哪些因素。對(duì)當(dāng)前微電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用仍面臨的問(wèn)題進(jìn)行了探討，包括電能質(zhì)量問(wèn)題和微電網(wǎng)控制、管理問(wèn)題，給出了相應(yīng)的解決對(duì)策。所研究?jī)?nèi)容對(duì)微電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：何國(guó)才（1979-），男，貴州畢節(jié)人，本科，助理技術(shù)專家，主要研究方向：配網(wǎng)運(yùn)行及安全管理。