智能微電網技術綜述與應用前景

(青島理工大學 山東 青島 266033)

一、智能微電網技術簡介

智能微電網就是一種新型電網，它將可再生能源發電技術(光伏發電、風力發電、生物質能、潮汐能等)、能量管理系統(EMS)和輸、配電基礎設施高度集成，具有提高能源效率、提高供電的安全性和可靠性、減少電網的電能損耗、減小對環境的影響、實現與用戶間的互動和為用戶提供增值服務等多個特點。智能微電網以電力電子技術為核心，將可再生能源發電技術、能源管理系統和輸配電基礎設施高度集成，是智能電網的發展趨勢之一。

與傳統的小水電等分布式發電網不同，智能微電網在控制技術、控制理論、控制思想方面實現了突破性的創新。它本身可以看作是小型的電力系統，具備完整的發、輸、配電功能，可實現用戶側可再生能源的安全消納。同時，它也是一個典型的分布式發電功能系統，可以通過能源之間的調度，提高終端能源利用率。這些都是傳統小水電式等簡單的發用電微網系統所不具備的。所謂“智能”主要體現在兩個方面，一是發電側“智能”，微電網要與大電網“友好相處”并支撐大電網，就需要以信息通信、能源調度等層面的智能功能作保障；二是用電側“智能”，即幫助用戶在不同時段實現科學用電，比如無人值守地控制智能充電樁的充電、放電等。

二、目前智能微電網常見控制方式

傳統微電網供電模式比較單一，發電側和用電側獨立運行，智能微電網追求的是發電側、用戶側的有機結合，從而實現更佳的優化運行、控制效果。目前常用的微電網控制方式有三種：(1)基于電力電子技術的控制方法。該方法根據微電網的控制要求與發電機的下垂特性將不平衡功率動態分配給各機組承擔，通過電力電子等元件的集成電路控制，具有簡單、可靠、易于實現的優點。(2)基于能量管理系統的控制。該方法采用不同的控制模塊分別對有功和無功進行控制，很好地滿足了微電網的多種控制要求，此外該方法針對微電網中對無功的不同需求，功率管理系統采用了不同的控制方法從而提高了控制性能。(3)基于多代理技術的計算機控制。該方法將計算機領域的多代理技術應用到微電網，代理的自治性、自發性等特點能夠很好地適應和滿足微電網分散控制的要求。

三、智能微電網關鍵技術綜述

一套完整的智能微電網系統須有五大模塊緊密配合，分別為電網能量管理系統、繼電保護系統、通訊系統、儲能系統和監控系統。

(一)新型智能微電網能量管理系統。能量管理系統是整個微電網的大腦中樞，對整個微電網穩定、可靠、經濟運行提供綜合智能分析。它不同于傳統的能量管理系統，完全可以使微型電網實現自治運行，無人值守。完善的智能電網還需有自學習功能，在微電網建立初期可以輸入當地氣象參數進行初步學習。并在微電網運行的過程中，不斷修正自身運行參數，并記錄可再生能源發電情況，逐步建立自己的專家系統。在微電網運行一段時間后，能正確預測可再生能源的發電情況，做到能量平穩調度。

發電量監測與預測：根據天氣預報和專家系統里的歷史數據預測未來幾小時或者幾天時間內的發電量的情況。

負載監測與預測：根據每天不同時段，不同季節，用戶負載用電量的規律和歷史數據預測下一時段的負載情況。

蓄電池荷電預測：根據蓄電池當前的工作狀態及監控數據以及發電量和負載用電情況的預測來估算蓄電池的荷電情況。

(二)繼電保護系統。分布式發電作為一種新興的、綠色經濟的發電技術，近年來獲得了迅速發展。然而，分布式電源電流存在不穩定情況，大量分布式發電的并網運行將深刻影響配電網絡的結構及配電網中短路電流大小及分布，由此給配電網的運行、控制以及繼電保護工作帶來多方面的影響。微電網智能繼電保護主要是以遠動技術、信息技術和計算機技術為基礎的微機型繼電保護裝置，能實現不誤動、不拒動、能快速反映故障，在自身整定的范圍內以最短的時限將故障和異常從系統中切除或隔離，保證最大限度地向無故障部分繼續供電。

(三)通訊系統。智能電網遵循通訊標準IEC61850和CDT規約，根據實際情況采用一種或幾種不同的通信方式，在廣域網絡可以使用Ethernet、GPRS、電力線載波等多種通信方式，局域網絡可以使用CAN、HPI、串口等多種通信方式。智能繼電保護具備強大的控制和通訊功能，通過設立主站和多子站的分布式保護方式，通過四遙設備實現遙測、遙信、遙調、遙控功能，大大提高了智能微電網系統的供電可靠性和安全性。

(四)儲能系統。智能微電網包含大量新能源發電單元，新能源發電的特點是能量變化大，光伏發電和風能發電等都具不可控性，容易造成電網的不穩定，因此智能微電網必須有儲能環節。蓄電池組按照就近原則安裝在新能源發電設備附近，抑制新能源發電量變化對微電網正常運行的影響。蓄電池組應優先選用大容量優質貯能蓄電池，確保蓄電池能長期可靠工作,同時配備蓄電池監控系統，實時監測每個蓄電池狀態。蓄電池監控系統能夠根據監測數據自動分析蓄電池狀態，及時發現異常的蓄電池并報警,提前采取相應措施,保證微電網正常運行。

(五)監控系統。監控系統可采集直流側電壓、電流，交流側各相電壓、電流，光伏并網系統的每日發電量、總發電量等，氣象數據由專門的采集系統采集輻照度、風向、風速、環境溫度、組件溫度等相關數據。一套完整的智能微電網系統，必須有完善的監控顯示系統，實時對整個系統運行進行監控，同時記錄與顯示光伏系統運行參數與故障記錄。監控顯示系統不僅給光伏系統管理人員隨時監控掌握系統運行情況；同時讓社會公眾了解新能源太陽能發電方面的應用情況，提升企業節能環保的感知度；而且對支持新能源光伏事業及環境保護起到積極示范作用，產生良好的社會效益。

四、微電網應用場合及應用前景

十二五規劃基本思路中第一點明確提到科學發展，其中重點又提到了“資源消耗”和“污染排放”，強調要提高資源利用率，減少污染排放。國家能源局新能源和可再生能源司明確：十二五期間,中國將在太陽能、風能占優勢的地區建設微電網示范區30個,更大比例地運用新能源發電。新能源的利用是解決能源危機和環保問題的有效措施，微電網可以有效接納分布式能源來解決電力系統供需空間不均衡矛盾，減少集中供電容量，降低損耗，改善電網峰谷性能等。微電網的能量管理可結合分布式電源發電特點、內部負荷需要、大電網聯絡要求、環保效益、協調新能源的出力和儲能設備的充放控制，優化管理，保證微電網安全、可靠、高效、優質供電，是實現微電網的經濟效益和環境效益相統一的有力保證。微電網技術作為國際電力系統一個前沿研究領域，以其靈活、環保、高可靠性的特點被歐盟、日本和美國能源部門大力發展，今后必將在我國得到廣泛的應用。目前在以下地區具有較強的推廣價值。1.海島：遠離大電網，靠柴油發電機提供電力，成本高、污染嚴重、故障率高，微電網可以為海島提供清潔經濟的能源。2.無電地區：為山區無電地區提供了電力供應的一種解決方案。3.重要負荷：微電網儲能系統的存在具有UPS的功能。可以為重要負荷提供不間斷電力供應，具有高可靠性的特點。4.智能樓宇系統：智能樓宇能源系統作為負載側能量管理系統，從單純的消費體轉變成能源系統的參與者。能自行管理和控制樓宇電能生成、儲存和使用的智能化樓宇管理系統已經成為了智能電網的一部分，大大提高了能源利用效率。