學校后勤智能微電網改革發展趨勢研究

祁世友 李育州

摘? 要：我國不可再生能源短缺和環境惡化問題凸顯，對可再生新能源的開發迫在眉睫，現以大學后勤供電系統為例，對配合智能微電網建設進行研究。該文首先對學校后勤供電系統的特點和智能微電網的特點進行了論述。其次詳細介紹了智能微電網技術的研究現狀和發展方向，引入物聯網、大數據等新技術建設智能微電網優化管理控制系統，對智能微電網電能質量進行優化。最后，對學校后勤智能微電網建設進行展望。

關鍵詞：學校后勤;智能微電網;智能微電網優化管理控制系統

中圖分類號：TM76? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

近年來，隨著社會的發展，人民群眾的用電需求逐步提高，為解決傳統大電網供電系統易發生大規模停電、供電方式單一等缺點，國家結合新能源開發，提出了分布式發供電系統，該系統引入了新能源發電系統，解決了傳統大電網供電的一系列不足。在分布式發供電系統應用的過程中，出現了分布式發電電源電能質量波動、系統建設投入高等問題[1]。面對一系列問題，電力科研人員結合傳統大電網供電系統和分布式發供電系統的優勢，提出了智能微電網的概念。學校作為一個獨立的單位其可利用建設空間大，為保證學校后勤供電穩定、節能、環保，提高各類新能源的利用率，現研究將智能微電網技術應用于學校后勤供電系統中。

1 學校后勤供電系統特點

以大學校園后勤供電系統為例，學校后勤供電系統相對來說就是一個相對獨立的系統。大學校園通常情況下由10 kV變電站對教學區、宿舍區、家屬區等進行供電，為保證大學校園內學生的學習、科研、生活用電需求，學校后勤部門應保證供電的穩定性和供電的質量，供電的穩定性能保證校園密集人口的學習、生活用電基本需求。高質量的電能功能可以保證學校相關實驗的開展，并保障用電設備的安全運行，保證用電設備的正常工作壽命[2]。

學校后勤供電現階段的供電方式以單連支供電方式為主，當與學校相關的供電區域發生供電故障時，學校后勤供電將全面中斷，老師、學生等密集人口的日常學習、工作、生活得不到保障，突然的供電中斷會導致學校的基礎設施、學校的重點試驗設備損壞，給學校造成很大損失。現階段，有的學校供電采用環網供電，保證了學校的供電穩定性和供電質量。

在當今新能源開發的大時代，有效利用新能源成為當今社會的研究課題，對于校園來說，應充分利用校園空間資源，對太陽能、風能等新能源進行開發，并組建學校后勤獨立的應急供電系統，以此來保證校園師生的正常工作學習生活，智能微電網概念的產生為學校后勤部門解決這一問題提供了一個新的方向。

2 智能微電網

當今社會環境問題、不可再生資源短缺問題日益凸顯，清潔可再生能源的開發已經成為當今社會的重要研究方向。結合保證供電穩定性的區域供電概念，智能微電網概念應運而生。

智能微電網是一個即可以并網運行，又可以孤島運行的區域供電網絡，智能微電網引入太陽能、風能、潮汐能、沼氣、地熱能等新能源發電形式，形成發電、輸電、配電、用電等全部環節相對獨立的電力系統，智能微電網由分布式發電設備、能量轉換設備、儲能設備、保護及電能質量監控等設備組成。智能微電網可以就近提供電能，提高電力供應的穩定性和可靠性，供電靈活性優勢明顯。

智能微電網具有以下4個特點。1）自治性，智能微電網系統內的所有設備都可以由智能微電網系統自行控制管理，無需同外部供電系統協調控制，這樣使得微電網的運行方式更加靈活。2）互動性，智能微電網系統采用多種形式的通信、控制設備，使得分布式發電設備、儲能設備、配電系統、用電系統之間的互動更加靈活，各系統間的協同性更好。3）多元性，智能微電網系統內的發電設備、用電設備類型繁多，為系統的運行方式提供了更多的可能性。4）智能性，智能微電網系統建立了智能的信息管理系統，并引入大數據、云計算等新技術，可以實現對智能微電網內部進行負荷預測、故障判斷、故障切除等功能。

智能微電網的多種功能由多種設備共同實現。智能微電網與外部傳統大電網通過PCC（Point of Common Coupling）連接點連接，智能微電網內部的發電系統由光伏發電系統、風力發電系統、水利發電系統、柴油發電機、燃氣發電機等構成，可以確保在任何時候發電系統都能提供足夠的電能供應。配電系統由雙向變換器和與傳統大電網連接的變壓器組成，并建立智能微電網信息管理控制平臺及電能質量監控平臺，實現對整個系統及電能質量的智能控制。同時，智能微電網還應配置電力儲能系統，實現對電能的控制。

3 智能微電網技術的研究現狀及發展方向

微電網的概念最早由美國電力研究部門提出并進行驗證，美國電力研究部門根據構想建立示范工程，通過PCC將微電網與傳統大電網相連，美國電力研究部門提出微電網建設的目的是為了引入新能源發電系統，提高供電穩定性、提升電能質量、提升電網智能化水平，同時微電網還可以為特殊用電部門提供個性化的供電服務。

我國同樣也意識到電能將會是我國主要的流通能源，20世紀初，我國確定了建設智能電網的電網發展方向，結合分布式發電和可再生資源研究，國家建立了863、793項目，對智能微電網技術進行重點研究，天津大學、合肥工業大學率先建立微電網研究實驗室，對智能微電網微電網優化管理調度、儲能技術、電能質量優化等方面進行研究，我國相繼建立了邊遠地區微電網、海導微電網等示范工程。現階段，保證微電網高質量的電能供應是微電網技術的研究方向[3]。

智能微電網優化管理系統開發的關鍵在于其軟件的開發，智能微電網有關管理系統的軟件系統需完成以下4個主要任務。1）完成對智能微電網運行狀況進行實時監控。2）及時獲取微電網運行狀況的實時數據，并對其進行實時分析評估，按照國家規定，及時發現微電網內的故障，不斷優化智能微電網的電能質量。3）智能微電網運行數據實時存儲功能，將微電網運行數據存入服務器中，為微電網系統實現其他功能和相關調度部門進行調度提供數據支持。4）建立人機交互界面，繪制微電網運行相關的圖表，曲線，使工作人員可以更直觀地了解智能微電網運行情況，同時使工作人員的操作更加便捷。

為實現以上功能，智能微電網優化管理系統軟件部分，通過構建信息采集系統采集微電網電壓偏差、微電網頻率偏差、電壓閃變及波動、電網諧波及三相不平衡度等指標，使用LabVIEW軟件開發平臺建立電能質量監測分析模塊，對幾個采集的電能質量指標進行分析，為智能微電網優化管理系統提供數據支撐。

以智能微電網電壓閃變檢測模塊為例，說明各模塊的建設過程。首先了解電壓閃變原理，智能微電網電壓閃變是由于沖擊性負荷的投入和切斷產生的，電壓閃變指標的評估需要對智能微電網系統短時間內的閃變值進行計算，閃變電壓的相關計算公式為：

Pst=（0.00314P0.1+0.0525P1+0.0657P3+0.28P10+0.08P50）50 （1）

式中：P0.1、P1、P3、P10、P50分別為10 min測量時間內，第 i 級視感度的累積時間與總測試時間之比超過0.1%、1%、3%、10%、50%的視干度值。

通過分析電壓閃變指標，調節智能微電網無功補償器、有源濾波器等設備來抑制電壓閃變和波動，同時對智能微電網濾波進行治理。

4 學校后勤智能微電網展望

學校后勤供電系統是相對封閉的供電系統，同時學校空間優勢明顯，建設學校后勤智能微電網是大勢所趨。學校后勤智能微電網的建設可根據校園特點進行建設，在分布式發電設備安裝方面，可以在學校教學樓、宿舍樓頂安裝光伏發電系統，可以在學校空曠地區安裝風力發電系統，利用可再生新能源向智能微電網系統供電，同時在智能微電網系統中安裝柴油發電機和儲能設備，提高智能微電網電能質量，應對智能微電網突發情況。為提高智能微電網電能質量，還應引入物聯網技術，配置智能微電網優化管理控制系統，完成對智能微電網系統電能質量和設備的全面監測，使用先進控制策略對智能微電網系統進行優化控制，提高電能質量，提升智能微電網經濟效益。同時，學校后勤智能微電網系統還需安裝大量無功補償設施，用以改善學校后勤智能微電網電能質量。

學校后勤智能微電網建設可以作為對傳統大電網的補充。首先，智能微電網可以在小范圍內對分布式發電系統的穩定性和經濟性進行提升，利用智能微電網優化管理控制系統對電能質量進行提升，滿足學校師生對供電可靠性的要求，降低用電成本。同時，給可再生新能源開發開創新的方式，緩解我國不可再生資源短缺和環境污染問題。其次，學校后勤智能微電網的建設應用智能微電網優化管理控制平臺，將整個微電網系統內的各個設備，通過數字化設備和無線通信設備連接起來，實現發電、輸電、配電、用電的統一調度，實現電網內部信息一體化平臺建立，同時構建智能微電網內部反饋體系，提高可電網治理的信息化、智能化水平，提高了能源的利用率，提升了電網的自我診斷、自我管理能力，取得智能微電網效益的最大化。最后，校園后勤智能微電網建設應用了物聯網、大數據、云計算等新技術，技術的應用對電網的實時監測、故障診斷、電網自愈、優化管理有很大地提升作用，智能微電網可以實現對各個發電、輸電、配電、用電設備的直接控制，使智能微電網和配電網之間的運行更加協調，并引領相關技術的進步發展。

5 結語

該文以當今社會的發展現狀為引入點，以大學校園為例，論述了如何在學校后勤建立智能微電網供電系統，結合學校和智能微電網的特點，引入新技術，完善學校后勤智能微電網建設，彌補了智能微電網存在的劣勢，完善了學校后勤智能微電網系統，同時，為我國可再生新能源的開發和電網的發展提供了新的方向。

參考文獻

[1]王大龍.海島智能微電網實用分析[J].廣東科技，2020，29（3）：61-65.

[2]單棟梁，劉向立，徐利凱，等.用戶側光儲充一體化智能微電網系統應用研究[J].電器與能效管理技術，2020（2）：41-46.

[3]李珍珍，周紅艷，周冬.基于多目標決策分析的智能微電網日前調度模型[J].電力學報，2020，35（1）：46-52.