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

夏文杰

（南京國電南自電網(wǎng)自動(dòng)化有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

當(dāng)前，電力事業(yè)迅猛發(fā)展，涌現(xiàn)出很多新型技術(shù)，其中微電網(wǎng)技術(shù)作為一項(xiàng)代表性技術(shù)，表現(xiàn)出分布式電源特點(diǎn)，加快此項(xiàng)技術(shù)在主動(dòng)配電網(wǎng)（Active Distribution Network，ADN）中的應(yīng)用，有助于實(shí)現(xiàn)可再生資源的開發(fā)利用，在提升配電網(wǎng)建設(shè)質(zhì)量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)節(jié)能降耗的作用。隨著現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展，配電網(wǎng)運(yùn)行和控制等領(lǐng)域的技術(shù)得到了長足進(jìn)步，有助于創(chuàng)設(shè)有利的微電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用環(huán)境。因此，為了最大限度上提升ADN的運(yùn)行質(zhì)量，應(yīng)明確微電網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢，結(jié)合實(shí)際情況合理化運(yùn)用到實(shí)處，全方位保障電網(wǎng)長久運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1 微電網(wǎng)技術(shù)概述

1.1 微電網(wǎng)的特點(diǎn)

在經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展下，電網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷隨之增加，為了保證電網(wǎng)運(yùn)行安全、穩(wěn)定，國家在研究中投入了大量精力，極大地促進(jìn)了微電網(wǎng)技術(shù)的升級發(fā)展。結(jié)合現(xiàn)有研究成果來看，微電網(wǎng)主要是為區(qū)域提供持續(xù)的電能支持。有別于傳統(tǒng)電網(wǎng)，配電網(wǎng)獨(dú)立性更強(qiáng)，也是降低電網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷的主要發(fā)展趨勢。

就微電網(wǎng)的特點(diǎn)來看，表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：（1）微電網(wǎng)基于單點(diǎn)接入到大電網(wǎng)，基于微電網(wǎng)控制發(fā)電單元，發(fā)揮分布式電源特性來提高能源利用率；（2）并網(wǎng)狀態(tài)下，微電網(wǎng)可以為某區(qū)域提供持續(xù)的電能服務(wù)，但電能發(fā)生質(zhì)量問題時(shí)，微電網(wǎng)能夠及時(shí)停止；（3）微電網(wǎng)的運(yùn)作慣性小，分布式電網(wǎng)難以滿足電能需求，而微電網(wǎng)技術(shù)的有效應(yīng)用具有存儲(chǔ)電能、平衡能量的作用。就微電網(wǎng)和傳統(tǒng)電網(wǎng)之間的差異來看，其對比分析如表1 所示。

表1 配電網(wǎng)對比分析

1.2 接入ADN 的結(jié)構(gòu)

從微電網(wǎng)技術(shù)原理和配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來看，主要采用單點(diǎn)接入方式，整合分布式電源和傳統(tǒng)儲(chǔ)能電源于一體，構(gòu)建智能配電網(wǎng)。微電網(wǎng)與ADN 的安全可靠連接下，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)、智能化控制電源負(fù)荷，在降低系統(tǒng)運(yùn)行壓力的同時(shí)，提升電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，對于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的節(jié)能降耗運(yùn)行具有重要作用。

1.3 ADN 系統(tǒng)控制方式

為了實(shí)現(xiàn)清潔資源安全接入配電網(wǎng)，國家對于清潔能源開發(fā)的力度逐步增大，眾多微電網(wǎng)群也應(yīng)運(yùn)而生。為了提升微電網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化升級、增強(qiáng)ADN運(yùn)行的安全性，需要對ADN 控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。微電網(wǎng)主要基于ADN 系統(tǒng)約束控制，包括分散式控制、集中式控制以及微電網(wǎng)群協(xié)同控制幾種模式。其中，集中控制模式主要用于電網(wǎng)信息處理、電力調(diào)度計(jì)劃和電力接入等方面，如圖1 所示。通過收集的電力數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，編制出合理的電力控制方案，便于保障微電網(wǎng)順利接入ADN。對于微電網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)行，需要充分發(fā)揮ADN 電網(wǎng)控制系統(tǒng)的作用，采用合理的控制模式和控制方案，從而實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的優(yōu)化升級與運(yùn)行安全性的提升。但隨著電力事業(yè)的飛快發(fā)展，電力數(shù)據(jù)規(guī)模逐步擴(kuò)大，不可避免地增加了ADN 電網(wǎng)智能調(diào)度控制難度。分散式控制模式可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制ADN，微電網(wǎng)可以轉(zhuǎn)化清潔電力資源，在電網(wǎng)控制前科學(xué)預(yù)測不可控負(fù)荷，根據(jù)具體結(jié)果來動(dòng)態(tài)調(diào)整和完善電網(wǎng)調(diào)度方案。基于此種方式，能夠精準(zhǔn)化控制微電網(wǎng)控制系統(tǒng)，促進(jìn)分布式電力資源高效回收與利用，最大限度上保障配電網(wǎng)運(yùn)行安全[1]。ADN 電網(wǎng)系統(tǒng)分布式控制模式有助于微電網(wǎng)安全接入鄰近配電網(wǎng)群，協(xié)同運(yùn)行下提升電力調(diào)度水平。

圖1 ADN 集中控制模式

2 ADN 中微電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的效益

2.1 提升分布式能源利用率

微電網(wǎng)技術(shù)具有分布式電源特點(diǎn)，在ADN 中應(yīng)用，能夠有效解決系統(tǒng)的兼容問題，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)配電網(wǎng)功率、雙向流動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)分布式能源的柔性消納。充分發(fā)揮微電網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢，智能化調(diào)節(jié)分布式電源功率，在提升電力資源利用率的同時(shí)，減少電網(wǎng)不必要的能耗。

2.2 減少配電網(wǎng)運(yùn)行損耗

基于微電網(wǎng)技術(shù)的有效應(yīng)用，聯(lián)合分布式電源，能夠?yàn)槟硡^(qū)域持續(xù)供電，并減少供電過程中不必要的電能損耗。配電網(wǎng)的無源網(wǎng)絡(luò)在分布式電源影響下轉(zhuǎn)化為直流混合有源網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化配電網(wǎng)潮流分布。但電源布局不合理，不可避免地影響配電網(wǎng)潮流，增加能耗。鑒于此，微電網(wǎng)技術(shù)接入配電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分布式電源的有效利用，降低配電網(wǎng)的運(yùn)行損耗[2]。

2.3 增強(qiáng)ADN 可靠性

分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)一般會(huì)對配電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性造成很大的影響。但是，采用微電網(wǎng)和ADN 協(xié)同運(yùn)行的方法能夠顯著提升供電質(zhì)量。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題時(shí)，能夠自動(dòng)切斷，轉(zhuǎn)變?yōu)楠?dú)立運(yùn)行狀態(tài)，利用分布式電源來滿足連續(xù)供電的需求，并轉(zhuǎn)移電力負(fù)荷。此外，為了確保配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須實(shí)行協(xié)調(diào)供電。通過微電網(wǎng)技術(shù)的有效應(yīng)用，能夠更加靈活地調(diào)整分布式電源，從而顯著降低分布式電源的控制難度，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)保障。

2.4 為諧波治理和無功補(bǔ)償提供支持

微電網(wǎng)技術(shù)在ADN 中應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電，具體包含了DC/DC、AC/DC、DC/AC 雙向變換器，并采用脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）控制方式，不可避免地產(chǎn)生諧波電流，影響配電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。為了減少諧波污染，可以充分發(fā)揮微電網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢，綜合治理諧波電流和無功補(bǔ)償問題，提供堅(jiān)實(shí)可靠的技術(shù)保障。

3 微電網(wǎng)技術(shù)在ADN 中的應(yīng)用

目前，主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行中尚存在一定的問題，如配套基礎(chǔ)設(shè)施滯后、缺乏新技術(shù)的應(yīng)用等。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電力裝備設(shè)施無法滿足區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，不可避免地影響到經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。主動(dòng)配電網(wǎng)機(jī)械設(shè)備安裝與網(wǎng)點(diǎn)布局不合理，部分配電設(shè)備老舊、故障頻發(fā)，未能早早更換配電線路，以至于埋下了一系列安全隱患。部分有源配電網(wǎng)同軸電纜維護(hù)技術(shù)存在問題，保障范圍多表現(xiàn)在電力線路維護(hù)層面，旨在提升電網(wǎng)運(yùn)行可靠性。而配電設(shè)備維護(hù)主要表現(xiàn)在同軸電纜維護(hù)層面，旨在快速排除常見故障。但實(shí)際上，現(xiàn)階段多數(shù)配電網(wǎng)重點(diǎn)考慮變電站設(shè)備的服役壽命和售電量，忽視了配電網(wǎng)通用，因此供電系統(tǒng)故障頻繁，亟待引入新技術(shù)予以完善。

3.1 ADN 結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

在ADN 結(jié)構(gòu)中應(yīng)用微電網(wǎng)技術(shù)，主要是基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)管理ADN，并基于分布式能源有效管控，對于促進(jìn)電能的合理配置與利用具有重要作用。對于發(fā)達(dá)國家而言，紛紛增加投入完善ADN 工程設(shè)施，對于微電網(wǎng)在ADN 中的廣泛應(yīng)用具有重要作用[3]。在ADN 的具體運(yùn)行期間，基于多個(gè)微電網(wǎng)創(chuàng)建整體運(yùn)作系統(tǒng)，能夠有效增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，還可以減少分布式電源對系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的干擾，并借助聯(lián)絡(luò)線實(shí)現(xiàn)多個(gè)微電網(wǎng)的互動(dòng)運(yùn)行，切實(shí)增強(qiáng)配電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性。與此同時(shí)，主動(dòng)配電網(wǎng)中微電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用能夠有效提升發(fā)電利用率。基于微電網(wǎng)技術(shù)，能夠動(dòng)態(tài)、合理調(diào)整主動(dòng)配電網(wǎng)流動(dòng)性趨向和規(guī)模，促使分布式發(fā)電利用率大幅度提升。

3.2 ADN 規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

信息時(shí)代背景下，涌現(xiàn)出很多先進(jìn)技術(shù)手段，為新時(shí)期的ADN 運(yùn)行提供了可靠支持。因?yàn)閭鹘y(tǒng)ADN的規(guī)劃設(shè)計(jì)水平滯后，難以滿足當(dāng)前微電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用需求，所以要尋找到微電網(wǎng)技術(shù)和ADN 的契合點(diǎn)，提升電網(wǎng)科技含量，確保配電網(wǎng)規(guī)劃更加科學(xué)合理。在ADN 運(yùn)行期間，受到客觀因素的影響，可能出現(xiàn)電壓調(diào)整、繼電保護(hù)等問題，威脅到系統(tǒng)運(yùn)行安全。對此，應(yīng)對ADN 進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將微電網(wǎng)、分布式電源緊密銜接在一起，最大限度上展現(xiàn)微電網(wǎng)優(yōu)勢。將系統(tǒng)需求為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，對設(shè)計(jì)方案內(nèi)容進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整和完善，并且制定合理的規(guī)劃方案，評估此種方案的實(shí)施效果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和反饋不足，為后續(xù)方案改進(jìn)提供支持[4]。

實(shí)際上，分布式電源具有數(shù)量大、可控性低和隨機(jī)性等特點(diǎn)，在規(guī)劃設(shè)計(jì)中要依托于實(shí)際情況，綜合考量電力機(jī)制調(diào)節(jié)、負(fù)荷預(yù)測以及發(fā)電預(yù)測等內(nèi)容，將其納入到設(shè)計(jì)范疇。同時(shí)，對于功率轉(zhuǎn)換設(shè)定可靠的功率調(diào)整方案，基于此種方式來最大限度上展現(xiàn)微電網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢，提升ADN 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。除此之外，微電網(wǎng)技術(shù)在主動(dòng)配電網(wǎng)中的應(yīng)用還可以提升工作電壓質(zhì)量。究其根本，主動(dòng)配電網(wǎng)分布式發(fā)電和儲(chǔ)能技術(shù)設(shè)備較多，變化較為復(fù)雜，電壓可靠性交叉的可能性較大，在接入和退出時(shí)影響到工作電壓質(zhì)量，并進(jìn)一步縮短配電網(wǎng)設(shè)備設(shè)施的服役壽命。因此，對于配電網(wǎng)工作電壓方面，合理化運(yùn)用微電網(wǎng)技術(shù)可以集中控制分布式發(fā)電參數(shù)以及儲(chǔ)能設(shè)備裝置，實(shí)現(xiàn)工作電壓主要參數(shù)的合理化改進(jìn)，最大限度減少線路發(fā)生故障的概率。

3.3 ADN 方案控制中的應(yīng)用

微電網(wǎng)成功在ADN 中應(yīng)用，直觀展現(xiàn)出微電網(wǎng)的分布式特點(diǎn)，有助于增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)滲透率，推動(dòng)ADN結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級。就系統(tǒng)控制方式來看，主要有集中式控制和分布式控制等方式，借助微電網(wǎng)群來編制有助于系統(tǒng)安全的方案路線，提供堅(jiān)實(shí)可靠的技術(shù)保障。集中式控制方面，ADN 中心主要負(fù)責(zé)微電網(wǎng)信息資源的傳輸控制，通過數(shù)據(jù)剖析來選擇最佳的發(fā)電形式，以此來動(dòng)態(tài)控制微電網(wǎng)的電能輸出。借助多樣化方法來增強(qiáng)微電網(wǎng)的調(diào)度控制能力，賦予系統(tǒng)更強(qiáng)的兼容性，以便滿足系統(tǒng)控制中心的需求[5]。分布式控制中，通過微電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，對數(shù)據(jù)的依賴度較小，能夠顯著提升系統(tǒng)運(yùn)作效率，滿足供電需求。另外，為了避免諧波信號(hào)對微電網(wǎng)的運(yùn)行干擾，可以在電網(wǎng)系統(tǒng)中安裝有源電力濾波器（Active Power Filter，APF），控制電網(wǎng)諧波。

4 結(jié) 論

在ADN 中合理化運(yùn)用微電網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合ADN系統(tǒng)的特性來選擇合適的運(yùn)行方案，旨在增強(qiáng)ADN的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。基于微電網(wǎng)技術(shù)的有效應(yīng)用，促進(jìn)電力資源的合理化配置與利用。