微電網(wǎng)技術(shù)研究與發(fā)展

21ic智能電網(wǎng)：能源是現(xiàn)代社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動力，是人類生命存在和繁衍的生命線。傳統(tǒng)化石能源的逐步耗竭，使能源危機(jī)已逐步逼近。中國21世紀(jì)的能源工業(yè)將是能源資源利用與環(huán)境保護(hù)可持續(xù)發(fā)展的改造型新工業(yè)，因此，合理調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，大力開發(fā)可再生能源和其它新能源，走多元化潔凈能源發(fā)展道路，是我國社會可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

微電網(wǎng)是一種新型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是一組微電源、負(fù)荷、儲能系統(tǒng)和控制裝置構(gòu)成的系統(tǒng)單元。微電網(wǎng)中的電源多為容量較小的分布式電源，即含有電力電子接口的小型機(jī)組，包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池、光伏電池、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以及超級電容、飛輪及蓄電池等儲能裝置，它們接在用戶側(cè)，具有成本低、電壓低及污染低等特點(diǎn)。開發(fā)和延伸微電網(wǎng)能夠促進(jìn)分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接入，實(shí)現(xiàn)對負(fù)荷多種能源形式的高可靠供給，是實(shí)現(xiàn)主動式配電網(wǎng)的一種有效的方式，使傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)過渡。

1.微電網(wǎng)的含義與研究動態(tài)

目前世界上許多國家己開展微電網(wǎng)研究，立足于本國電力系統(tǒng)的實(shí)際問題提出了各自的微電網(wǎng)概念和發(fā)展目標(biāo)。作為一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域，微電網(wǎng)在各國的發(fā)展呈現(xiàn)不同的特色。

1.1美國微電網(wǎng)的研究

ERTS(ConsortiumforElectricReliabilityTechnologySolutions)合作組織由美國的電力集團(tuán)、伯克利勞倫斯國家實(shí)驗(yàn)室等研究機(jī)構(gòu)組成的，在美國能源部和加州能源委員會等資助下，對微電網(wǎng)技術(shù)開展了專門的研究。CERTS定義的微電網(wǎng)基本概念：這是一種負(fù)荷和微電源的集合。該微電源在一個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)提供電力和熱力的方式運(yùn)行，這些微電源中的大多數(shù)必須是電力電子型的，并提供所要求的靈活性，以確保能以一個(gè)集成系統(tǒng)運(yùn)行，其控制的靈活性使微電網(wǎng)能作為大電力系統(tǒng)的一個(gè)受控單元，以適應(yīng)當(dāng)?shù)刎?fù)荷對可靠性和安全性的要求。CERTS定義的微電網(wǎng)提出了一種與以前完全不同的分布式電源接入系統(tǒng)的新方法。傳統(tǒng)的方法在考慮分布式電源接入系統(tǒng)時(shí)，著重在分布式電源對網(wǎng)絡(luò)性能的影響。按傳統(tǒng)方法當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)問題時(shí)，要確保聯(lián)網(wǎng)的分布式電源自動停運(yùn)，以免對電網(wǎng)產(chǎn)生不利的影響。而CERTS定義的微電網(wǎng)要設(shè)計(jì)成當(dāng)主電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)微電網(wǎng)與主電網(wǎng)無縫解列或成孤島運(yùn)行，一旦故障去除后便可與主電網(wǎng)重新連接。這種微電網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是它在與之相連的配電系統(tǒng)中被視為一個(gè)自控型實(shí)體，保證重要用戶電力供應(yīng)的不間斷，提高供電的可靠性，減少饋線損耗，對當(dāng)?shù)仉妷浩鹬С趾托Ｕ饔?。因此，微電網(wǎng)不但避免了傳統(tǒng)的分布式發(fā)電對配電網(wǎng)的一些負(fù)面影響，還能對微電網(wǎng)接入點(diǎn)的配電網(wǎng)起一定的支持作用。

1.2歐洲微電網(wǎng)的研究

歐洲提出要充分利用分布式能源、智能技術(shù)、先進(jìn)電力電子技術(shù)等實(shí)現(xiàn)集中供電與分布式發(fā)電的高效緊密結(jié)合，并積極鼓勵(lì)社會各界廣泛參與電力市場，共同推進(jìn)電網(wǎng)發(fā)展。微電網(wǎng)以其智能性、能量利用多元化等特點(diǎn)也成為歐洲未來電網(wǎng)的重要組成。目前，歐洲已初步形成了微電網(wǎng)的運(yùn)行、控制、保護(hù)、安全及通信等理論，并在實(shí)驗(yàn)室微電網(wǎng)平臺上對這些理論進(jìn)行了驗(yàn)證。其后續(xù)任務(wù)將集中于研究更加先進(jìn)的控制策略、制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、建立示范工程等。即，為分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接人以及傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)的初步過渡做積極準(zhǔn)備。

1.3日本微電網(wǎng)的研究

日本立足于國內(nèi)能源日益緊缺、負(fù)荷日益增長的現(xiàn)實(shí)背景，展開了微電網(wǎng)研究，但其發(fā)展目標(biāo)主要定位于能源供給多樣化、減少污染、滿足用戶的個(gè)性電力需求。日本學(xué)者還提出了靈活可靠性和智能能量供給系統(tǒng)(FRIENDS)其主要思想是在配電網(wǎng)中加人一些靈活交流輸電系統(tǒng)裝置，利用控制器快速、靈活的控制性能，實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，并滿足用戶的多種電能質(zhì)量需求。目前，日本已將該系統(tǒng)作為其微電網(wǎng)的重要實(shí)現(xiàn)形式之一。

1.4微電網(wǎng)的理解

基于上述概念，在微電網(wǎng)中功率范圍在100kW以下的微型燃?xì)廨啓C(jī)將得到廣泛的應(yīng)用。它具有轉(zhuǎn)速高(5萬~10萬/min)、采用空氣軸承等特點(diǎn)，所發(fā)出的高頻(1000Hz左右)交流電需經(jīng)交流-直流-交流環(huán)節(jié)變?yōu)?0Hz工頻交流電供給負(fù)荷，但燃燒過程產(chǎn)生的NOx仍將對城市的環(huán)保產(chǎn)生不利的影響。燃料電池由于具有高效和低排放的特點(diǎn)，自然也很適合作為微電網(wǎng)的電源，特別是高溫MCFC和SOFC比較適用于發(fā)電，但目前價(jià)格較貴，較少實(shí)際應(yīng)用。光伏發(fā)電、小型風(fēng)電和生物質(zhì)能發(fā)電業(yè)是很好的電源選擇。蓄電池、飛輪和超級電容器等是微電網(wǎng)重要的儲能元件。余熱回收裝置也是重要的部件之一，正是由于余熱的利用提高了能源利用的效率，因?yàn)闊崴驘嵴羝⒉幌耠娔菢尤菀锥?jīng)濟(jì)地長距離輸送，而微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)恰恰能使熱源更接近熱負(fù)荷。

2.中國發(fā)展微電網(wǎng)的重要意義

微電網(wǎng)對我國電力系統(tǒng)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也有重要的意義。

(1)微電網(wǎng)可以提高電力系統(tǒng)的安全性和可靠性，有利于電力系統(tǒng)抗災(zāi)能力建設(shè)。目前，我國電力工業(yè)發(fā)展已進(jìn)入大電網(wǎng)、高電壓、長距離、大容量階段，六大區(qū)域電網(wǎng)已實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜。實(shí)現(xiàn)區(qū)域間的交流互聯(lián)，理論上可以發(fā)揮區(qū)域間事故支持和備用作用，實(shí)現(xiàn)電力資源的優(yōu)化配置。但是大范圍交流同步電網(wǎng)存在大區(qū)間的低頻振蕩和不穩(wěn)定性，其動態(tài)穩(wěn)定事故難以控制，造成大面積停電的可能性大。

另一方面，廠網(wǎng)分開后，市場利益主體多元化，廠網(wǎng)矛盾增多，廠網(wǎng)協(xié)調(diào)難度加大，特別是對電網(wǎng)設(shè)備的安全管理不到位，對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了威脅。與常規(guī)的集中供電電站相比，微電網(wǎng)可以和現(xiàn)有電力系統(tǒng)結(jié)合形成一個(gè)高效靈活的新系統(tǒng)，具有以下優(yōu)勢：無需建設(shè)配電站，可避免或延緩則增加輸配電成本，沒有或很低的輸配電損耗，可降低終端用戶的費(fèi)用;小型化，對建設(shè)所要求不高，不占用輸電走廊，施工周期短，高效性靈活，能夠迅速應(yīng)付短期激增的電力需求，供電可靠性高，同時(shí)還可以降低對環(huán)境的污染等。

(2)微電網(wǎng)可以促進(jìn)可再生能源分布式發(fā)電的并網(wǎng)，有利于可再生能源在我國的發(fā)展。處于電力系統(tǒng)管理邊緣的大量分布式電源并網(wǎng)有可能造成電力系統(tǒng)不可控、不安全和不穩(wěn)定，從而影響電網(wǎng)運(yùn)行和電力市場交易，所以分布式發(fā)電面臨許多技術(shù)障礙和質(zhì)疑。微電網(wǎng)可以充分發(fā)揮分布式發(fā)電的優(yōu)勢、消除分布式發(fā)電對電網(wǎng)的沖擊和負(fù)面影響，是一種全新的概念，使用系統(tǒng)的方法解決分布式發(fā)電并網(wǎng)帶來的問題。通過將地域相近的一種微電源、儲能裝置與負(fù)荷結(jié)合起來進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，微電網(wǎng)對配電網(wǎng)表現(xiàn)為“電網(wǎng)友好型”的單個(gè)可控集合，可以與大電網(wǎng)進(jìn)行能量交換，在大電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)可以獨(dú)立運(yùn)行。