一文看懂微电网技术发展现状

引言微电网从系统观点看问题，将发电机、负荷、储能装置及控制等结合，形成一个单一可控的独立供电系统，它采用大量现代电力电子技术，将微型电源和储能设备一起，直接接在用户侧。将分布式电源以微电网形式接入配电网，被普遍认为是利用分布式电源有效的方式之一。对大电网来说，微电网可被视为电网中的一个可控单元，可在数秒内动作以满足外部输配电网络需求。对用户来说，微电网可满足他们特定需求，如降低馈线损耗、增加本地可靠性、保持本地电压稳定、通过利用余热提高能量利用效率等。微电网或与配电网互联运行，或独立运行，当配电网出现故障而微电网与其解列时，仍能维持微电网自身正常运行。1、微电网发展现状开发清洁的可再生能源已成为世界各国经济和社会可持续发展的重要战略。新能源的应用，对优化能源结构、实现节能降耗、合理利用清洁能源、改善和保护环境有重要意义。近年来，欧盟、美国等均开展了微电网试验示范工程研究，美国学者提出的微电网，主要由容量不大于500kW的小型微电源和负荷构成，其倡导的微电网控制技术的基本思想是：通过现代控制理论的状态空间模型方式，建立微电网的动态模型，研究确定微电网的功率控制策略及优化参数。欧洲提出了微电网逆变电源控制策略：VSI（电压源型逆变器）控制策略。VSI控制策略的基本思想是以一台或者多台电压源型逆变器提供参考电压和参考频率。VSI控制策略逐步由单台发展成多台，即提供参考电压和频率的逆变电源由一台变为多台，进一步提高微电网接入大电网的安全性和可靠性。微电网在我国也处于实验、示范阶段，多数研究工作集中在分布式发电和储能技术领域。截至2015年底，国内已开展微电网试点工程30个，既有安装在海岛孤网运行的微电网，也有与配电网并网运行的微电网。“十三五”期间，我国将在太阳能、风能占优势的地区建设微电网示范区，还将推动建设100座新能源示范城市。为进一步保障微电网的安全、可靠、经济运行，结合我国微电网发展的实际情况，一些新的微电网技术需求有待进一步研究。2、微电网运行控制微电网研究领域，最为关键的技术是微电网的运行控制，微电网控制的基本要求是：任一微电网的接入，不对既有微电网系统造成明显影响；能协调微电网的发电与负荷，自主选择运行点；能稳定的在并网和孤岛两种模式下运行，并在两种模式间平滑切换；可以对有功、无功进行独立控制，具有自主校正电压跌落和系统不平衡的能力。微电网控制功能基本要求是新的微电源接入时不改变原有设备，微电网解、并列时是快速无缝的，无功功率、有功功率要能独立进行控制，电压暂降和系统不平衡可以校正，要能适应微电网中负荷的动态需求。微电网控制功能如下：（1）基本的有功和无功功率控制。由于微电源大多为电力电子型的，有功功率和无功功率的控制、调节科分别进行，可通过调节逆变器的电压幅值来控制无功功率，调节逆变器电压和网络电压的相角来控制用功功率。（2）基于调差的电压调节。在有大量微电源接入是用P-Q控制是不适宜的，若不进行就地电压控制，就坑内产生电压或无功振荡。而电压控制要保证不会产生电源间的无功环流。在大电网中，由于电源间的阻抗相对较大，不会出现这种情况。微电网中只要电压整定值有小的误差，就可能产生大的无功环流，使微电源的电压值超标。要根据微电源所发电流是容性还是感性来决定电压的整定值，发容性电流时电压整定值要降低，发感性电流时电压整定值要升高。（3）快速负荷跟踪和储能。在大电网中，当一个新的负荷接入时最初的能量平衡依赖于系统的惯性，主要为大型发电机是惯性，此时仅系统频率略微降低而已。由于微电网中发电及的惯量较小，有些电源是响应时间常数又很长，因此当微电网与主网解列成孤岛运行时，必须提供蓄电池、超级电容器、飞轮等储能设备，相当于增加一些系统的惯性，才能维持电网的正常运行。（4）频率调差控制。在微电网成孤岛运行时，要采取频率调差控制，改变各台机组承担负荷比例，已使各自出力在调节中按一定的比例且都不超标。储能系统是微电网中的一种特殊微电源。储能系统由储能单元和双向变流器构成，在联网运行时，储能系统能够存储能量；在孤岛运行时，储能系统起着加快切换时间，改善电能质量和平衡多种电源间响应时间不一致的弊端的重要作用。3、微电网技术在主动配电网中的应用大量的分布式电源逐步接入配电网，配电网运营管理与控制模式将发生质的变化。分布式电源的随机性、波动性带来诸多新问题。如何更好地提高主动配电网对分布式电源的接纳能力和主动管理控制水平，并兼顾用户的优质可靠、分时经济用电要求，成为研究重点和方向。微电网技术整合各种分布式电源、储能装置、负荷等，使其作为灵活的智能可控单元单点接入主动配电网，增强主动配电网的鲁棒性。微电网技术通过整合不同种类的分布式电源的不同特点可解决其扩展和兼容问题，使微电网相对于主动配电网而言成为功率双向流动的可控区或节点，实现分布式能源的柔性就地消纳。微电网系统内部的可控电源、不可控电源与储能装置互补协调在保障用户可靠用电的基础上。通过微电网能量管理系统，多余电能可通过主动配电网输送给大电网，或输送至其他负荷、储能装置或其他微电网系统，提高了主动配电网对常规能源和新能源的利用效率。分布式发电与微电网就地为负荷供电，避免了长距离输电产生的较大网损。随着分布式电源、各类储能装置以及主动负荷的大量接入。配电网由无源网络转变为交直流混合有源网络，将改变配电网的潮流分布碜，其位置与容量均对配电网网损产生影响。如果不对分布式电源、各类储能装置加以合理布局，就不利于对配电网潮流进行优化调控，无法达到降低网损的目的。微电网技术将分布式电源、储能装置、负荷合理规划布局整合后单点接入主动配电网、主动配电网直接调控并网点功率，实现功率的灵活调控。通过微电网优化运行技术，以降低网损为目标，可得到微电网的优化运行策略，进而协调控制分布式电源和储能装置等，达到潮流优化调控的目的，实现分布式能源的柔性就地消纳，避免功率在网络中的不合理流动，有效降低网损。通过微电网技术改善主动配电网集群式接纳分布式电源的方式，提高分布式电源利用率，降低主动配电网的网损，提高主动配电网的经济效益水平。4、微电网技术研究方向微电网是未来智能配电网实现自愈、用户侧互动和需求响应的重要途径，随着新能源、智能电网技术、柔性电力技术的发展，微电网将具备如下新特征：1）微电网将满足多种能源综合利用需求并面临更多新问题。大量入户式单相光伏、小型风机、冷热电三联供、电动汽车、蓄电池、氢能等家庭式分布电源、大量柔性电力电子装置的出现将进一步增加微电网的复杂性，屋顶电站、电动汽车充放电、智能用电楼宇和智能家居带来微电网形式的灵活多样化、多种微电源响应时间的协调问题、现有小发电机组并入微电网的可行性问题、微电网配置分布式电源/储能接口标准化问题，微电网建设环境评价、微电网内基于电力电子接口的电源和FACTS装置控制域耦合问题等将成为未来微电网研究新问题。2）微电网将与配电网实现更高层次互动。微电网接入配电网后，配电网结构、保护、控制方式，用电侧能量管理模式、电费结算方式等均需做出一定调整，并带来上级调度对用户电力需求的预测方法、用电需求侧管理方式、电能质量监管方式等的转变。3）微电网将承载信息和能源双重功能。未来智能配网、物联网业务需求对微电网提出更高要求，微电网靠近负荷和用户，与社会的生产和生活息息相关。以家庭、办公室建筑等为单位的灵活发电和配用电终端、企业、电动汽车充电站及物流等将在微电网中相互影响，分享信息资源。5、结论微电网是一种全新发电配电供电模式，将极大促进可再生能源的柔性就地消纳，并使主动配电网更好地为用户提供可靠、优质、高效的