智能微網在分布式能源接入中的作用與挑戰

2017-10-30 09:07:44 分布式能源　點擊量：評論 (0)

1智能微網的概念及其在分布式能源接入中的作用隨著經濟和社會發展對能源需求的不斷增長，分布式可再生能源發電由于靠近用戶側直接供能且便于實現多種能源形式的互補而越來越受到重視。但一方面，分布式可再生能源

1智能微網的概念及其在分布式能源接入中的作用

隨著經濟和社會發展對能源需求的不斷增長，分布式可再生能源發電由于靠近用戶側直接供能且便于實現多種能源形式的互補而越來越受到重視。但一方面，分布式可再生能源大量接入產生的間歇性和波動性會對電網運行和電力交易造成直接的沖擊，影響電力系統的安全性和穩定性；另一方面大量不受控的分布式能源發電并網會造成電力系統不可控制和缺乏管理的局面。這些因素都限制了分布式可再生能源在電力系統的接入規模和運行效率。

為整合分布式發電優勢，降低分布式可再生能源對電網的沖擊和負面影響，美國電力可靠性技術協會（CERTS）提出了微網（MicroGrid）的概念。微網是指由分布式能源、能量變換裝置、負荷、監控和保護裝置等匯集而成的小型發配電系統，是一個能夠實現自我控制和管理的自治系統。微網的構成如圖1所示。

既有僅利用光伏、儲能和負荷一起構成的簡單微網；也有由風力、光伏、儲能、冷/熱/電聯供系統等構成的多種類設備微網；還有由滿足一定技術條件的分布式電源和微網廣泛接入構成的公共微網。微網可以看作是小型的電力系統，它具備完整的發電和配電功能，可以有效實現網內的能量優化。隨著智能電網的建設和發展，相應提出了具備靈活性、高效性和智能化等特征的智能微網的概念。智能微網的提出旨在實現中低壓配電系統層面上分布式能源的靈活、高效應用，解決數量龐大、形式多樣的分布式能源無縫接入和并網運行時的主要問題，同時具備一定的能量管理功能，有效降低系統運行人員的調度難度，并提升可再生能源的接入能力

按照是否與常規電網聯結，微網可分為聯網型微網和獨立型微網。

（1）聯網型微網具有并網和獨立兩種運行模式。在并網工作模式下，一般與中、低壓配電網并網運行，互為支撐，實現能量的雙向交換。通過網內儲能系統的充放電控制和分布式電源出力的協調控制，可以實現微網的經濟運行；也可實現微網和常規電網間交換功率的定值或定范圍控制，減少由于分布式可再生能源發電功率的波動對電網的影響。在外部電網故障情況下，可轉為獨立運行模式，繼續為微網內重要負荷供電，提高重要負荷的供電可靠性，并提供優良的電能質量和其他輔助性服務，如電壓支撐、向外饋送電能甚至提供黑啟動能力。

（2）獨立型微網不與常規電網相連接，利用自身的分布式電源滿足微網內負荷的需求。當網內存在可再生能源分布式電源時，常常需要配置儲能系統以抑制這類電源的功率波動，同時在充分利用可再生能源的基礎上，滿足不同時段負荷的需求。這類微網更加適合在海島、邊遠地區等地為用戶供電。

總體來看，微網的出現將完全改變配電系統的結構和運行特性，在微觀上，微網可以看做是小型的電力系統，具備完整的發、輸、配電功能，可以實現局部的功率平衡與能量優化；在宏觀上，微網又可以認為是配電系統中的一個“虛擬”的電源或負荷。這使得現在的電力系統有了更大的柔性和可控性，同時也具有了更多的商業模式?，F有研究和實踐表明，將分布式電源以微網形式接入到電網中并網運行，與電網互為支撐，是發揮分布式能源效能的最有效方式，具有巨大的社會與經濟意義。

2智能微網現狀與發展趨勢

國內外針對微網技術已開展了較為廣泛深入的研究，在取得理論和技術研究成果的同時，建設了一批微網實驗系統和試點工程，對微網的關鍵技術和關鍵裝備進行驗證。

2.1北美地區微網發展現狀

美國是最早提出并建設微網的國家，擁有全球最多的微電網示范工程，數量超過200個，約占全球微電網數量的50%。1999年，美國電力可靠性技術協會（CERTS）最早對微網的思想進行了描述和總結，并于2002年系統地提出了微網的定義。美國能源部將微網視為未來電力系統的三大基石技術之一，將其列入了美國“Grid2030”計劃。美國微網示范工程地域分布廣泛、投資主體多元、結構組成多樣、應用場景豐富，主要用于集成可再生分布式能源、提高供電可靠性及作為一個可控單元為電網提供支持服務。

美國對微網的研究主要著重于利用微網提高重要負荷的供電可靠性，同時滿足用戶定制的多種電能質量需求、降低成本、實現智能化等。

加拿大政府針對微網研究啟動了綜合社區能源管理（ICES）研究計劃。重點關注微網技術在各類社區供能環節的應用，特別強調各類分布式能源的集成利用和與社區公共設施（交通、醫療、通訊等）的相互支撐。在ICES項目資助下，加拿大先后建立了一系列微電網示范工程，并計劃在2020年前，在全國構建2000余個ICES系統。

2.2歐洲的微網發展現狀

歐洲重視可再生清潔能源的發展，是開展微網研究和示范工程較早的地區，1998年就開始了有關微網的研究工作。2005年，歐洲提出“SmartPowerNetworks”概念，并在2006年出臺該計劃的技術實現方略。

歐盟在第五、第六和第七框架下支持了一系列關于發展分布式發電和微網技術的研究項目，組織眾多高校和企業，針對分布式能源集成、微網接入配電網的協調控制策略、經濟調度措施、能量管理方案、繼電保護技術，以及微網對電網的影響等內容開展重點研究，目前已形成包含分布式發電和微網控制、運行、保護、安全及通信等基本理論體系。同時，歐洲相繼建設了一批微網示范工程，例如希臘基斯諾斯島微網示范工程、德國曼海姆微網示范工程、丹麥法羅群島微網示范工程、英國埃格島微網示范工程等。

歐洲對微網的發展和研究主要圍繞著可靠性、可接入性、靈活性3個方面展開，實現電網的智能化、能量利用的多元化，滿足能源用戶對電能質量的多種要求、滿足電力市場的需求以及歐洲電網的穩定和環保要求等。