智能微網(wǎng)在分布式能源接入中的作用與挑戰(zhàn)

2017-10-30 09:07:44 分布式能源　點(diǎn)擊量：1924 評(píng)論 (0)

1智能微網(wǎng)的概念及其在分布式能源接入中的作用隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展對(duì)能源需求的不斷增長(zhǎng)，分布式可再生能源發(fā)電由于靠近用戶側(cè)直接供能且便于實(shí)現(xiàn)多種能源形式的互補(bǔ)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(wǎng)的概念及其在分布式能源接入中的作用

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展對(duì)能源需求的不斷增長(zhǎng)，分布式可再生能源發(fā)電由于靠近用戶側(cè)直接供能且便于實(shí)現(xiàn)多種能源形式的互補(bǔ)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(chǎn)生的間歇性和波動(dòng)性會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行和電力交易造成直接的沖擊，影響電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性；另一方面大量不受控的分布式能源發(fā)電并網(wǎng)會(huì)造成電力系統(tǒng)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(tǒng)的接入規(guī)模和運(yùn)行效率。

為整合分布式發(fā)電優(yōu)勢(shì)，降低分布式可再生能源對(duì)電網(wǎng)的沖擊和負(fù)面影響，美國電力可靠性技術(shù)協(xié)會(huì)（CERTS）提出了微網(wǎng)（MicroGrid）的概念。微網(wǎng)是指由分布式能源、能量變換裝置、負(fù)荷、監(jiān)控和保護(hù)裝置等匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制和管理的自治系統(tǒng)。微網(wǎng)的構(gòu)成如圖1所示。

既有僅利用光伏、儲(chǔ)能和負(fù)荷一起構(gòu)成的簡(jiǎn)單微網(wǎng)；也有由風(fēng)力、光伏、儲(chǔ)能、冷/熱/電聯(lián)供系統(tǒng)等構(gòu)成的多種類設(shè)備微網(wǎng)；還有由滿足一定技術(shù)條件的分布式電源和微網(wǎng)廣泛接入構(gòu)成的公共微網(wǎng)。微網(wǎng)可以看作是小型的電力系統(tǒng)，它具備完整的發(fā)電和配電功能，可以有效實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)的能量?jī)?yōu)化。隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，相應(yīng)提出了具備靈活性、高效性和智能化等特征的智能微網(wǎng)的概念。智能微網(wǎng)的提出旨在實(shí)現(xiàn)中低壓配電系統(tǒng)層面上分布式能源的靈活、高效應(yīng)用，解決數(shù)量龐大、形式多樣的分布式能源無縫接入和并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的主要問題，同時(shí)具備一定的能量管理功能，有效降低系統(tǒng)運(yùn)行人員的調(diào)度難度，并提升可再生能源的接入能力

按照是否與常規(guī)電網(wǎng)聯(lián)結(jié)，微網(wǎng)可分為聯(lián)網(wǎng)型微網(wǎng)和獨(dú)立型微網(wǎng)。

（1）聯(lián)網(wǎng)型微網(wǎng)具有并網(wǎng)和獨(dú)立兩種運(yùn)行模式。在并網(wǎng)工作模式下，一般與中、低壓配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，互為支撐，實(shí)現(xiàn)能量的雙向交換。通過網(wǎng)內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電控制和分布式電源出力的協(xié)調(diào)控制，可以實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；也可實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)和常規(guī)電網(wǎng)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(fā)電功率的波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的影響。在外部電網(wǎng)故障情況下，可轉(zhuǎn)為獨(dú)立運(yùn)行模式，繼續(xù)為微網(wǎng)內(nèi)重要負(fù)荷供電，提高重要負(fù)荷的供電可靠性，并提供優(yōu)良的電能質(zhì)量和其他輔助性服務(wù)，如電壓支撐、向外饋送電能甚至提供黑啟動(dòng)能力。

（2）獨(dú)立型微網(wǎng)不與常規(guī)電網(wǎng)相連接，利用自身的分布式電源滿足微網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷的需求。當(dāng)網(wǎng)內(nèi)存在可再生能源分布式電源時(shí)，常常需要配置儲(chǔ)能系統(tǒng)以抑制這類電源的功率波動(dòng)，同時(shí)在充分利用可再生能源的基礎(chǔ)上，滿足不同時(shí)段負(fù)荷的需求。這類微網(wǎng)更加適合在海島、邊遠(yuǎn)地區(qū)等地為用戶供電。

總體來看，微網(wǎng)的出現(xiàn)將完全改變配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特性，在微觀上，微網(wǎng)可以看做是小型的電力系統(tǒng)，具備完整的發(fā)、輸、配電功能，可以實(shí)現(xiàn)局部的功率平衡與能量?jī)?yōu)化；在宏觀上，微網(wǎng)又可以認(rèn)為是配電系統(tǒng)中的一個(gè)“虛擬”的電源或負(fù)荷。這使得現(xiàn)在的電力系統(tǒng)有了更大的柔性和可控性，同時(shí)也具有了更多的商業(yè)模式。現(xiàn)有研究和實(shí)踐表明，將分布式電源以微網(wǎng)形式接入到電網(wǎng)中并網(wǎng)運(yùn)行，與電網(wǎng)互為支撐，是發(fā)揮分布式能源效能的最有效方式，具有巨大的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)意義。

2智能微網(wǎng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

國內(nèi)外針對(duì)微網(wǎng)技術(shù)已開展了較為廣泛深入的研究，在取得理論和技術(shù)研究成果的同時(shí)，建設(shè)了一批微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和試點(diǎn)工程，對(duì)微網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵裝備進(jìn)行驗(yàn)證。

2.1北美地區(qū)微網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

美國是最早提出并建設(shè)微網(wǎng)的國家，擁有全球最多的微電網(wǎng)示范工程，數(shù)量超過200個(gè)，約占全球微電網(wǎng)數(shù)量的50%。1999年，美國電力可靠性技術(shù)協(xié)會(huì)（CERTS）最早對(duì)微網(wǎng)的思想進(jìn)行了描述和總結(jié)，并于2002年系統(tǒng)地提出了微網(wǎng)的定義。美國能源部將微網(wǎng)視為未來電力系統(tǒng)的三大基石技術(shù)之一，將其列入了美國“Grid2030”計(jì)劃。美國微網(wǎng)示范工程地域分布廣泛、投資主體多元、結(jié)構(gòu)組成多樣、應(yīng)用場(chǎng)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(gè)可控單元為電網(wǎng)提供支持服務(wù)。

美國對(duì)微網(wǎng)的研究主要著重于利用微網(wǎng)提高重要負(fù)荷的供電可靠性，同時(shí)滿足用戶定制的多種電能質(zhì)量需求、降低成本、實(shí)現(xiàn)智能化等。

加拿大政府針對(duì)微網(wǎng)研究啟動(dòng)了綜合社區(qū)能源管理（ICES）研究計(jì)劃。重點(diǎn)關(guān)注微網(wǎng)技術(shù)在各類社區(qū)供能環(huán)節(jié)的應(yīng)用，特別強(qiáng)調(diào)各類分布式能源的集成利用和與社區(qū)公共設(shè)施（交通、醫(yī)療、通訊等）的相互支撐。在ICES項(xiàng)目資助下，加拿大先后建立了一系列微電網(wǎng)示范工程，并計(jì)劃在2020年前，在全國構(gòu)建2000余個(gè)ICES系統(tǒng)。

2.2歐洲的微網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

歐洲重視可再生清潔能源的發(fā)展，是開展微網(wǎng)研究和示范工程較早的地區(qū)，1998年就開始了有關(guān)微網(wǎng)的研究工作。2005年，歐洲提出“SmartPowerNetworks”概念，并在2006年出臺(tái)該計(jì)劃的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方略。

歐盟在第五、第六和第七框架下支持了一系列關(guān)于發(fā)展分布式發(fā)電和微網(wǎng)技術(shù)的研究項(xiàng)目，組織眾多高校和企業(yè)，針對(duì)分布式能源集成、微網(wǎng)接入配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制策略、經(jīng)濟(jì)調(diào)度措施、能量管理方案、繼電保護(hù)技術(shù)，以及微網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響等內(nèi)容開展重點(diǎn)研究，目前已形成包含分布式發(fā)電和微網(wǎng)控制、運(yùn)行、保護(hù)、安全及通信等基本理論體系。同時(shí)，歐洲相繼建設(shè)了一批微網(wǎng)示范工程，例如希臘基斯諾斯島微網(wǎng)示范工程、德國曼海姆微網(wǎng)示范工程、丹麥法羅群島微網(wǎng)示范工程、英國埃格島微網(wǎng)示范工程等。

歐洲對(duì)微網(wǎng)的發(fā)展和研究主要圍繞著可靠性、可接入性、靈活性3個(gè)方面展開，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能化、能量利用的多元化，滿足能源用戶對(duì)電能質(zhì)量的多種要求、滿足電力市場(chǎng)的需求以及歐洲電網(wǎng)的穩(wěn)定和環(huán)保要求等。

責(zé)任編輯：lixin

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