DQZHAN技術(shù)訊：【漲知識】一文看懂什么是微電網(wǎng)！

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力需求也增長迅速，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復雜，集中式發(fā)電，大電網(wǎng)遠距離傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也面臨著越來越多的挑戰(zhàn)，成本高，運行難度大，難以適應(yīng)用戶對高質(zhì)量、高可靠性電能的要求和多樣化供電的需求。21世紀頭十年的多次大范圍、大規(guī)模停電也讓人們意識到需要一些其他的電力系統(tǒng)發(fā)展模式來應(yīng)對問題，從而使電網(wǎng)運行的更經(jīng)濟高效。

這時以分布式電源為主要單元的智能電網(wǎng)作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，也受到人們越來越多的關(guān)注。然而當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，分布式電源必須馬上退出運行，這限制了分布式電源的的作用。為了使用分布式電源的效益，學者提出了微電網(wǎng)的概念。

微電網(wǎng)的概念

微電網(wǎng)（Micro-Grid）也譯為微網(wǎng)，是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、負荷、監(jiān)控和保護裝置等組成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。

微電網(wǎng)是相對傳統(tǒng)大電網(wǎng)的一個概念，是指多個分布式電源及其相關(guān)負載按照一定的拓撲結(jié)構(gòu)組成的網(wǎng)絡(luò)，通過靜態(tài)開關(guān)關(guān)聯(lián)至常規(guī)電網(wǎng)。開發(fā)和延伸微電網(wǎng)能夠充分促進分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接入，實現(xiàn)對負荷多種能源形式的高可靠供給，是實現(xiàn)主動式配電網(wǎng)的一種有效方式，使傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)過渡。微電網(wǎng)的提出旨在實現(xiàn)分布式電源的靈活、高效應(yīng)用，解決數(shù)量龐大、形式多樣的分布式電源并網(wǎng)問題。

微電網(wǎng)的分類及應(yīng)用場景

01 分類

宏觀上分類：微電網(wǎng)大致有兩種類型，分別是獨立型和并網(wǎng)型。

① 獨立型微電網(wǎng)就是可單獨建設(shè)、運行的供電方式，和外部電網(wǎng)沒有關(guān)系，獨立型微電網(wǎng)可以保證微電網(wǎng)內(nèi)發(fā)電和供電的平衡，實現(xiàn)電網(wǎng)內(nèi)供電的穩(wěn)定性。

② 并網(wǎng)型微電網(wǎng)是和外部電網(wǎng)一起聯(lián)網(wǎng)運行，當外部電網(wǎng)出現(xiàn)故障，這個時候要和外網(wǎng)斷開，這樣才可以控制網(wǎng)內(nèi)的電源和儲能系統(tǒng)，讓重要用電負荷的供電可以正常。

微觀上分類：微電網(wǎng)有以下五種類型。

① 直流微電網(wǎng)：分布式電源、儲能裝置、負荷等均連接至直流母線，直流網(wǎng)絡(luò)再通過電力電子逆變裝置連接至外部交流電網(wǎng)。直流微電網(wǎng)通過電力電子變換裝置可以向不同電壓等級的交流、直流負荷提供電能，分布式電源和負荷的波動可由儲能裝置在直流側(cè)調(diào)節(jié)。

② 交流微電網(wǎng)：分布式電源、儲能裝置等均通過電力電子裝置連接至交流母線。目前交流微電網(wǎng)仍然是微電網(wǎng)的主要形式。通過對PCC處開關(guān)的控制，可實現(xiàn)微電網(wǎng)并網(wǎng)運行與孤島模式的轉(zhuǎn)換。

③ 交直流混合微電網(wǎng)：既含有交流母線又含有直流母線，既可以直接向交流負荷供電又可以直接向直流負荷供電。

④ 中壓配電支線微電網(wǎng)：以中壓配電支線為基礎(chǔ)將分布式電源和負荷進行有效集成的微電網(wǎng)，它適用于向容量中等、有較高供電可靠性要求、較為集中的用戶區(qū)域供電。

⑤ 低壓微電網(wǎng)：在低壓電壓等級上將用戶的分布式電源及負荷適當集成后形成的微電網(wǎng)，這類微電網(wǎng)大多由電力或能源用戶擁有，規(guī)模相對較小。

02 應(yīng)用場景

我們綜合微電網(wǎng)的特點和類型，分析其適合的幾大應(yīng)用場景

① 在離岸海島微電網(wǎng)的應(yīng)用

在微電網(wǎng)系統(tǒng)中，各種能源在不同季節(jié)、不同時段中協(xié)同運行，多能互補也成為離岸海島電力系統(tǒng)的佳配置。夏季可以享受較長時間的日照，再加上夏季雨水較少，光伏系統(tǒng)的利用率也隨之提高。然而受天氣影響，風電和水電在夏季的出力狀況卻不夠理想。到了冬季，海島上降雨增多，小型水力發(fā)電機也能成為主要的電力來源。微電網(wǎng)的控制系統(tǒng)可以監(jiān)測發(fā)電設(shè)施的運行，優(yōu)化電池的充放電循環(huán)，并且在電力短缺時自動啟動柴油發(fā)電機。

微電網(wǎng)將可以極大程度提升電力消費品質(zhì)。離網(wǎng)型海島微電網(wǎng)可以滿足現(xiàn)代生活的電力需求。

② 在偏遠區(qū)域微電網(wǎng)的應(yīng)用

除了可以改善現(xiàn)有的供電系統(tǒng)外，離網(wǎng)型微電網(wǎng)還是無電地區(qū)實現(xiàn)電力普及的重要一環(huán)。以光伏為主、柴油發(fā)電機作為備用的分布式能源系統(tǒng)可以解決這些偏遠地區(qū)的用電問題。不同于普通的交流用電，戶用微網(wǎng)系統(tǒng)以直流電運行，避免了光伏、電池和家電之間交直流轉(zhuǎn)換引起的能量損失。整套系統(tǒng)的成本比架設(shè)電網(wǎng)的方式更低，供電也更加可靠。分布式光伏、儲能電池與已有的柴油發(fā)電機構(gòu)成微電網(wǎng)系統(tǒng)。

微電網(wǎng)可以為用戶提供可靠電力的同時也降低了用電成本，在柴油價格走高之時，光伏的替代作用使系統(tǒng)的經(jīng)濟性更加出眾。

③ 在城市社區(qū)微電網(wǎng)中的應(yīng)用

如果說離網(wǎng)型微電網(wǎng)是海島和偏遠地區(qū)實現(xiàn)電力普及的必選項，那么在可靠電網(wǎng)覆蓋的城市開發(fā)微電網(wǎng)系統(tǒng)則將起到錦上添花的作用。并網(wǎng)型微電網(wǎng)可以在聯(lián)網(wǎng)和獨立運行兩種狀態(tài)之間自由切換。當大電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，微電網(wǎng)可以選擇與大電網(wǎng)斷開，保障區(qū)域內(nèi)用戶的供能；當選擇聯(lián)網(wǎng)運行時，微電網(wǎng)也可以通過出售多余電力和需求響應(yīng)等方式獲得額外的經(jīng)濟收益，充分體現(xiàn)了微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

03 應(yīng)用痛點

① 微電網(wǎng)行業(yè)發(fā)展不平衡。特別是在做示范工程的時候，設(shè)備的性能差異比較大，需要經(jīng)常跟設(shè)備廠家打交道。

② 微電網(wǎng)建設(shè)是多單位參與的，需要考慮很多非技術(shù)因素，例如資金的來源、微電網(wǎng)的管控或者由誰來建設(shè)等。

③ 微電網(wǎng)的技術(shù)門檻比較高，跨度比較大。

④ 微電網(wǎng)的技術(shù)服務(wù)范圍比較窄。因為微電網(wǎng)在沒有大批量商業(yè)應(yīng)用之前，廠家不會投入很多的研發(fā)精力，導致微電網(wǎng)的技術(shù)服務(wù)跟不上。

*目前國家相關(guān)政策鼓勵和支持微電網(wǎng)開展配售電業(yè)務(wù)。考慮到我國增量配網(wǎng)尚屬試點階段，微電網(wǎng)配售電將面臨更多困難。例如，微電網(wǎng)內(nèi)用戶如何與微電網(wǎng)售電公司費用結(jié)算、消費不同種類的分布式電源應(yīng)包含哪些附加費用、用戶是否還需要繳納公共電網(wǎng)的輸電費、微電網(wǎng)與外部電網(wǎng)電量交換的價格機制和微電網(wǎng)的備用容量機制如何考慮等等。

關(guān)鍵技術(shù)

01 關(guān)鍵技術(shù)

總體而言分布式電源類型的多樣性及微電網(wǎng)運行方式的復雜性使得微電網(wǎng)有別于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)。下圖所示的是微電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計、運行優(yōu)化、保護控制、仿真實驗等關(guān)鍵技術(shù)。

① 規(guī)劃設(shè)計：

微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的目的是在對負荷需求和可再生能源資源情況進行充分分析預(yù)測的基礎(chǔ)上，依據(jù)特定的目標和系統(tǒng)約束條件，確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及設(shè)備配置，盡可能實現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟性、環(huán)保性及能源利用效率等量化指標的優(yōu)化。

② 運行優(yōu)化：

微電網(wǎng)的運行優(yōu)化策略由能量管理系統(tǒng)在已知各種運行信息的基礎(chǔ)上制定完成。目的是根據(jù)分布式電源出力預(yù)測、微電網(wǎng)內(nèi)能源需求、市場信息等數(shù)據(jù)，按照不同的優(yōu)化運行目標和約束條件做出決策，實時制定微電網(wǎng)運行調(diào)度策略，通過對分布式電源、儲能設(shè)備和負荷的靈活調(diào)度來實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化運行。

③ 保護控制：

微電網(wǎng)保護涉及的故障情況可分為微電網(wǎng)外部故障和微電網(wǎng)內(nèi)部故障。其中，微電網(wǎng)內(nèi)部故障在微電網(wǎng)并網(wǎng)運行和孤立運行兩種模式下，所呈現(xiàn)的故障特性及所采取的保護方法又有所不同，且與微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源的控制方式緊密相關(guān)。

④ 仿真實驗:

數(shù)字仿真是微電網(wǎng)研究的主要手段之一，對于研究微電網(wǎng)運行機理、規(guī)劃設(shè)計、優(yōu)化運行、保護控制等問題提供了必要的工具和強有力技術(shù)支撐。微電網(wǎng)中不同設(shè)備和控制系統(tǒng)的時間常數(shù)差異較大，整個微電網(wǎng)系統(tǒng)呈現(xiàn)出強剛性的特點。數(shù)字仿真技術(shù)應(yīng)實現(xiàn)對微電網(wǎng)中微秒級快速變化的電磁暫態(tài)過程、毫秒級變化的機電暫態(tài)過程、秒級到分鐘級變化的中長期動態(tài)過程和系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行過程的全過程仿真。

02 控制方式

同時現(xiàn)在市場上有三種比較常見的微電網(wǎng)控制方式

① 基于電力電子技術(shù)等概念的控制方法

該方法根據(jù)微電網(wǎng)的控制要求與發(fā)電機的下垂特性將不平衡功率動態(tài)分配給各機組承擔，具有簡單、可靠、易于實現(xiàn)的優(yōu)點。

② 基于能量管理系統(tǒng)的控制

該方法采用不同的控制模塊分別對有功和無功進行控制，很好地滿足了微電網(wǎng)的多種控制要求，此外該方法針對微電網(wǎng)中對無功的不同需求，功率管理系統(tǒng)采用了不同的控制方法從而提高了控制性能。

③ 基于多代理技術(shù)的微電網(wǎng)控制

該方法將計算機領(lǐng)域的多代理技術(shù)應(yīng)用到微電網(wǎng)，代理的自治性、自發(fā)性等特點能夠很好地適應(yīng)和滿足微電網(wǎng)分散控制的要求。

微電網(wǎng)的發(fā)展趨勢

據(jù)了解，微電網(wǎng)未來覆蓋的電壓將越來越高，容量也越大。未來是微電網(wǎng)的規(guī)模會越來越大，這就更加方便居民的用電。 我國的微電網(wǎng)工程目前還處在示范階段，很多技術(shù)性問題還需要做進一步研究，市場化進程步子還在緩緩邁開。

但是我們通過對微電網(wǎng)的考察，綜合考慮其發(fā)展情況，認為微電網(wǎng)的特點適應(yīng)我國電力行業(yè)發(fā)展的需求，我國發(fā)展微電網(wǎng)具有很大的應(yīng)用價值：

① 以光伏、風能、生物能為主的可再生能源發(fā)電形式將是微電網(wǎng)的重要電源組成部分。

中國可再生能源的發(fā)展?jié)摿κ志薮蟆Ｈ裟軐⒇摵牲c附近的分布式能源發(fā)電技術(shù)、儲能及電力電子控制技術(shù)等很好地結(jié)合起來構(gòu)成微電網(wǎng)，則可再生能源將充分發(fā)揮其重要潛力。

② 微電網(wǎng)在提高中國電網(wǎng)的供電可靠性、改善電能質(zhì)量方面都起著重要作用。

我國經(jīng)濟在快速發(fā)展，電力是必不可少的助推劑，微電網(wǎng)可根據(jù)用戶對電力供給的不同需求將負荷分類，從而在合適的情況下向客戶提供個性化的供電。

③ 微電網(wǎng)作為大電網(wǎng)形式的補充也可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，更好的面對突發(fā)情況。

與常規(guī)的集中式發(fā)點相比，將微電網(wǎng)和現(xiàn)在的電力系統(tǒng)相結(jié)合，可以形成一個高效、靈活的新系統(tǒng)。微電網(wǎng)的新系統(tǒng)里，不需要建設(shè)過多的配電站，輸電線路大為減少，故障率也相應(yīng)降低，一方面建設(shè)費用大幅縮減，線路損耗減小，維修費減少，成本降低，另一方面，靈活的設(shè)置小型電源，建設(shè)周期短，既可以應(yīng)付短期迅速激增的電力需求，也不占用電力走廊。

④ 微電網(wǎng)具有較大的經(jīng)濟性、靈活性。

微電網(wǎng)可以控制分布式電源的運行，當對微電網(wǎng)進行合理正確的操作時，可以平穩(wěn)的控制微電網(wǎng)在并網(wǎng)和孤網(wǎng)運行兩種模式間切換，故可以根據(jù)電力市場進行調(diào)整以獲取較大的經(jīng)濟利益。即當大電網(wǎng)負荷較重時，微電網(wǎng)并網(wǎng)運行，而在市場負荷低谷時，微電網(wǎng)孤網(wǎng)運行，利用分布式電源向就近負荷供電。

⑤ 微電網(wǎng)可以延緩電網(wǎng)投資，減少電損，符合建設(shè)節(jié)約型社會的號召。

微電網(wǎng)為用戶提供的電能來自于負荷附近生產(chǎn)的電能，即“就地消費”，因此能夠有效減少對集中式大型發(fā)電廠電力生產(chǎn)的依賴以及遠距離電能傳輸、多級變送的損耗。從而延緩電網(wǎng)投資，降低網(wǎng)損。在當?shù)亟ㄔO(shè)小型風電場、太陽能電廠等以可再生能源為主的電源，形成微電網(wǎng)，既能保證當?shù)鼐用竦挠秒姡矞p少了不必要的投資。

根據(jù)我們的研究，未來的能源互聯(lián)網(wǎng)仿佛一個生命體：智能化大電網(wǎng)是血管，微電網(wǎng)則是不可或缺的毛細末梢，使電網(wǎng)能夠大量消納可再生分布式能源，從而促進綠色能源的高效利用。中國的微電網(wǎng)應(yīng)以能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為導向，以“堅強智能電網(wǎng)”的建設(shè)為依托，鼓勵用戶參與和綜合利用微電網(wǎng)價值滿足未來能源多元需求，接納分布式電源，提高能效。