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不可不知的:微电网技术及国内外微电网发展现状

    微电网即微型电网是一种由负荷和微型电源共同组成的、可提供电能系统。
       微电网相对外部大电网表现为一个单一的可控单元,该可控单元能够满足微电网内部用户对电能质量及供电可靠性和安全性的要求。
       微电网特征
       1、微电网内部的电源主要由电力电子器件负责能量的转换,并提供必要的控制。
       2、微电网相对于外部大电网表现为单一的受控单元,并可同时满足用户对电能质量和供电安全等方面的要求。
       3、微电网存在两种典型的运行模式:正常情况下微电网与常规配电网并网运行,称为联网模式;当检测到电网故障或电能质量不满足要求时,微电网将及时与电网断开而独立运行,称为孤岛模式。两者之间的切换必须平滑而快速。
       国内外现状
       近年来,许多国家如美国、日本、澳大利亚等纷纷开展了对微电网技术的研究,并且解决了一部分微电网技术中的运行、保护、经济性等理论问题。
       国外微电网发展
       美国是最先提出了微电网概念的国家,1999年美国可靠性技术解决方案协会,首次对微电网在结构、控制、经济等方面进行了研究并于2002年正式提出了相对完整的微电网概念,并且是目前微电网概念中最权威的一个。
       欧洲国家于2005年提出“Smart Power Networks”计划,随后便出台该计划的技术实现方略。“Smart Power Networks”计划作为欧洲2020年及后续的电力发展目标表明了未来欧洲电网需具备以下特点:灵活性、可接入性、可靠性及经济性。
       并且提出微电源输出端逆变器相应控制策略:PQ控制VSI(voltage source inverter)控制策略。同时提出优化约束方程,并对超额发出热能的弃用制订了惩罚方案。最后,在满足微电网电、热双重需求的条件下,以系统燃料耗量最低为目标,提出了优化的功率分配方案。
       国内微电网发展
       2008年初,冰雪天气导致我国发生大面积停电,只有少数小电网在支撑重要用户运行。这暴露了我国现有的网架结构在保障用户供电方面所存在的薄弱环节同时也将微型电网的作用充分展示了出来,并促使我国加快了对微型电网的研究步伐。
       2009年,中国国家科技部通过“973”计划项目,专门资助了分布式发电供能系统的相关基础研究。
       次年,中国国家科技部通过《国家高科技研究发展计划(863)》立项了近十个有关微电网方面的研究课题。
       “十二五”期间,我国将在太阳能、风能占优势的地区建设成微电网示范区,同时还将推动建设100座新能源示范城市。
       我国微电网的发展虽尚处于起始阶段,但微电网的特点适应我国电力发展的需求和方向,具有广阔的发展前景。
       微电网关键技术
       在微电网研究领域,最为关键的技术是微电网的运行控制。
       目前,有三种比较常见的微电网控制方式:
       1、基于电力电子技术等概念的控制方法。该方法根据微电网的控制要求与发电机的下垂特性将不平衡功率动态分配给各机组承担,具有简单、可靠、易于实现的优点。
       2、基于能量管理系统的控制。该方法采用不同的控制模块分别对有功和无功进行控制,很好地满足了微电网的多种控制要求,此外该方法针对微电网中对无功的不同需求,功率管理系统采用了不同的控制方法从而提高了控制性能。
       3、基于多代理技术的微电网控制。该方法将计算机领域的多代理技术应用到微电网,代理的自治性、自发性等特点能够很好地适应和满足微电网分散控制的要求。
       微电网的保护方法与传统配电网的保护方法不同,主要是微电网的多电源特性,使得两者区别很大。主要难点在潮流的双向流动、并网和孤立运行时短路容量的变化方面。因此,传统配电网在低压侧集中无功补偿的方法已经不适合微电网。
       大部分的新能源发电技术所发出的电能在频率和电压水平上不能满足现有互联电网的要求,因此无法直接接入电网,需通过电力电子设备才能接入。为此要大力加强对电力电子技术的研究,研制一些新型的电力电子设备作为配套设施,如并网逆变器、静态开关和电能控制装置。
       太阳能、风能等可再生能源接入电网给电力系统带来了非常大的影响,虽然相对于传统的能源发电,可再生能源的成本并不低,但是其新型的发电技术对于电网的发展起到了关键的作用。
       储能技术在微电网中是特别重要的一项技术,它具有削峰填谷的作用从而提高了间歇式能源的利用效率,该技术的关键在于超导储能技术,超级电容等方面。
       总结
       微电网作为分布式发电优化集成的一种方式,已经成为世界各国研究的重点,微电网将在未来占有重要的地位。微电网虽然具有很多优点,但在大规模应用之前,还有许多问题需要解决。
       所以中国微电网技术的发展还将面临着更多挑战。但是近年来国家已出台新的政策积极鼓励新能源的发展并且方便新能源接入配电网,相信中国的微电网技术会走上高速发展的道路。

来源:重庆大学电气工程学院