微電網(wǎng)可協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式電源間的矛盾，充分挖掘分布式電源的價(jià)值和效益，順應(yīng)我國(guó)大力開展可再生能源發(fā)電，社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的要求，因此對(duì)其進(jìn)行深入研究具有重大意義。

中圖分類號(hào)：TM 727

On the Research of Micro-grid

HAN Xiao-qing

(Taiyuan University of Technology , Taiyuan 030024, Shanxi, China)

Abstract: The micro-grid can coordinate the contradiction between power grid and distributed generation, fully develop the value and effectiveness of distributed generation, and meet the requirements of developing renewable energy power generation and the social sustainable development in China, so it is of great significance to study it in-depth.

Keywords: micro-grid; energy-saving and emission-reduction; research

0 引言

隨著煤、石油等化石燃料的日益減少，全球能源、環(huán)境問題逐漸凸顯，而風(fēng)能、太陽能等新能源具有資源豐富、可再生、環(huán)保的特點(diǎn)，世界各國(guó)都非常重視風(fēng)能、太陽能等新能源的開發(fā)和利用。

近年來，全球風(fēng)電裝機(jī)容量、光伏發(fā)電裝機(jī)保持每年20%、25%的增速;我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量、光伏發(fā)電裝機(jī)保持每年40%、50%的增速;我省風(fēng)電裝機(jī)容量、光伏發(fā)電裝機(jī)保持每年30%、35%的增速;世界各國(guó)對(duì)風(fēng)能、太陽能、生物能等可再生能源的利用促進(jìn)了分布式電源的快速發(fā)展，使分布式發(fā)電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

分布式發(fā)電是指將相對(duì)小型的發(fā)電裝置分散布置在用戶現(xiàn)場(chǎng)或用戶附近的發(fā)電方式。分布式電源位置靈活、分散的特點(diǎn)極好地適應(yīng)了分散電力需求和資源分布，減少了輸、配電網(wǎng)升級(jí)換代所需的巨額投資，同時(shí)它與大電網(wǎng)互為備用也使供電可靠性得以改善。但也存在諸多問題，例如：分布式電源單機(jī)接入成本高、控制困難等。特別是分布式電源相對(duì)大電網(wǎng)是不可控源，使得電網(wǎng)往往采取限制、隔離的方式來處置分布式電源以減小其對(duì)大電網(wǎng)的沖擊。

1 微電網(wǎng)的概念

　　為協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式電源間的矛盾，充分挖掘分布式電源的價(jià)值和效益，在本世紀(jì)初學(xué)者們提出了微電網(wǎng)的概念。微電網(wǎng)將發(fā)電機(jī)、負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置及控制裝置等結(jié)合，形成一個(gè)單一可控的單元，向用戶供給電能。微電網(wǎng)中的電源多為分布式電源，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏發(fā)電以及微型燃?xì)廨啓C(jī)及燃料電池 、超級(jí)電容、飛輪、蓄電池等儲(chǔ)能裝置。它們接在用戶側(cè)，具有低成本、低電壓和低污染的特點(diǎn)。微電網(wǎng)既可與大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，也可在電網(wǎng)故障或需要時(shí)與主網(wǎng)斷開單獨(dú)運(yùn)行。微電網(wǎng)具有雙重角色，可以被控制為一個(gè)簡(jiǎn)單的可調(diào)度負(fù)荷，也可以作為一個(gè)可定制的電源以滿足用戶多樣化的需求。微電網(wǎng)在接入電力系統(tǒng)時(shí)，入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)只針對(duì)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的公共連接點(diǎn)，而不針對(duì)各個(gè)具體的微電源。因此，微電網(wǎng)可以充分發(fā)揮了分布式電源的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，也為用戶帶來了多方面的效益。微電網(wǎng)是大電網(wǎng)的有利補(bǔ)充，可以經(jīng)濟(jì)有效地解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電，避免單一供電模式造成的地區(qū)電網(wǎng)薄弱和大面積停電事故，提高供電系統(tǒng)的安全性、靈活性和可靠性，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，是能源發(fā)展的方向。

2 微電網(wǎng)的研究

近三年來，圍繞《含分布式電源的微電網(wǎng)運(yùn)行與優(yōu)化控制的合作研究》重大課題，致力于分布式發(fā)電、微電網(wǎng)運(yùn)行、電力變換器控制、電力電子在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用、新能源并網(wǎng)與利用等相關(guān)領(lǐng)域項(xiàng)目的研究與合作，“風(fēng)光發(fā)電控制與智能電網(wǎng)山西省科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”成員已在雙向DC\DC、雙向AC\DC、光伏逆變器等方面做了大量深入研究，并取得顯著成果，可為交直流混合微電網(wǎng)中各類微電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)等的協(xié)調(diào)運(yùn)行、光伏及風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)以及電動(dòng)車充放電控制等提供理論和技術(shù)支持。

a) 最早在國(guó)際上提出“交直流混合微電網(wǎng)”的概念、模型與結(jié)構(gòu)。交直流混合微電網(wǎng)將交流配電網(wǎng)和直流配電網(wǎng)通過功率變換器相連接，不僅保留了交直流電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)減少了多重交直流變換造成的能耗和電器設(shè)備中的多余電力電子轉(zhuǎn)換器件。主要針對(duì)交直流混合微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、各微電源及儲(chǔ)能裝置的協(xié)調(diào)控制、微網(wǎng)結(jié)構(gòu)中電力電子的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)做了大量研究。提出一種適用于交直流母線間功率變換器的下垂控制方式，可以實(shí)現(xiàn)交直流配電網(wǎng)功率自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證微電網(wǎng)功率平衡;提出新的電力電子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，優(yōu)化了微電源和儲(chǔ)能裝置功率出力及功率流向的無縫切換;

b) 針對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)的集成做了大量研究，包括新能源發(fā)電(如風(fēng)電、光伏等)并網(wǎng)，及電動(dòng)汽車的充放電控制。主要有以下幾方面研究重點(diǎn)：綜合考慮多維風(fēng)速影響因素，建立風(fēng)速模型并進(jìn)行風(fēng)速預(yù)測(cè)，同時(shí)監(jiān)測(cè)分析風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)點(diǎn)的電能質(zhì)量;分析評(píng)估新能源發(fā)電高滲透率情況下的系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和能源利用效率;提出一項(xiàng)新指標(biāo)，用于評(píng)估風(fēng)速驟升或緩降時(shí)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的剩余電能;

c) 針對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)中配電網(wǎng)可靠性的分析取得了顯著的研究成果。主要研究有：針對(duì)新能源發(fā)電的不確定性和間歇性，提出了新的電力系統(tǒng)和微電網(wǎng)運(yùn)行可靠性模型; 為了減少新能源并網(wǎng)引起的頻率和電壓的變化，提出了微電網(wǎng)中儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法;提出針對(duì)大型風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行四維風(fēng)功率預(yù)測(cè)的模型和方法，提高電力調(diào)度計(jì)劃的準(zhǔn)確性，從而提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性;建立融合風(fēng)電和傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電模型，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷和發(fā)電量同時(shí)變化時(shí)，采用新算法減小可靠性分析運(yùn)算量;針對(duì)系統(tǒng)無功功率源故障引起的無電壓變化進(jìn)行研究，并提出無功功率缺失對(duì)系統(tǒng)可靠性影響的相關(guān)指標(biāo);針對(duì)風(fēng)機(jī)故障時(shí)對(duì)下游風(fēng)速及風(fēng)電場(chǎng)出力的影響，結(jié)合地形和風(fēng)機(jī)可靠性，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電進(jìn)行可靠性評(píng)估，并采用二次插值法計(jì)算風(fēng)機(jī)最佳位置，保證風(fēng)電場(chǎng)最大出力;

d) 針對(duì)微電網(wǎng)中存在的電壓質(zhì)量問題，提出了基于光蓄發(fā)電單元的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(dynamic voltage restorer, DVR)。DVR以光蓄發(fā)電單元為儲(chǔ)能單元，通過整流器串聯(lián)接入到低壓配電網(wǎng)與微電網(wǎng)公共連接處。提出了DVR的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)方式、不間斷供電方式和微電源方式的3種運(yùn)行模式。通過對(duì)系統(tǒng)開關(guān)信號(hào)進(jìn)行合理控制，實(shí)現(xiàn)3種模式的有效切換，提高DVR設(shè)備的利用率。DVR的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)方式可有效抑制電壓暫降或驟升，改善微電網(wǎng)電壓質(zhì)量;不間斷供電方式可提高對(duì)負(fù)荷的供電可靠性;微電源方式可以減少主網(wǎng)的電能供給，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

3 結(jié)語

微電網(wǎng)能有效降低或消除分布式電源直接接入大電網(wǎng)所產(chǎn)生的負(fù)面影響，為新能源及可再生能源并網(wǎng)發(fā)電的規(guī)模化應(yīng)用提供了新的途徑。微電網(wǎng)技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)興起，順應(yīng)了我國(guó)大力開展可再生能源發(fā)電，社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的要求，因此對(duì)其進(jìn)行深入研究具有重大意義，將促進(jìn)山西省風(fēng)電、光電產(chǎn)業(yè)健康、持續(xù)發(fā)展。