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)和社會發(fā)展對能源需求的不斷增長，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)生的間歇性和波動性會對電網(wǎng)運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)模和運行效率。

為整合分布式發(fā)電優(yōu)勢，降低分布式可再生能源對電網(wǎng)的沖擊和負(fù)面影響，美國電力可靠性技術(shù)協(xié)會(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、儲能和負(fù)荷一起構(gòu)成的簡單微網(wǎng);也有由風(fēng)力、光伏、儲能、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，可以有效實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)的能量優(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(tǒng)運行人員的調(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)和獨立型微網(wǎng)。

(1)聯(lián)網(wǎng)型微網(wǎng)具有并網(wǎng)和獨立兩種運行模式。在并網(wǎng)工作模式下，一般與中、低壓配電網(wǎng)并網(wǎng)運行，互為支撐，實現(xiàn)能量的雙向交換。通過網(wǎng)內(nèi)儲能系統(tǒng)的充放電控制和分布式電源出力的協(xié)調(diào)控制，可以實現(xiàn)微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運行;也可實現(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)電功率的波動對電網(wǎng)的影響。在外部電網(wǎng)故障情況下，可轉(zhuǎn)為獨立運行模式，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能力。

(2)獨立型微網(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，常常需要配置儲能系統(tǒng)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(chǔ)上，滿足不同時段負(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，可以實現(xiàn)局部的功率平衡與能量優(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“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，同時也具有了更多的商業(yè)模式。現(xiàn)有研究和實踐表明，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，具有巨大的社會與經(jīng)濟(jì)意義。

2 智能微網(wǎng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

國內(nèi)外針對微網(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，建設(shè)了一批微網(wǎng)實驗系統(tǒng)和試點工程，對微網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵裝備進(jìn)行驗證。

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，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(CERTS)最早對微網(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(wǎng)提供支持服務(wù)。

美國對微網(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，同時滿足用戶定制的多種電能質(zhì)量需求、降低成本、實現(xiàn)智能化等。

加拿大政府針對微網(wǎng)研究啟動了綜合社區(qū)能源管理(ICES)研究計劃。重點關(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，并計劃在2020年前，在全國構(gòu)建2000余個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年出臺該計劃的技術(shù)實現(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)的研究項目，組織眾多高校和企業(yè)，針對分布式能源集成、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)對電網(wǎng)的影響等內(nèi)容開展重點研究，目前已形成包含分布式發(fā)電和微網(wǎng)控制、運行、保護(hù)、安全及通信等基本理論體系。同時，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個方面展開，實現(xiàn)電網(wǎng)的智能化、能量利用的多元化，滿足能源用戶對電能質(zhì)量的多種要求、滿足電力市場的需求以及歐洲電網(wǎng)的穩(wěn)定和環(huán)保要求等。