智能微網(wǎng)相關(guān)技術(shù)研究進展及風電微網(wǎng)并入智能電網(wǎng)的探討

【亞洲發(fā)電機網(wǎng)訊】在二十一世紀這個科技高速發(fā)展的時代，近年來我國興起了智能微網(wǎng)和智能電網(wǎng)的發(fā)展和建設(shè)。智能微網(wǎng)是一個新的概念，我們要從本質(zhì)去分析它的特征，從而進一步了解它的原理和結(jié)構(gòu)，然后慢慢探索其相關(guān)領(lǐng)域的需求以及發(fā)展前景，從而對智能微網(wǎng)這個新概念做出評估。智能微電網(wǎng)集成了大量綠色清潔能源的分布式電源，是智能電網(wǎng)發(fā)展的先行軍，早已在世界各地應(yīng)用。智能微網(wǎng)是一種高效、節(jié)能的迷你型現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)，能夠提高新能源滲透比、提高供電的安全性和可靠性、減少電網(wǎng)的電能損耗、減少對環(huán)境的影響，增強局部供電可靠性，降低饋電損耗，支持當?shù)仉妷海岣咭淮文茉蠢寐省?br />一、智能微網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)和運行狀態(tài)
智能微網(wǎng)的組合模式靈活多變，其結(jié)構(gòu)根據(jù)負荷的大小調(diào)整，分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負荷和監(jiān)控、保護裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)，并可滿足用戶對電能質(zhì)量和供電安全方面的要求。智能微網(wǎng)有多種運行模式，其既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以孤立運行。

二、微網(wǎng)智能化的需求
（1）技術(shù)需求
智能化是智能微網(wǎng)發(fā)展的第一步，也是最基礎(chǔ)和關(guān)鍵的一步。智能微網(wǎng)作為時代尖端的新電力概念，其對于信息技術(shù)和設(shè)備都有較高的要求，與傳統(tǒng)電力技術(shù)相比較，對數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測、快速調(diào)度和響應(yīng)等都有很高的要求，運行模式更加的靈活。

（2）裝備需求
在不久的將來智能電網(wǎng)戰(zhàn)略將成為我國電力行業(yè)的翹楚，智能電網(wǎng)技術(shù)能夠大大地提升發(fā)電的效率，因此也需要更多高端的技術(shù)設(shè)備應(yīng)用到微網(wǎng)中以發(fā)揮它最大的作用。

三、智能微網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)
（1）集成通信體系
集成通信體系具有兩個實用的功能，它能使不同的微網(wǎng)與配電網(wǎng)之間能及時傳輸數(shù)據(jù)、了解彼此狀態(tài)及時作出應(yīng)變，雙方能夠交換信息、互相兼容和設(shè)備控制等完美連接都得益于統(tǒng)一的通信標準。通信技術(shù)在智能微網(wǎng)中發(fā)揮巨大的作用，BPL技術(shù)全名寬帶電力線接入技術(shù)，是一種利用交流配電網(wǎng)線路接入因特網(wǎng)的寬帶網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的技術(shù)，它既能實時監(jiān)測家庭網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)和異常狀況并且及時作出相應(yīng)的調(diào)整和反應(yīng)，還能提供電荷和數(shù)據(jù)分析、寬帶的病毒檢測、排除故障等服務(wù)。目前BPL的技術(shù)發(fā)展日新月異，是智能微網(wǎng)通信技術(shù)的頂梁柱；目前新興的無線網(wǎng)wifi和4G等都屬于無線通信技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同設(shè)備之間的無線通訊交流。

（2）高級傳感與計量技術(shù)
基于數(shù)字通信技術(shù)的高級傳感和計量技術(shù)能夠迅速在網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)融合，診斷智能微網(wǎng)的健康度和完整度，同時具備自動抄表、消費計額、竊電檢測等功能，并能緩解電力阻塞，提供需求側(cè)響應(yīng)和新的控制策略。高級傳感技術(shù)是微網(wǎng)智能化技術(shù)的重要組成部分，有很好的應(yīng)用前景。目前國內(nèi)主要采用機電式電表進行電能計量，對用戶側(cè)計量數(shù)據(jù)采集精細度不夠，數(shù)據(jù)沒有被充分利用。
高級量測體系（AMI）已經(jīng)在國外得到了廣泛應(yīng)用，許多國家已經(jīng)安裝了智能電表。AMI能夠?qū)崿F(xiàn)電能計量、記錄/三表（電表、氣表和水表）消費信息，并且能夠雙向通信進行遠程查看信息。

（3）高級能量管理
高級能量管理是智能微網(wǎng)的核心組成部分，能夠根據(jù)能源需求、市場信息和運行約束等條件迅速做出決策，通過對分布式設(shè)備和負荷的靈活調(diào)度來實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化運行。微網(wǎng)EMS與傳統(tǒng)EMS的關(guān)鍵區(qū)別在于：由于微網(wǎng)內(nèi)集成熱負荷和電負荷，微網(wǎng)EMS需要熱電匹配，能夠自由與電網(wǎng)進行能量交換和提供分級服務(wù)，特殊情況下可犧牲非關(guān)鍵負荷或延遲對其需求響應(yīng)，為關(guān)鍵負荷提供優(yōu)質(zhì)電力保障。微網(wǎng)EMS已開發(fā)的功能有：熱能利用，利用儲能裝置實現(xiàn)對熱電聯(lián)產(chǎn)的運行控制、對采通風和空調(diào)系統(tǒng)的管理；與配電網(wǎng)進行能量交互，提供無功支持和熱備用；分級服務(wù)，保障重要負荷用電。

（4）高級分析技術(shù)
高級分析技術(shù)是高級能量管理的功能化，是實現(xiàn)智能微網(wǎng)自治運行的工具，包括系統(tǒng)性能監(jiān)測與模擬、測量分析系統(tǒng)、綜合預(yù)測系統(tǒng)、實時潮流分析和市場模擬系統(tǒng)。系統(tǒng)性能監(jiān)測與模擬，實時監(jiān)測微網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點電氣參數(shù)；根據(jù)實時數(shù)據(jù)驗證完善離線系統(tǒng)模型；基于在線或模擬故障的微網(wǎng)穩(wěn)定/恢復(fù)最優(yōu)策略。測量分析系統(tǒng)，檢測電壓或電流的瞬時值；分析微網(wǎng)暫態(tài)過程；監(jiān)測微網(wǎng)緊急事件；支持實時狀態(tài)估計；改進微網(wǎng)動態(tài)模型；提供更好的數(shù)據(jù)可視化平臺。綜合預(yù)測系統(tǒng)，更準確的氣象預(yù)測；更精確的負荷預(yù)測；預(yù)測故障發(fā)生概率；預(yù)測運行風險概率；預(yù)測關(guān)鍵設(shè)備終止服務(wù)后的微網(wǎng)系統(tǒng)響應(yīng)。實時潮流分析，可視化展示安全運行限制區(qū)域；給出最優(yōu)協(xié)調(diào)方案（例如多微網(wǎng)與配電網(wǎng)之間），擴大安全運行區(qū)域，減少輸電阻塞，最優(yōu)化損耗管理，改進系統(tǒng)規(guī)劃分析。市場模擬系統(tǒng)，為微網(wǎng)經(jīng)濟性分析與控制模擬各種市場因素（如市場成員的不同特點、動態(tài)學習能力和自我判斷決策能力以及成員間的相互作用），并提供開放的程序開發(fā)環(huán)境實現(xiàn)軟件升級與信息共享。

（5）先進設(shè)備技術(shù)
高級電力電子技術(shù)的引進對我國的微網(wǎng)效率的提高具有重大的意義，它能提供微電源和貯存能量的鏈接口，能對本地電源做出實時監(jiān)控并杜絕危險情況的出現(xiàn)，能監(jiān)測孤島的情況并及時報告。高級電子技術(shù)是得微網(wǎng)變得更加實用，比如微網(wǎng)能夠在快速轉(zhuǎn)換開關(guān)的轉(zhuǎn)變下實現(xiàn)并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種模式下的完美轉(zhuǎn)換。新型儲能技術(shù)是微網(wǎng)是否能開發(fā)全智能化的關(guān)鍵技術(shù)，物理、電磁、電化學和相變儲能這四種類型是它所有的能量轉(zhuǎn)化形態(tài)。微網(wǎng)內(nèi)部具有很多隨機分布的高滲透率的可循環(huán)利用的發(fā)電因子，它們隨機分布并且不是持續(xù)工作會帶來一系列低電壓穿越等問題，由于很多儲能技術(shù)的不成熟性，因此要想加快微網(wǎng)的智能化，必須綜合各種儲能技術(shù)的長處來發(fā)展聯(lián)合控制技術(shù)。
隨著社會的發(fā)展，未來的電網(wǎng)發(fā)展必須是安全可靠，清潔高效的，必須為人們提供優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)，智能電網(wǎng)具有先進的設(shè)備和技術(shù)，在控制方法上也十分簡便，極大的推進了電網(wǎng)的可靠發(fā)展，讓電網(wǎng)在運作過程中更加的安全和高效，這種優(yōu)勢最主要的體現(xiàn)就是自愈、抵御攻擊、提供滿足21世紀用戶需求的電能質(zhì)量、容許各種不同發(fā)電形式的接入、以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運行。
社會進步帶來了環(huán)境保護、節(jié)能減排的要求，環(huán)境友好型社會也必然要求資源消耗降低，能源清潔有效，因此風電發(fā)電的作用更加重要。通過風力發(fā)電，更加的清潔，發(fā)電的周期很短，投資方式十分靈活，而且占地面積較小，當前也形成了較為成熟的發(fā)電技術(shù)，而最重要的是，使用風電發(fā)電的經(jīng)濟效益和社會效益都相對優(yōu)越，是智能電網(wǎng)中十分重要的一種資源形式。但是風力發(fā)電同時也具有隨機性和不可控性的特點，這就讓風電的發(fā)電波動比較大，不好控制。但是隨著風能的不斷開發(fā)應(yīng)用，風電容量會逐漸增加，波動就會影響電網(wǎng)的正常運作，要消除大規(guī)模風電開發(fā)的影響，國內(nèi)外很多的研究都提出了能源系統(tǒng)的互補發(fā)展，例如風電與水電的互補等等。

四、微網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)
一個微電網(wǎng)涵蓋了分布式電源DG、和用電負荷以及儲能單元。其中，DG經(jīng)由電力電子接口連接于饋線位置，DG選取自制控制運行模式。微電網(wǎng)經(jīng)由公共耦合結(jié)點PCC接入公共配電網(wǎng)。PCC經(jīng)過降壓變壓器連接于10kV母線位置，與母線相連的是三條子饋線，分別為饋線A、饋線B、饋線C，每一條饋線電壓等級通常不超過10kv。饋線A連接對電能質(zhì)量要求相對較低的常規(guī)負荷；另兩條子饋線則連接的是敏感負荷，并且在母線分段位置設(shè)置有一個靜態(tài)開關(guān)SS，經(jīng)由SS能夠有效對微電網(wǎng)孤網(wǎng)運行或者并網(wǎng)運行進行迅速切換。

這一微電網(wǎng)模型表現(xiàn)為下述幾方面特點：

（1）電力電子接口是對分布式電源DG展開調(diào)節(jié)的重要基礎(chǔ)，其能夠有效促進提升微電網(wǎng)的運作性、靈敏性以及可靠性。
（2）有著電源雙重配置的敏感負荷，一方面能夠經(jīng)由靜態(tài)開關(guān)自公共供電，一方面能夠自分布式電源DG取電，有效滿足敏感負荷對電力穩(wěn)定性、電能質(zhì)量的要求。
（3）敏感負荷經(jīng)由靜態(tài)開關(guān)SS與公共配電網(wǎng)連接，一旦公共配電網(wǎng)無法正常運行，SS便能夠作出反應(yīng)，微電網(wǎng)切換至孤網(wǎng)運行，確保對敏感負荷的不斷電力提供。

五、智能電網(wǎng)
從現(xiàn)有的理論層面而言，智能電網(wǎng)指的是以物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)，綜合現(xiàn)代化的信息技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機技術(shù)等高新科技技術(shù)而將原始電網(wǎng)高度集成的新型電網(wǎng)系統(tǒng)，它具有開放性、安全性、高效性等特點，是現(xiàn)代化電力系統(tǒng)的首選網(wǎng)絡(luò)模式。以目前掌握的智能電網(wǎng)推廣程度和使用效果來看，它合理利用了現(xiàn)代通信技術(shù)，安全高效地實現(xiàn)了多種現(xiàn)代化技術(shù)的綜合和融合，既完美取代了傳統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)而以可靠、經(jīng)濟的優(yōu)勢為廣大用戶所接受，又以其高度的漏洞自查能力和數(shù)字化配合能力為現(xiàn)代化企業(yè)的信息網(wǎng)絡(luò)運行提供了技術(shù)基礎(chǔ)，為數(shù)據(jù)的整合和收集，以及綜合分析提供了一個方便快捷的工具，同樣為現(xiàn)代化企業(yè)經(jīng)營者所青睞。
由智能電網(wǎng)引出的一個成體系的管理系統(tǒng)即是電力營銷信息化管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，這是以電力網(wǎng)絡(luò)局域網(wǎng)為核心，以具體的業(yè)務(wù)工作站為前端，從而構(gòu)成的統(tǒng)一的大型服務(wù)平臺。就通俗意義而言，電力營銷信息化管理系統(tǒng)即傳統(tǒng)意義上的與用戶直接對接的服務(wù)點，它包攬了具體到單個用戶的電力能源服務(wù)細節(jié)，如電力計量、電費收取、用電管理等日常熟悉的電力行業(yè)服務(wù)項目，還有業(yè)務(wù)擴張，技術(shù)檢測等技術(shù)性較強的上升型業(yè)務(wù)。
智能電網(wǎng)推廣之后，電力營銷管理系統(tǒng)自然也應(yīng)脫離于傳統(tǒng)的機械化管理操作和業(yè)務(wù)服務(wù)，而做到與時俱進，更新為信息化的電力營銷管理系統(tǒng)，將電力服務(wù)的具體業(yè)務(wù)覆蓋到電力系統(tǒng)的每個環(huán)節(jié)和每個用戶，實現(xiàn)營銷業(yè)務(wù)的豐富和具體化，實現(xiàn)多流程、多環(huán)節(jié)、多思路的營銷模式，使現(xiàn)代化電力網(wǎng)絡(luò)營銷成為可能，從而以全新的系統(tǒng)化面貌迎接智能電網(wǎng)時代的到來。

六、風電以微網(wǎng)形式接入智能電網(wǎng)
微網(wǎng)是一種由負荷和微電源（微網(wǎng)中的分布式電源）及儲能裝置共同組成的有機系統(tǒng)。采用微網(wǎng)技術(shù)可整合多種形式的分布式電源，并考慮當?shù)嘏潆娋W(wǎng)的特點，在一個局部區(qū)域內(nèi)直接將分布式電源、電力網(wǎng)絡(luò)和本地用戶有機地組合在一起。微網(wǎng)可以方便地實現(xiàn)（冷）熱電聯(lián)供，并可以結(jié)合電蓄冷（熱）技術(shù)，緩解電網(wǎng)高峰用電壓力，實現(xiàn)用電的移峰填谷，優(yōu)化和提高能源利用效率，減輕能源動力系統(tǒng)對環(huán)境的影響，實現(xiàn)能源的梯級利用，為將來智能電網(wǎng)的實現(xiàn)提供必備的技術(shù)基礎(chǔ)。
針對光伏發(fā)電系統(tǒng)和風力發(fā)電系統(tǒng)等微電源輸出功率具有波動性、隨機性、間歇性的特點，微網(wǎng)采用微燃機、燃料電池、儲能裝置等實現(xiàn)微網(wǎng)中的功率平衡調(diào)節(jié)，大大降低間歇式分布式電源對電網(wǎng)的影響，增強功率調(diào)節(jié)的可控性。微網(wǎng)的控制中心對微網(wǎng)的運行狀態(tài)進行跟蹤，并通過專門的快速通信網(wǎng)絡(luò)向各個微電源發(fā)出控制信號，各個微電源都服從統(tǒng)一調(diào)度、集中分配。各個微電源及儲能裝置的響應(yīng)速度必須能夠確保微網(wǎng)的穩(wěn)定性要求。
風電場出力隨著來流風速的大小而波動，風速大小波動變化的比較快速，其基頻大多在0.5~2Hz之間。為了使得互補發(fā)電設(shè)備的出力能夠及時賠償風電場的出力波動，就要求微網(wǎng)中互補發(fā)電設(shè)備能夠快速起動和停機，以適應(yīng)來流風速大小的自然變化。
燃氣輪機是以連續(xù)流動的氣體為工質(zhì)帶動葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將燃料的能量轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ膬?nèi)燃式動力機械，是一種旋轉(zhuǎn)葉輪式熱力發(fā)動機。燃氣輪機發(fā)電機組能在無外界電源的情況下迅速起動，機動性好，在電網(wǎng)中用它帶動尖峰負荷和作為緊急備用，能較好地保障電網(wǎng)的安全運行，所以應(yīng)用廣泛。
燃料電池（FuelCell）是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料電池高效率、無污染、建設(shè)周期短、易維護而且成木低，負荷響應(yīng)快，運行質(zhì)量高，燃料電池在數(shù)秒鐘內(nèi)就可以從最低功率變換到額定功率，燃料電池的這些特點使其能作為微網(wǎng)中一種重要的微電源，能對風電等功率波動電源迅速做出反應(yīng)，保證微網(wǎng)中的功率平衡。

在微網(wǎng)中通過具有快速起停和快速負荷調(diào)節(jié)特性的燃氣輪機和燃料電池來補償風電場出力的波動，使得整個系統(tǒng)的出力在一段時間內(nèi)有穩(wěn)定的輸出，克服僅僅由風電場的出力波動對電網(wǎng)造成的不利影響，解決風電對電網(wǎng)穩(wěn)定性所引起的技術(shù)問題，同時通過調(diào)節(jié)燃氣輪機和燃料電池的輸出，使得整個發(fā)電系統(tǒng)具有良好的可調(diào)度性。這一技術(shù)方案在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，對于風電的大規(guī)模開發(fā)具有十分重要的意義。