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微电网典型特征及关键技术
日期:2015-08-04 11:05:00 | 来源:电力系统自动化 | 点击率:3673
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微电网概念

微电网被看成未来电力系统中输电网、配电网之后的第三级电网结构,已成为世界各国的国家能源战略和未来电网发展战略的重要组成部分。微电网的概念提出于21世纪初期,是通过建立一种全新的概念,使用系统的方法解决风电和光伏等间歇性分布式电源并网带来的各种问题。微电网系统是一种具有非常独特和复杂动态特性的新型自治发供电系统,在运行模式、网络拓扑结构、电源配置、控制策略和运行优化等方面与传统电力系统相比都具有非常大的差异性。文中以系统视角来研究概括了微电网典型特征、关键技术以及各种成果与展望,希望为我国微电网技术研究与应用推广提供一种有益的方法指导和学术价值。

微电网的典型特征

微电网系统由于包含有数量众多、特性各异的多种分布式电源而成为一个大规模、非线性、多约束和多时间的多维度复杂系统,具有复杂性、非线性、适应性、开放性、空间层次性、组织性和自组织性、动态演化性等复杂系统特征,属于一类变量众多、运行机制复杂、不确定性因素作用显著的特殊的复杂巨系统。因此,微电网技术的研究与开发应用应首先对其典型特征有全面的认识和掌握。

微电网的构造理念是将分布式电源靠近用户侧进行配置供电,输电距离相对较短,其负荷特性、分布式电源的布局以及电能质量要求等各种因素决定了微电网在容量规模及电压等级、结构模式和控制模式等主要方面呈现有别于传统电力系统的典型特征:

①容量及电压等级:微电网的容量规模相对较小,其电压等级常为低压或者中压等级;

②结构模式:微电网按照供电制式可分为交流、直流和交直流混合三种不同结构,技术最成熟,应用最广泛的是交流微电网结构;

③控制模式:微电网主要有对等控制模式和主从控制模式两种,主从控制模式仍是目前国内外微电网实验系统与示范工程的主流。

微电网的关键技术

微电网由于包含数量众多、特性各异的多种分布式电源,而具有非常复杂的动态运行特性和能量管理问题,这导致了微电网系统的协调运行与控制机制十分复杂。为了有效协调控制各分布式电源来实现和保证系统的安全稳定、经济可靠的运行目标,需以系统的视角对微电网的规划设计、微电网的运行控制、微电网的保护及微电网的经济运行等关键技术进行研究。

微电网的规划设计:是研究开发微电网系统的第一阶段内容,是保证系统安全稳定、经济可靠运行的重要基础,其目的在满足系统的稳定运行和所辖负荷需求的条件下,通过优化选择系统结构及电源配置,实现和满足微电网系统在规划期间的安全稳定运行和最小化的系统投资成本目标,微电网规划设计主要涵盖了具有能源互补特性的多种混合分布式电源组合类型、分布式电源的选型、运行方式、优化目标、运行策略与约束条件、优化算法以及系统网络结构设计等关键内容。

微电网的运行控制:是实现和保证微电网系统安全稳定、经济可靠运行的关键技术,是实现单元级的分布式电源控制和系统级的微电网控制两个不同层面间的协调协作优化。微电网的运行控制技术主要包括微电网的运行控制模式、运行控制策略、各分布式电源的控制方法(包含逆变控制)以及多分布式电源间的协调控制方法等关键内容。

微电网的保护:是指当微电网发生故障时而能够快速识别、定位及切除故障并恢复系统安全稳定运行的一种关键技术。并网运行模式的故障主要体现在微电网外部故障与内部故障,根据不同的故障位置选取的相应故障保护策略而排除故障。离网运行模式的故障主要体现在电源故障与馈线故障,进而采用电源保护或馈线保护方法排除故障。

微电网的经济运行:是实现和保证微电网系统经济效益和环境效益的第三阶段关键技术,也是检验微电网规划设计与控制方案优劣的最终体现。微电网的经济运行优化问题应充分考虑微电网的运行方式、优化调度目标、经济效益和环境效益、优化算法、优化调度策略以及运行约束条件等重要因素,进而在满足负荷供电质量和供电可靠性的基础上切实实现最大化利用可再生能源、减少温室气体排放和降低系统电力成本。

微电网的技术平台:成果与展望

成果:针对当前世界各国和地区已建立的各种微电网实验室系统与示范工程项目,表1概括分析了国内外典型微电网系统的典型特征以及所采用的关键技术,充分体现了世界各国对微电网技术的不断探索与研究,为进一步扩大微电网技术研究与应用奠定了坚实的基础。

展望:为了进一步深入推进我国微电网技术的研究和开发应用,笔者认为一些亟待解决的微电网新技术包括:大容量的多级混合微电网技术、智能微电网技术、直流微电网技术、微电网的多代理控制技术、面向整个微电网系统的各种仿真和应用工具软件开发,以及微电网多方向潮流交换的高智能型继电保护技术与产品等。

结语

微电网是实现分布式发电技术大规模应用、有效提高系统供电可靠性的一种新型自治电力系统,基于以上对微电网的典型特征及关键技术进行的总结和分析可知:

①微电网是一个非线性、多约束、多时间尺度和多维度的复杂系统,应以系统角度深入了解微电网的典型特征和关键技术,才能科学研究和开发应用微电网。

②为了实现微电网整个系统安全、稳定、可靠和经济运行目标,应在综合考虑微电网典型特征的基础上,遵循因地制宜、因时制宜的设计原则,合理选择微电网各关键技术。

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