微電網技術及其應用關鍵問題綜述
電工研究
作者：王鈞銘 鮑安平 徐開軍
【摘要】由於分布式電源的不可控性及隨機波動性，其日益增長的滲透率也增加了對電力係統穩定性的負麵影響，因此目前的國際規範和標準對分布式電源大多采取限製、隔離的方式來處理，以期減小其對大電網的衝擊。為協調大電網與分布式電源間的矛盾，最大限度地發掘分布式發電技術在經濟、能源和環境中的優勢，微電網應運而生。微電網是一個可以實現自我控製、保護和管理的自治係統，它作為完整的電力係統，依靠自身的控製及管理功能實現功率平衡控製、係統運行優化、故障檢測與保護、電能質量治理等方麵的功能。
【關鍵詞】微電網；分布式發電；分布式電源；能量管理係統
1.引言
分布式發電指的是在用戶現場或靠近用電現場配置較小的發電機組，以滿足特定用戶的需要，支持現存配電網的經濟運行，或者同時滿足這兩個方麵的要求。分布式發電目前尚無統一的定義，一般認為，分布式發電（Distributed Generation，DG）指為滿足終端用戶的特殊要求、接在用戶側附近的小型發電係統。分布式電源（Distributed Resource，DR）指分布式發電與儲能裝置（Energy Storage，ES）的聯合係統（DR=DG+ES）。分布式發電技術是一種充分利用可再生能源的理想技術，它具有投資小、清潔環保、供電可靠和發電方式靈活等優點，可以對未來大電網提供有力補充和有效支撐，未來分布式能源係統的應用將會越來越廣泛。
分布式電源盡管優點突出，但本身存在一些問題。例如，分布式電源單機接入成本高、控製困難等。同時由於分布式電源的不可控性及隨機波動性，其滲透率的提高也增加了對電力係統穩定性的負麵影響。分布式電源相對大電網來說是一個不可控電源，因此目前的國際規範和標準對分布式電源大多采取限製、隔離的方式來處理，以期減小其對大電網的衝擊。IEEE P1547標準規定：當電力係統發生故障時，分布式電源必須馬上退出運行，大大限製了其效能的充分發揮。為協調大電網與分布式電源間的矛盾，最大限度地發掘分布式發電技術在經濟、能源和環境中的優勢，在21世紀初學者們提出了微電網的概念。
微電網（Micro-Grid）也稱為微網，是一種新型網絡結構，是一組微電源、負荷、儲能係統和控製裝置構成的係統單元。微電網是一個能夠實現自我控製、保護和管理的自治係統，既可以與外部電網並網運行，也可以孤立運行。微電網是相對傳統大電網的一個概念，是指多個分布式電源及其相關負載按照一定的拓撲結構組成的網絡，並通過靜態開關關聯至常規電網。通過微電網控製器可以實現對整個電網的集中控製，不需要分布式的就地控製器，而僅采用常規的量測裝置，量測裝置與就地控製器之間采用快速通訊通道。采用分布式電源和負荷的就地控製器實現微電網暫態控製，微電網集中能量管理係統實現穩態安全、經濟運行分析，微電網集中能量管理係統與就地控製器采用弱通訊連接。
2.微電網的基本設備和技術
微電網從係統觀點看問題，將發電機、負荷、儲能裝置及控製等結合，形成一個單一可控的獨立供電係統。它采用了大量的現代電力電子技術，將微型電源和儲能設備一起，直接接在用戶側。對於大電網來說，微電網可被視為電網中的一個可控單元，可以在數秒鍾內動作滿足外部輸配電網絡的需求；對用戶來說，微電網可以滿足他們特定的需求，如降低饋線損耗、增加本地可靠性、保持本地電壓穩定、通過利用餘熱提高能量利用的效率等。
微電網或與配電網互聯運行，或獨立運行，當配電網出現故障而微電網與其解列時，仍能維持微電網自身的正常運行。這種微電網是結構、模擬、控製、保護、能量管理係統和能量儲存技術等與常規分布式發電技術有較大不同，須進行專門的研究。
電力可靠性技術解決方案聯合會（Con- sortium for Electric Reliability Technology Solutions，CERTS）定義的微電網基本概念：這是一種負荷和微電源的集合。該微電源以在一個係統中同時提供電力和熱力的方式運行，這些微電源中的大多數必須是電力電子型的，並提供所要求的靈活性，以確保能以一個集成係統運行，其控製的靈活性使微電網能作為大電力係統的一個受控單元，以適應當地負荷對可靠性和安全性的要求。
CERTS定義的微電網提出了一種與以前完全不同的分布式電源接入係統的新方法。傳統的方法在考慮分布式電源接入係統時，著重在分布式電源對網絡性能的影響。傳統方法在IEEE1547-2003中得到充分的體現，即當電網出現問題時，要確保聯網的分布式電源自動停運，以免對電網產生不利的影響。而CERTS定義的微電網要設計成當主電網發生故障時微電網與主電網無縫解列或成孤島運行，一旦故障去除後便可與主電網重新連接。這種微電網的優點是它在與之相連的配電係統中被視為一個自控型實體，保證重要用戶電力供應的不間斷，提高供電的可靠性，減少饋線損耗，對當地啊電壓起支持和校正作用。因此，微電網不但避免了傳統的分布式發電對配電網的一些負麵影響，還能對微電網接入點的配電網起一定的支持作用。