正文 微電網技術及其應用關鍵問題綜述(2 / 3)

基於上述概念,微電網中功率範圍在100kW以下的微型燃氣輪機將得到廣泛的應用。它具有轉速高(5萬~10萬/min)、采用空氣軸承等特點,所發出的高頻(1000Hz左右)交流電需經交流-直流-交流環節變為50Hz工頻交流電供給負荷,但燃燒過程產生的NOx仍將對城市的環保產生不利的影響。燃料電池由於具有高效和低排放的特點,自然也很適合作為微電網的電源,特別是高溫MCFC和SOFC比較適用於發電,但目前價格較貴,較少實際應用。光伏發電、小型風電和生物質能發電業是很好的電源選擇。蓄電池、飛輪和超級電容器等是微電網重要的儲能元件。餘熱回收裝置也是重要的部件之一,正是由於餘熱的利用提高了能源利用的效率,因為熱水或熱蒸汽並不像電那樣容易而經濟地長距離輸送,而微電網的結構恰恰能使熱源更接近熱負荷。

3.微電網的結構

相對電力係統而言,微電網類似於一個獨立的控製單元,其中每一個微電源都具有尖端的即拔即插功能。對每一個微電源,最關鍵的是它本身的接口、控製、保護以及對微電網的電壓控製,潮流控製和維持其運行穩定性。一個重要的功能是微電網的聯網運行和孤島運行方式見的平穩轉移。在微網中,為了防止微電網與配電網解列時對微電網內負荷的衝擊,微電網的配電結構需重新設計,將不重要的負荷接在同一條饋線上,重要或敏感的負荷接在另外饋線上。接敏感負荷的饋線上裝有分布式電源、儲能元件及相應的控製、調節和保護設備。如此,在微電網與主網解列時,通過隔離裝置可甩去一些不重要負荷,但仍能保證一些重要負荷的正常、連續運行。微電網具有控製、協調、管理等功能,並由以下係統來實現。

(1)微電源控製器

微電網主要靠微電源控製器來調節饋線電流、母線電壓級與主網的解、並網運行。由於微電源的即拔即插功能,控製主要依賴於就地信號,且相應是毫秒級的。

(2)飽和協調器

飽和協調器既適用於主網的故障,也適用於微電網的故障。當主網故障時,保護協調器要將微電網中重要的負荷盡快地與主網隔離。其某些情況下微電網中重要負荷允許電壓短時暫降,在采取一定的補償措施後可使微電網不與主網分離。當故障發生在微電網內,該保護應該在盡可能小的範圍內將故障段隔離。

(3)能量管理器

能量管理器按電壓和功率的預先整定值對係統進行調度,相應時間為分鍾級。

4.微電網的控製

微電網控製功能基本要求包括:新的微電源接入時不改變原有的設備,微電網解、並列時是快速無縫的,無功功率、有功功率要能獨立進行控製,電壓暫降和係統不平衡可以校正,要能適應微電網中負荷的動態需求。微電網的控製功能主要有以下幾種:

(1)基本的有功和無功功率控製(P-Q控製)。由於微電源大多為電力電子型的,因此有功功率和無功功率的控製、調節科分別進行,可通過調節逆變器的電壓幅值來控製無功功率,調節逆變器電壓和網絡電壓的相角來控製用功功率。

(2)基於調差的電壓調節。在有大量微電源接入是用P-Q控製是不適宜的,若不進行就地電壓控製,就坑內產生電壓或無功振蕩。而電壓控製要保證不會產生電源間的無功環流。在大電網中,由於電源間的阻抗相對較大,不會出現這種情況。微電網中隻要電壓整定值有小的誤差,就可能產生大的無功環流,使微電源的電壓值超標。由此要根據微電源所發電流是容性還是感性來決定電壓的整定值,發容性電流時電壓整定值要降低,發感性電流時電壓整定值要升高。

(3)快速負荷跟蹤和儲能。在大電網中,當一個新的負荷接入時最初的能量平衡依賴於係統的慣性,主要為大型發電機是慣性,此時僅係統頻率略微降低而已(幾乎無法覺察)。由於微電網中發電及的慣量較小,有些電源(如燃料電池)是響應時間常數又很長(10~200s),因此當微電網與主網解列成孤島運行時,必須提供蓄電池、超級電容器、飛輪等儲能設備,相當於增加一些係統的慣性,才能維持電網的正常運行。

(4)頻率調差控製。在微電網成孤島運行時,要采取頻率調差控製,改變各台機組承擔負荷比例,已使各自出力在調節中按一定的比例且都不超標。

5.微電網的保護

微電網結構對繼電保護提出了一些特殊的要求,必須考慮的因素主要有以下幾點:①配電網一般是放射形的,由於有了微電源,保護裝置上流經的電流就可能有單向變為雙向;②一旦微電網孤島運行,短路容量會有大的變化,影響了原有的某些繼電保護裝置的正常運行;③改變了原有的單個分布式發電接入電網的方式,構成微電網的初衷之一是盡可能地維持一些重要古河在電網故障時能正常運行而不使其供電中斷,這些必須采用一些快速動作的開關,以代替原有的相對動作較慢的開關。這些均可能使原有的保護裝置和策略發生變化。