【史上最全】“微電網(wǎng)”知識

2017-09-07 11:26:30 網(wǎng)能電力　點擊量：評論 (0)

1微電網(wǎng)背景今天的電網(wǎng)架構(gòu)和它一百多年前誕生之初并沒有什么本質(zhì)的不同。它的設(shè)計基于集中式結(jié)構(gòu)，幾個大型的發(fā)電廠生產(chǎn)電力，再通過電網(wǎng)輸送到幾百數(shù)千公里外的用戶側(cè)。盡管有成熟的電力技術(shù)、復(fù)雜的網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)

1微電網(wǎng)背景

今天的電網(wǎng)架構(gòu)和它一百多年前誕生之初并沒有什么本質(zhì)的不同。它的設(shè)計基于集中式結(jié)構(gòu)，幾個大型的發(fā)電廠生產(chǎn)電力，再通過電網(wǎng)輸送到幾百數(shù)千公里外的用戶側(cè)。

盡管有成熟的電力技術(shù)、復(fù)雜的網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和備用設(shè)備作為保障，這種集中式的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)的靈活性和可靠性方面還是有所不足。在集中式的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，監(jiān)測和控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)在配電網(wǎng)層面相對較為薄弱，更何況在單個用戶的層面，所以這種中心網(wǎng)絡(luò)模型從根本上來說缺少必要的對于用戶側(cè)的智能控制和管理能力。

其次，發(fā)電側(cè)和用電側(cè)的變化也給電網(wǎng)帶來了巨大的挑戰(zhàn)，例如新能源的大規(guī)模并網(wǎng)，電動汽車，直流電源或負(fù)載等，這些因素在當(dāng)初電網(wǎng)設(shè)計的時候沒有得到充分的考慮，其引發(fā)的不良后果已經(jīng)顯現(xiàn)。以美國電力市場為例，如果僅僅在現(xiàn)有電網(wǎng)的基礎(chǔ)上大規(guī)模并入綠電，網(wǎng)絡(luò)擁塞是一個大問題，會導(dǎo)致某些區(qū)域市場的邊際價格驟然增高，從而阻礙了風(fēng)電、家用光伏等新能源的進(jìn)一步并網(wǎng)。

再者，對于如此復(fù)雜龐大的電網(wǎng)，需要承擔(dān)高額的運行和維護(hù)費用，尤其是在電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施老化的情況下。電網(wǎng)老化主要體現(xiàn)在四個方面：電器設(shè)備老化(例如美國有超過50%的變電所變壓器運行時間超過35年)，系統(tǒng)布局老舊，施工管理過時，陳舊的問題解決方案。

對于以上問題，小型分布式發(fā)電并入電網(wǎng)是一個解決方案。事實上，這并不是它第一次出現(xiàn)在公眾的視野。19世紀(jì)末期電氣化的初始階段，愛迪生提出了建設(shè)小型直流電網(wǎng)的概念，但是由于當(dāng)時的技術(shù)難以實現(xiàn)，特斯拉的交流電網(wǎng)最終勝出，廣為流傳。現(xiàn)在微電網(wǎng)的回歸，相較于當(dāng)年愛迪生的版本，運行靈活性、效率和可靠性都有顯著的提升，同時初投資和運行費用也降低了不少。此外，還增加了之前設(shè)計所不具有的技術(shù)，例如：電力電子接口，儲能設(shè)備，需求側(cè)管理以及智能控制。其中，電力電子技術(shù)可以說是現(xiàn)代微網(wǎng)的關(guān)鍵實現(xiàn)技術(shù)。

2微電網(wǎng)的基本組成

微電網(wǎng)是指由分布式電源、用電負(fù)荷、配電設(shè)施、監(jiān)控和保護(hù)裝置等組成的小型發(fā)配用電系統(tǒng)(必要時含儲能裝置)。分為并網(wǎng)型微電網(wǎng)和獨立型微電網(wǎng)，可實現(xiàn)自我控制和自治管理。并網(wǎng)型微電網(wǎng)既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以離網(wǎng)獨立運行;獨立型微電網(wǎng)不與外部電網(wǎng)連接，電力電量自我平衡。根據(jù)建設(shè)目的和經(jīng)濟(jì)環(huán)境的不同，微網(wǎng)的形狀結(jié)構(gòu)可能各不相同，但是它們的技術(shù)架構(gòu)大體類似。下面簡要探討下微網(wǎng)的基本組成。

電源：在所有微電網(wǎng)系統(tǒng)中，最基本的組成部分是電源。電源要滿足微網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷的需求，例如容量，以及其他技術(shù)層面、經(jīng)濟(jì)層面的種種考慮。其中，分布式光伏受到廣泛關(guān)注。尤其是近年來光伏電池模塊價格的下降，讓基于分布式光伏的微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)可行性上升。

對于位于偏遠(yuǎn)地區(qū)的基于光伏的微網(wǎng)來說，挑戰(zhàn)主要來自系統(tǒng)的維護(hù)和儲能系統(tǒng)的要求。一方面，當(dāng)暴露在高溫高濕的環(huán)境中時，光伏電池的性能會下降。另一方面，由于能量來源(太陽光)具有間斷性，儲能設(shè)備便必不可少，而它的投資占系統(tǒng)支出的很大一部分，對系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性影響較大，并且光伏電池裝機容量越大，儲能系統(tǒng)容量也要相應(yīng)增大。

除了分布式光伏，常見的能量來源還包括：分布式風(fēng)能，燃料電池，微型渦輪機，往復(fù)式內(nèi)燃機，以及其他分布式發(fā)電技術(shù)(小型水電，小型潮汐發(fā)電，小型波浪發(fā)電，地?zé)岚l(fā)電，分布式核能發(fā)電等)。

電力管理系統(tǒng)

電力管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)電力從電源輸送到用電設(shè)備。具體功能包括：一是，將電源處各形式的電能轉(zhuǎn)換成符合出所需要的形式，例如使用逆變器將光伏產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成通常負(fù)荷所需要的50Hz交流電。二是，作為儲能設(shè)備的界面，來使微網(wǎng)內(nèi)的電力供需達(dá)到平衡。現(xiàn)代微網(wǎng)通常融入了軟件和控制系統(tǒng)，例如智能電表，從而實現(xiàn)微網(wǎng)的高效和穩(wěn)定運行。

儲能系統(tǒng)：

儲能系統(tǒng)對微網(wǎng)的重要性不言而喻。它可以讓微網(wǎng)實現(xiàn)內(nèi)部的電力供需平衡，從而維持電壓和頻率的穩(wěn)定。也可保證用戶的用電需求隨時能得到滿足。微網(wǎng)系統(tǒng)中常見的儲能設(shè)備為：電池，燃料電池+電解池，超級電容以及飛輪等。

用電設(shè)備：

微網(wǎng)中用電設(shè)備的電力來源是系統(tǒng)中全部的發(fā)電和儲能設(shè)備。綜合考量用電設(shè)備是很有必要的，因為它們決定了用電負(fù)荷在微網(wǎng)中的位置，相應(yīng)地也會影響發(fā)電裝機容量以及對儲能系統(tǒng)的要求。例如，對一個基于分布式光伏發(fā)電的微網(wǎng)來說，為手機充電的負(fù)荷對系統(tǒng)影響微乎其微，而開啟電冰箱這樣的有長期穩(wěn)定的用電設(shè)備則對系統(tǒng)管理用電負(fù)荷帶來了一定的困難。

對外連接：

微網(wǎng)通常與大電網(wǎng)相連，從而實現(xiàn)之間的電力交換。這種類型的微電網(wǎng)在校園和醫(yī)院中十分常見。此外，電網(wǎng)的發(fā)展趨勢之一是使用先進(jìn)的監(jiān)測和控制系統(tǒng)，將很多個微電網(wǎng)連接起來。

責(zé)任編輯：lixin

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