智能微电网技术综述与应用前景

(青岛理工大学 山东 青岛 266033)

一、智能微电网技术简介

智能微电网就是一种新型电网，它将可再生能源发电技术(光伏发电、风力发电、生物质能、潮汐能等)、能量管理系统(EMS)和输、配电基础设施高度集成，具有提高能源效率、提高供电的安全性和可靠性、减少电网的电能损耗、减小对环境的影响、实现与用户间的互动和为用户提供增值服务等多个特点。智能微电网以电力电子技术为核心，将可再生能源发电技术、能源管理系统和输配电基础设施高度集成，是智能电网的发展趋势之一。

与传统的小水电等分布式发电网不同，智能微电网在控制技术、控制理论、控制思想方面实现了突破性的创新。它本身可以看作是小型的电力系统，具备完整的发、输、配电功能，可实现用户侧可再生能源的安全消纳。同时，它也是一个典型的分布式发电功能系统，可以通过能源之间的调度，提高终端能源利用率。这些都是传统小水电式等简单的发用电微网系统所不具备的。所谓“智能”主要体现在两个方面，一是发电侧“智能”，微电网要与大电网“友好相处”并支撑大电网，就需要以信息通信、能源调度等层面的智能功能作保障；二是用电侧“智能”，即帮助用户在不同时段实现科学用电，比如无人值守地控制智能充电桩的充电、放电等。

二、目前智能微电网常见控制方式

传统微电网供电模式比较单一，发电侧和用电侧独立运行，智能微电网追求的是发电侧、用户侧的有机结合，从而实现更佳的优化运行、控制效果。目前常用的微电网控制方式有三种：(1)基于电力电子技术的控制方法。该方法根据微电网的控制要求与发电机的下垂特性将不平衡功率动态分配给各机组承担，通过电力电子等元件的集成电路控制，具有简单、可靠、易于实现的优点。(2)基于能量管理系统的控制。该方法采用不同的控制模块分别对有功和无功进行控制，很好地满足了微电网的多种控制要求，此外该方法针对微电网中对无功的不同需求，功率管理系统采用了不同的控制方法从而提高了控制性能。(3)基于多代理技术的计算机控制。该方法将计算机领域的多代理技术应用到微电网，代理的自治性、自发性等特点能够很好地适应和满足微电网分散控制的要求。

三、智能微电网关键技术综述

一套完整的智能微电网系统须有五大模块紧密配合，分别为电网能量管理系统、继电保护系统、通讯系统、储能系统和监控系统。

(一)新型智能微电网能量管理系统。能量管理系统是整个微电网的大脑中枢，对整个微电网稳定、可靠、经济运行提供综合智能分析。它不同于传统的能量管理系统，完全可以使微型电网实现自治运行，无人值守。完善的智能电网还需有自学习功能，在微电网建立初期可以输入当地气象参数进行初步学习。并在微电网运行的过程中，不断修正自身运行参数，并记录可再生能源发电情况，逐步建立自己的专家系统。在微电网运行一段时间后，能正确预测可再生能源的发电情况，做到能量平稳调度。

发电量监测与预测：根据天气预报和专家系统里的历史数据预测未来几小时或者几天时间内的发电量的情况。

负载监测与预测：根据每天不同时段，不同季节，用户负载用电量的规律和历史数据预测下一时段的负载情况。

蓄电池荷电预测：根据蓄电池当前的工作状态及监控数据以及发电量和负载用电情况的预测来估算蓄电池的荷电情况。

(二)继电保护系统。分布式发电作为一种新兴的、绿色经济的发电技术，近年来获得了迅速发展。然而，分布式电源电流存在不稳定情况，大量分布式发电的并网运行将深刻影响配电网络的结构及配电网中短路电流大小及分布，由此给配电网的运行、控制以及继电保护工作带来多方面的影响。微电网智能继电保护主要是以远动技术、信息技术和计算机技术为基础的微机型继电保护装置，能实现不误动、不拒动、能快速反映故障，在自身整定的范围内以最短的时限将故障和异常从系统中切除或隔离，保证最大限度地向无故障部分继续供电。

(三)通讯系统。智能电网遵循通讯标准IEC61850和CDT规约，根据实际情况采用一种或几种不同的通信方式，在广域网络可以使用Ethernet、GPRS、电力线载波等多种通信方式，局域网络可以使用CAN、HPI、串口等多种通信方式。智能继电保护具备强大的控制和通讯功能，通过设立主站和多子站的分布式保护方式，通过四遥设备实现遥测、遥信、遥调、遥控功能，大大提高了智能微电网系统的供电可靠性和安全性。

(四)储能系统。智能微电网包含大量新能源发电单元，新能源发电的特点是能量变化大，光伏发电和风能发电等都具不可控性，容易造成电网的不稳定，因此智能微电网必须有储能环节。蓄电池组按照就近原则安装在新能源发电设备附近，抑制新能源发电量变化对微电网正常运行的影响。蓄电池组应优先选用大容量优质贮能蓄电池，确保蓄电池能长期可靠工作,同时配备蓄电池监控系统，实时监测每个蓄电池状态。蓄电池监控系统能够根据监测数据自动分析蓄电池状态，及时发现异常的蓄电池并报警,提前采取相应措施,保证微电网正常运行。

(五)监控系统。监控系统可采集直流侧电压、电流，交流侧各相电压、电流，光伏并网系统的每日发电量、总发电量等，气象数据由专门的采集系统采集辐照度、风向、风速、环境温度、组件温度等相关数据。一套完整的智能微电网系统，必须有完善的监控显示系统，实时对整个系统运行进行监控，同时记录与显示光伏系统运行参数与故障记录。监控显示系统不仅给光伏系统管理人员随时监控掌握系统运行情况；同时让社会公众了解新能源太阳能发电方面的应用情况，提升企业节能环保的感知度；而且对支持新能源光伏事业及环境保护起到积极示范作用，产生良好的社会效益。

四、微电网应用场合及应用前景

十二五规划基本思路中第一点明确提到科学发展，其中重点又提到了“资源消耗”和“污染排放”，强调要提高资源利用率，减少污染排放。国家能源局新能源和可再生能源司明确：十二五期间,中国将在太阳能、风能占优势的地区建设微电网示范区30个,更大比例地运用新能源发电。新能源的利用是解决能源危机和环保问题的有效措施，微电网可以有效接纳分布式能源来解决电力系统供需空间不均衡矛盾，减少集中供电容量，降低损耗，改善电网峰谷性能等。微电网的能量管理可结合分布式电源发电特点、内部负荷需要、大电网联络要求、环保效益、协调新能源的出力和储能设备的充放控制，优化管理，保证微电网安全、可靠、高效、优质供电，是实现微电网的经济效益和环境效益相统一的有力保证。微电网技术作为国际电力系统一个前沿研究领域，以其灵活、环保、高可靠性的特点被欧盟、日本和美国能源部门大力发展，今后必将在我国得到广泛的应用。目前在以下地区具有较强的推广价值。1.海岛：远离大电网，靠柴油发电机提供电力，成本高、污染严重、故障率高，微电网可以为海岛提供清洁经济的能源。2.无电地区：为山区无电地区提供了电力供应的一种解决方案。3.重要负荷：微电网储能系统的存在具有UPS的功能。可以为重要负荷提供不间断电力供应，具有高可靠性的特点。4.智能楼宇系统：智能楼宇能源系统作为负载侧能量管理系统，从单纯的消费体转变成能源系统的参与者。能自行管理和控制楼宇电能生成、储存和使用的智能化楼宇管理系统已经成为了智能电网的一部分，大大提高了能源利用效率。