微電網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)詳解

能源是現(xiàn)代社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)力，是人類生命存在和繁衍的生命線。傳統(tǒng)化石能源的逐步耗竭，使能源危機(jī)已逐步逼近。中國的能源工業(yè)將是能源資源利用與環(huán)境保護(hù)可持續(xù)發(fā)展的改造型新工業(yè)，因此，合理調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，大力開發(fā)可再生能源和其它新能源，走多元化潔凈能源發(fā)展道路，是我國社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

　　微電網(wǎng)是一種新型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是一組微電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能系統(tǒng)和控制裝置構(gòu)成的系統(tǒng)單元。微電網(wǎng)中的電源多為容量較小的分布式電源，即含有電力電子接口的小型機(jī)組，包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池、光伏電池、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以及超級(jí)電容、飛輪及蓄電池等儲(chǔ)能裝置，它們接在用戶側(cè)，具有成本低、電壓低及污染低等特點(diǎn)。開發(fā)和延伸微電網(wǎng)能夠促進(jìn)分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接入，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷多種能源形式的高可靠供給，是實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式配電網(wǎng)的一種有效的方式，使傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)過渡。

　　1.微電網(wǎng)的含義與研究動(dòng)態(tài)

　　目前世界上許多國家己開展微電網(wǎng)研究，立足于本國電力系統(tǒng)的實(shí)際問題提出了各自的微電網(wǎng)概念和發(fā)展目標(biāo)。作為一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域，微電網(wǎng)在各國的發(fā)展呈現(xiàn)不同的特色。

　　1.1美國微電網(wǎng)的研究

　　ERTS（ConsortiumforElectricReliabilityTechnologySolutions）合作組織由美國的電力集團(tuán)、伯克利勞倫斯國家實(shí)驗(yàn)室等研究機(jī)構(gòu)組成的，在美國能源部和加州能源委員會(huì)等資助下，對(duì)微電網(wǎng)技術(shù)開展了專門的研究。CERTS定義的微電網(wǎng)基本概念：這是一種負(fù)荷和微電源的集合。該微電源在一個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)提供電力和熱力的方式運(yùn)行，這些微電源中的大多數(shù)必須是電力電子型的，并提供所要求的靈活性，以確保能以一個(gè)集成系統(tǒng)運(yùn)行，其控制的靈活性使微電網(wǎng)能作為大電力系統(tǒng)的一個(gè)受控單元，以適應(yīng)當(dāng)?shù)刎?fù)荷對(duì)可靠性和安全性的要求。CERTS定義的微電網(wǎng)提出了一種與以前完全不同的分布式電源接入系統(tǒng)的新方法。傳統(tǒng)的方法在考慮分布式電源接入系統(tǒng)時(shí)，著重在分布式電源對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響。按傳統(tǒng)方法當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)問題時(shí)，要確保聯(lián)網(wǎng)的分布式電源自動(dòng)停運(yùn)，以免對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生不利的影響。而CERTS定義的微電網(wǎng)要設(shè)計(jì)成當(dāng)主電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)微電網(wǎng)與主電網(wǎng)無縫解列或成孤島運(yùn)行，一旦故障去除后便可與主電網(wǎng)重新連接。這種微電網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是它在與之相連的配電系統(tǒng)中被視為一個(gè)自控型實(shí)體，保證重要用戶電力供應(yīng)的不間斷，提高供電的可靠性，減少饋線損耗，對(duì)當(dāng)?shù)仉妷浩鹬С趾托Ｕ饔?。因此，微電網(wǎng)不但避免了傳統(tǒng)的分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)的一些負(fù)面影響，還能對(duì)微電網(wǎng)接入點(diǎn)的配電網(wǎng)起一定的支持作用。

　　1.2歐洲微電網(wǎng)的研究

　　歐洲提出要充分利用分布式能源、智能技術(shù)、先進(jìn)電力電子技術(shù)等實(shí)現(xiàn)集中供電與分布式發(fā)電的高效緊密結(jié)合，并積極鼓勵(lì)社會(huì)各界廣泛參與電力市場(chǎng)，共同推進(jìn)電網(wǎng)發(fā)展。微電網(wǎng)以其智能性、能量利用多元化等特點(diǎn)也成為歐洲未來電網(wǎng)的重要組成。目前，歐洲已初步形成了微電網(wǎng)的運(yùn)行、控制、保護(hù)、安全及通信等理論，并在實(shí)驗(yàn)室微電網(wǎng)平臺(tái)上對(duì)這些理論進(jìn)行了驗(yàn)證。其后續(xù)任務(wù)將集中于研究更加先進(jìn)的控制策略、制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、建立示范工程等。即，為分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接人以及傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)的初步過渡做積極準(zhǔn)備。

　　1.3日本微電網(wǎng)的研究

　　日本立足于國內(nèi)能源日益緊缺、負(fù)荷日益增長的現(xiàn)實(shí)背景，展開了微電網(wǎng)研究，但其發(fā)展目標(biāo)主要定位于能源供給多樣化、減少污染、滿足用戶的個(gè)性電力需求。日本學(xué)者還提出了靈活可靠性和智能能量供給系統(tǒng)（FRIENDS）其主要思想是在配電網(wǎng)中加人一些靈活交流輸電系統(tǒng)裝置，利用控制器快速、靈活的控制性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，并滿足用戶的多種電能質(zhì)量需求。目前，日本已將該系統(tǒng)作為其微電網(wǎng)的重要實(shí)現(xiàn)形式之一。

1.4微電網(wǎng)的理解

　　基于上述概念，在微電網(wǎng)中功率范圍在100kW以下的微型燃?xì)廨啓C(jī)將得到廣泛的應(yīng)用。它具有轉(zhuǎn)速高（5萬~10萬/min）、采用空氣軸承等特點(diǎn)，所發(fā)出的高頻（1000Hz左右）交流電需經(jīng)交流-直流-交流環(huán)節(jié)變?yōu)?0Hz工頻交流電供給負(fù)荷，但燃燒過程產(chǎn)生的NOx仍將對(duì)城市的環(huán)保產(chǎn)生不利的影響。燃料電池由于具有高效和低排放的特點(diǎn)，自然也很適合作為微電網(wǎng)的電源，特別是高溫MCFC和SOFC比較適用于發(fā)電，但目前價(jià)格較貴，較少實(shí)際應(yīng)用。光伏發(fā)電、小型風(fēng)電和生物質(zhì)能發(fā)電業(yè)是很好的電源選擇。蓄電池、飛輪和超級(jí)電容器等是微電網(wǎng)重要的儲(chǔ)能元件。余熱回收裝置也是重要的部件之一，正是由于余熱的利用提高了能源利用的效率，因?yàn)闊崴驘嵴羝⒉幌耠娔菢尤菀锥?jīng)濟(jì)地長距離輸送，而微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)恰恰能使熱源更接近熱負(fù)荷。