智能微网相关技术研究进展及风电微网并入智能电网的探讨

【亚洲发电机网讯】在二十一世纪这个科技高速发展的时代，近年来我国兴起了智能微网和智能电网的发展和建设。智能微网是一个新的概念，我们要从本质去分析它的特征，从而进一步了解它的原理和结构，然后慢慢探索其相关领域的需求以及发展前景，从而对智能微网这个新概念做出评估。智能微电网集成了大量绿色清洁能源的分布式电源，是智能电网发展的先行军，早已在世界各地应用。智能微网是一种高效、节能的迷你型现代化的电力系统，能够提高新能源渗透比、提高供电的安全性和可靠性、减少电网的电能损耗、减少对环境的影响，增强局部供电可靠性，降低馈电损耗，支持当地电压，提高一次能源利用率。
一、智能微网的基本结构和运行状态
智能微网的组合模式灵活多变，其结构根据负荷的大小调整，分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，并可满足用户对电能质量和供电安全方面的要求。智能微网有多种运行模式，其既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。

二、微网智能化的需求
（1）技术需求
智能化是智能微网发展的第一步，也是最基础和关键的一步。智能微网作为时代尖端的新电力概念，其对于信息技术和设备都有较高的要求，与传统电力技术相比较，对数据的实时监测、快速调度和响应等都有很高的要求，运行模式更加的灵活。

（2）装备需求
在不久的将来智能电网战略将成为我国电力行业的翘楚，智能电网技术能够大大地提升发电的效率，因此也需要更多高端的技术设备应用到微网中以发挥它最大的作用。

三、智能微网的关键技术
（1）集成通信体系
集成通信体系具有两个实用的功能，它能使不同的微网与配电网之间能及时传输数据、了解彼此状态及时作出应变，双方能够交换信息、互相兼容和设备控制等完美连接都得益于统一的通信标准。通信技术在智能微网中发挥巨大的作用，BPL技术全名宽带电力线接入技术，是一种利用交流配电网线路接入因特网的宽带网络业务的技术，它既能实时监测家庭网络的数据和异常状况并且及时作出相应的调整和反应，还能提供电荷和数据分析、宽带的病毒检测、排除故障等服务。目前BPL的技术发展日新月异，是智能微网通信技术的顶梁柱；目前新兴的无线网wifi和4G等都属于无线通信技术，能够实现不同设备之间的无线通讯交流。

（2）高级传感与计量技术
基于数字通信技术的高级传感和计量技术能够迅速在网络各节点进行数据采集和数据融合，诊断智能微网的健康度和完整度，同时具备自动抄表、消费计额、窃电检测等功能，并能缓解电力阻塞，提供需求侧响应和新的控制策略。高级传感技术是微网智能化技术的重要组成部分，有很好的应用前景。目前国内主要采用机电式电表进行电能计量，对用户侧计量数据采集精细度不够，数据没有被充分利用。
高级量测体系（AMI）已经在国外得到了广泛应用，许多国家已经安装了智能电表。AMI能够实现电能计量、记录/三表（电表、气表和水表）消费信息，并且能够双向通信进行远程查看信息。

（3）高级能量管理
高级能量管理是智能微网的核心组成部分，能够根据能源需求、市场信息和运行约束等条件迅速做出决策，通过对分布式设备和负荷的灵活调度来实现系统的最优化运行。微网EMS与传统EMS的关键区别在于：由于微网内集成热负荷和电负荷，微网EMS需要热电匹配，能够自由与电网进行能量交换和提供分级服务，特殊情况下可牺牲非关键负荷或延迟对其需求响应，为关键负荷提供优质电力保障。微网EMS已开发的功能有：热能利用，利用储能装置实现对热电联产的运行控制、对采通风和空调系统的管理；与配电网进行能量交互，提供无功支持和热备用；分级服务，保障重要负荷用电。

（4）高级分析技术
高级分析技术是高级能量管理的功能化，是实现智能微网自治运行的工具，包括系统性能监测与模拟、测量分析系统、综合预测系统、实时潮流分析和市场模拟系统。系统性能监测与模拟，实时监测微网内各节点电气参数；根据实时数据验证完善离线系统模型；基于在线或模拟故障的微网稳定/恢复最优策略。测量分析系统，检测电压或电流的瞬时值；分析微网暂态过程；监测微网紧急事件；支持实时状态估计；改进微网动态模型；提供更好的数据可视化平台。综合预测系统，更准确的气象预测；更精确的负荷预测；预测故障发生概率；预测运行风险概率；预测关键设备终止服务后的微网系统响应。实时潮流分析，可视化展示安全运行限制区域；给出最优协调方案（例如多微网与配电网之间），扩大安全运行区域，减少输电阻塞，最优化损耗管理，改进系统规划分析。市场模拟系统，为微网经济性分析与控制模拟各种市场因素（如市场成员的不同特点、动态学习能力和自我判断决策能力以及成员间的相互作用），并提供开放的程序开发环境实现软件升级与信息共享。

（5）先进设备技术
高级电力电子技术的引进对我国的微网效率的提高具有重大的意义，它能提供微电源和贮存能量的链接口，能对本地电源做出实时监控并杜绝危险情况的出现，能监测孤岛的情况并及时报告。高级电子技术是得微网变得更加实用，比如微网能够在快速转换开关的转变下实现并网和离网两种模式下的完美转换。新型储能技术是微网是否能开发全智能化的关键技术，物理、电磁、电化学和相变储能这四种类型是它所有的能量转化形态。微网内部具有很多随机分布的高渗透率的可循环利用的发电因子，它们随机分布并且不是持续工作会带来一系列低电压穿越等问题，由于很多储能技术的不成熟性，因此要想加快微网的智能化，必须综合各种储能技术的长处来发展联合控制技术。
随着社会的发展，未来的电网发展必须是安全可靠，清洁高效的，必须为人们提供优质的电力服务，智能电网具有先进的设备和技术，在控制方法上也十分简便，极大的推进了电网的可靠发展，让电网在运作过程中更加的安全和高效，这种优势最主要的体现就是自愈、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、以及资产的优化高效运行。
社会进步带来了环境保护、节能减排的要求，环境友好型社会也必然要求资源消耗降低，能源清洁有效，因此风电发电的作用更加重要。通过风力发电，更加的清洁，发电的周期很短，投资方式十分灵活，而且占地面积较小，当前也形成了较为成熟的发电技术，而最重要的是，使用风电发电的经济效益和社会效益都相对优越，是智能电网中十分重要的一种资源形式。但是风力发电同时也具有随机性和不可控性的特点，这就让风电的发电波动比较大，不好控制。但是随着风能的不断开发应用，风电容量会逐渐增加，波动就会影响电网的正常运作，要消除大规模风电开发的影响，国内外很多的研究都提出了能源系统的互补发展，例如风电与水电的互补等等。

四、微网的基本结构
一个微电网涵盖了分布式电源DG、和用电负荷以及储能单元。其中，DG经由电力电子接口连接于馈线位置，DG选取自制控制运行模式。微电网经由公共耦合结点PCC接入公共配电网。PCC经过降压变压器连接于10kV母线位置，与母线相连的是三条子馈线，分别为馈线A、馈线B、馈线C，每一条馈线电压等级通常不超过10kv。馈线A连接对电能质量要求相对较低的常规负荷；另两条子馈线则连接的是敏感负荷，并且在母线分段位置设置有一个静态开关SS，经由SS能够有效对微电网孤网运行或者并网运行进行迅速切换。

这一微电网模型表现为下述几方面特点：

（1）电力电子接口是对分布式电源DG展开调节的重要基础，其能够有效促进提升微电网的运作性、灵敏性以及可靠性。
（2）有着电源双重配置的敏感负荷，一方面能够经由静态开关自公共供电，一方面能够自分布式电源DG取电，有效满足敏感负荷对电力稳定性、电能质量的要求。
（3）敏感负荷经由静态开关SS与公共配电网连接，一旦公共配电网无法正常运行，SS便能够作出反应，微电网切换至孤网运行，确保对敏感负荷的不断电力提供。

五、智能电网
从现有的理论层面而言，智能电网指的是以物理电网为基础，综合现代化的信息技术、通讯技术、计算机技术等高新科技技术而将原始电网高度集成的新型电网系统，它具有开放性、安全性、高效性等特点，是现代化电力系统的首选网络模式。以目前掌握的智能电网推广程度和使用效果来看，它合理利用了现代通信技术，安全高效地实现了多种现代化技术的综合和融合，既完美取代了传统的电力网络而以可靠、经济的优势为广大用户所接受，又以其高度的漏洞自查能力和数字化配合能力为现代化企业的信息网络运行提供了技术基础，为数据的整合和收集，以及综合分析提供了一个方便快捷的工具，同样为现代化企业经营者所青睐。
由智能电网引出的一个成体系的管理系统即是电力营销信息化管理系统网络，这是以电力网络局域网为核心，以具体的业务工作站为前端，从而构成的统一的大型服务平台。就通俗意义而言，电力营销信息化管理系统即传统意义上的与用户直接对接的服务点，它包揽了具体到单个用户的电力能源服务细节，如电力计量、电费收取、用电管理等日常熟悉的电力行业服务项目，还有业务扩张，技术检测等技术性较强的上升型业务。
智能电网推广之后，电力营销管理系统自然也应脱离于传统的机械化管理操作和业务服务，而做到与时俱进，更新为信息化的电力营销管理系统，将电力服务的具体业务覆盖到电力系统的每个环节和每个用户，实现营销业务的丰富和具体化，实现多流程、多环节、多思路的营销模式，使现代化电力网络营销成为可能，从而以全新的系统化面貌迎接智能电网时代的到来。

六、风电以微网形式接入智能电网
微网是一种由负荷和微电源（微网中的分布式电源）及储能装置共同组成的有机系统。采用微网技术可整合多种形式的分布式电源，并考虑当地配电网的特点，在一个局部区域内直接将分布式电源、电力网络和本地用户有机地组合在一起。微网可以方便地实现（冷）热电联供，并可以结合电蓄冷（热）技术，缓解电网高峰用电压力，实现用电的移峰填谷，优化和提高能源利用效率，减轻能源动力系统对环境的影响，实现能源的梯级利用，为将来智能电网的实现提供必备的技术基础。
针对光伏发电系统和风力发电系统等微电源输出功率具有波动性、随机性、间歇性的特点，微网采用微燃机、燃料电池、储能装置等实现微网中的功率平衡调节，大大降低间歇式分布式电源对电网的影响，增强功率调节的可控性。微网的控制中心对微网的运行状态进行跟踪，并通过专门的快速通信网络向各个微电源发出控制信号，各个微电源都服从统一调度、集中分配。各个微电源及储能装置的响应速度必须能够确保微网的稳定性要求。
风电场出力随着来流风速的大小而波动，风速大小波动变化的比较快速，其基频大多在0.5~2Hz之间。为了使得互补发电设备的出力能够及时赔偿风电场的出力波动，就要求微网中互补发电设备能够快速起动和停机，以适应来流风速大小的自然变化。
燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。燃气轮机发电机组能在无外界电源的情况下迅速起动，机动性好，在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用，能较好地保障电网的安全运行，所以应用广泛。
燃料电池（FuelCell）是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料电池高效率、无污染、建设周期短、易维护而且成木低，负荷响应快，运行质量高，燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率，燃料电池的这些特点使其能作为微网中一种重要的微电源，能对风电等功率波动电源迅速做出反应，保证微网中的功率平衡。

在微网中通过具有快速起停和快速负荷调节特性的燃气轮机和燃料电池来补偿风电场出力的波动，使得整个系统的出力在一段时间内有稳定的输出，克服仅仅由风电场的出力波动对电网造成的不利影响，解决风电对电网稳定性所引起的技术问题，同时通过调节燃气轮机和燃料电池的输出，使得整个发电系统具有良好的可调度性。这一技术方案在现有的技术条件下，对于风电的大规模开发具有十分重要的意义。