微電網(wǎng)概念

微電網(wǎng)被看成未來電力系統(tǒng)中輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)之后的第三級(jí)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，已成為世界各國的國家能源戰(zhàn)略和未來電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。微電網(wǎng)的概念提出于21世紀(jì)初期，是通過建立一種全新的概念，使用系統(tǒng)的方法解決風(fēng)電和光伏等間歇性分布式電源并網(wǎng)帶來的各種問題。微電網(wǎng)系統(tǒng)是一種具有非常獨(dú)特和復(fù)雜動(dòng)態(tài)特性的新型自治發(fā)供電系統(tǒng)，在運(yùn)行模式、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電源配置、控制策略和運(yùn)行優(yōu)化等方面與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比都具有非常大的差異性。文中以系統(tǒng)視角來研究概括了微電網(wǎng)典型特征、關(guān)鍵技術(shù)以及各種成果與展望，希望為我國微電網(wǎng)技術(shù)研究與應(yīng)用推廣提供一種有益的方法指導(dǎo)和學(xué)術(shù)價(jià)值。

微電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

微電網(wǎng)由于包含數(shù)量眾多、特性各異的多種分布式電源，而具有非常復(fù)雜的動(dòng)態(tài)運(yùn)行特性和能量管理問題，這導(dǎo)致了微電網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行與控制機(jī)制十分復(fù)雜。為了有效協(xié)調(diào)控制各分布式電源來實(shí)現(xiàn)和保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)可靠的運(yùn)行目標(biāo)，需以系統(tǒng)的視角對(duì)微電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、微電網(wǎng)的運(yùn)行控制、微電網(wǎng)的保護(hù)及微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

微電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)：是研究開發(fā)微電網(wǎng)系統(tǒng)的第一階段內(nèi)容，是保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，其目的在滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和所轄負(fù)荷需求的條件下，通過優(yōu)化選擇系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及電源配置，實(shí)現(xiàn)和滿足微電網(wǎng)系統(tǒng)在規(guī)劃期間的安全穩(wěn)定運(yùn)行和最小化的系統(tǒng)投資成本目標(biāo)，微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)主要涵蓋了具有能源互補(bǔ)特性的多種混合分布式電源組合類型、分布式電源的選型、運(yùn)行方式、優(yōu)化目標(biāo)、運(yùn)行策略與約束條件、優(yōu)化算法以及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等關(guān)鍵內(nèi)容。

微電網(wǎng)的運(yùn)行控制：是實(shí)現(xiàn)和保證微電網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)單元級(jí)的分布式電源控制和系統(tǒng)級(jí)的微電網(wǎng)控制兩個(gè)不同層面間的協(xié)調(diào)協(xié)作優(yōu)化。微電網(wǎng)的運(yùn)行控制技術(shù)主要包括微電網(wǎng)的運(yùn)行控制模式、運(yùn)行控制策略、各分布式電源的控制方法(包含逆變控制)以及多分布式電源間的協(xié)調(diào)控制方法等關(guān)鍵內(nèi)容。

微電網(wǎng)的保護(hù)：是指當(dāng)微電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)而能夠快速識(shí)別、定位及切除故障并恢復(fù)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的一種關(guān)鍵技術(shù)。并網(wǎng)運(yùn)行模式的故障主要體現(xiàn)在微電網(wǎng)外部故障與內(nèi)部故障，根據(jù)不同的故障位置選取的相應(yīng)故障保護(hù)策略而排除故障。離網(wǎng)運(yùn)行模式的故障主要體現(xiàn)在電源故障與饋線故障，進(jìn)而采用電源保護(hù)或饋線保護(hù)方法排除故障。

微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行：是實(shí)現(xiàn)和保證微電網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的第三階段關(guān)鍵技術(shù)，也是檢驗(yàn)微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)與控制方案優(yōu)劣的最終體現(xiàn)。微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化問題應(yīng)充分考慮微電網(wǎng)的運(yùn)行方式、優(yōu)化調(diào)度目標(biāo)、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益、優(yōu)化算法、優(yōu)化調(diào)度策略以及運(yùn)行約束條件等重要因素，進(jìn)而在滿足負(fù)荷供電質(zhì)量和供電可靠性的基礎(chǔ)上切實(shí)實(shí)現(xiàn)最大化利用可再生能源、減少溫室氣體排放和降低系統(tǒng)電力成本。

微電網(wǎng)的典型特征

微電網(wǎng)系統(tǒng)由于包含有數(shù)量眾多、特性各異的多種分布式電源而成為一個(gè)大規(guī)模、非線性、多約束和多時(shí)間的多維度復(fù)雜系統(tǒng)，具有復(fù)雜性、非線性、適應(yīng)性、開放性、空間層次性、組織性和自組織性、動(dòng)態(tài)演化性等復(fù)雜系統(tǒng)特征，屬于一類變量眾多、運(yùn)行機(jī)制復(fù)雜、不確定性因素作用顯著的特殊的復(fù)雜巨系統(tǒng)。因此，微電網(wǎng)技術(shù)的研究與開發(fā)應(yīng)用應(yīng)首先對(duì)其典型特征有全面的認(rèn)識(shí)和掌握。

微電網(wǎng)的構(gòu)造理念是將分布式電源靠近用戶側(cè)進(jìn)行配置供電，輸電距離相對(duì)較短，其負(fù)荷特性、分布式電源的布局以及電能質(zhì)量要求等各種因素決定了微電網(wǎng)在容量規(guī)模及電壓等級(jí)、結(jié)構(gòu)模式和控制模式等主要方面呈現(xiàn)有別于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的典型特征：

①容量及電壓等級(jí)：微電網(wǎng)的容量規(guī)模相對(duì)較小，其電壓等級(jí)常為低壓或者中壓等級(jí);

②結(jié)構(gòu)模式：微電網(wǎng)按照供電制式可分為交流、直流和交直流混合三種不同結(jié)構(gòu)，技術(shù)最成熟，應(yīng)用最廣泛的是交流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu);

③控制模式：微電網(wǎng)主要有對(duì)等控制模式和主從控制模式兩種，主從控制模式仍是目前國內(nèi)外微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與示范工程的主流。

微電網(wǎng)的成果與展望

成果：針對(duì)當(dāng)前世界各國和地區(qū)已建立的各種微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)與示范工程項(xiàng)目，表1概括分析了國內(nèi)外典型微電網(wǎng)系統(tǒng)的典型特征以及所采用的關(guān)鍵技術(shù)，充分體現(xiàn)了世界各國對(duì)微電網(wǎng)技術(shù)的不斷探索與研究，為進(jìn)一步擴(kuò)大微電網(wǎng)技術(shù)研究與應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

展望：為了進(jìn)一步深入推進(jìn)我國微電網(wǎng)技術(shù)的研究和開發(fā)應(yīng)用，筆者認(rèn)為一些亟待解決的微電網(wǎng)新技術(shù)包括：大容量的多級(jí)混合微電網(wǎng)技術(shù)、智能微電網(wǎng)技術(shù)、直流微電網(wǎng)技術(shù)、微電網(wǎng)的多代理控制技術(shù)、面向整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)的各種仿真和應(yīng)用工具軟件開發(fā)，以及微電網(wǎng)多方向潮流交換的高智能型繼電保護(hù)技術(shù)與產(chǎn)品等。

微電網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用、有效提高系統(tǒng)供電可靠性的一種新型自治電力系統(tǒng)，基于以上對(duì)微電網(wǎng)的典型特征及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行的總結(jié)和分析可知：

①微電網(wǎng)是一個(gè)非線性、多約束、多時(shí)間尺度和多維度的復(fù)雜系統(tǒng)，應(yīng)以系統(tǒng)角度深入了解微電網(wǎng)的典型特征和關(guān)鍵技術(shù)，才能科學(xué)研究和開發(fā)應(yīng)用微電網(wǎng)。

②為了實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)整個(gè)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目標(biāo)，應(yīng)在綜合考慮微電網(wǎng)典型特征的基礎(chǔ)上，遵循因地制宜、因時(shí)制宜的設(shè)計(jì)原則，合理選擇微電網(wǎng)各關(guān)鍵技術(shù)。

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