微电网技术深度剖析

微电网技术深入分析

 

摘要：微电网是一种新的网络架构，是一套微动力系统单元，负荷，储能系统和控制装置构成。微电网发电能力，主要是小型分布式电源，包括电力电子接口，包括微型燃气轮机，燃料电池，光伏电池，小型风力发电机和超级电容器，电池等储能飞轮和紧凑的单元，他们选择在用户侧，低成本，低电压和低的污染特征。开发和推广微电网可以促进大规模分布式电源和可再生能源，能源供应给负载各种形式的高可靠性，是实现积极的分销网络，使传统电网智能电网过渡的有效途径。

 

关键词：分布式发电;微电网;战略;关键问题

 

目前的做法在许多国家基础犯了微电网的研究，全国电力系统提出了自己的微电网的概念和发展目标。作为一项新技术，微电网在国内的发展呈现出不同的特点。

 

1.1微网美国研究

 

ERTS （电力可靠性技术解决方案联合会）联合主办，由美国电力集团，劳伦斯伯克利国家实验室和其他研究机构主办，由美国能源部和加州能源委员会资助，对微电网技术的专门研究。定义的基本概念CERTS微电网：这是负载和微电源的集合。在电源和冷却系统上运行的大部分与电力电子技术的一个方面这些微微电源提供的，必须进行建模和集成系统来提供必要的保证，柔韧性，操作的灵活性，允许控制可以被用作一个微电网的大电力系统控制单元，为了适应本地负载的可靠性和安全性的要求。 CERTS微电网的定义，提出了一种新的方法，使用的是完全不同的分布式电源接入系统。传统的方法访问分布式电源系统时，着重研究分布式电源对网络性能的影响来考虑。按照传统的做法，当问题网格以确保分布式电源中断自动互连，以避免对电网产生不利影响。该CERTS微电网被定义为当主电网和微型电网解决方案无缝集成到岛上列或运行主网架的设计，你可以重新连接到删除主电网故障失败。这样做的优点是，它被看作是连接到它的微电网分配系统是一个自我控制实体，以确保不间断供电重要用户，提高供电的可靠性，减少馈线损耗的支撑，从当地的电压和纠正措施。因此，不仅避免了传统的分销网络分销微电网一定的负面影响，同时也对分销网络接入点微电网起到支撑作用。

 

1.2欧洲研究微电网

 

欧洲提出要充分利用分布式能源，智能技术，先进的电力电子技术，紧密的和积极鼓励在电力市场社会集中式和分布式发电效率的广泛参与，共同推进电网发展。智能微电网，能源使用等特点已成为未来欧洲多元化电网的重要组成部分。目前，欧洲已经形成了微电网运行，控制，保护，安全性和传播理论，并在实验室微网的平台来验证这些理论。它的使命将集中于更先进的控制策略的随访研究，制定相应的标准，建立示范工程。换句话说，为了挑选规模分布式电力和可再生能源和传统电网积极筹备初期过渡到智能电网。

 

日本研究人员微电网1.3

 

日本日益增长的负担，对国内能源短缺，现实背景，推出了微电网的研究，但其发展目标集中在能源供应的多样化，减少污染，以满足用户的个性化用电需求。日本学者提出了一个灵活和智能的能源供应系统的可靠性（ FRIENDS ）在某些柔性交流输电系统设备的分销网络的主要思想来添加，使用控制器进行快速，灵活的操控性能，能源分销网络，以实现结构优化，电能质量，满足各种用户的需求。目前，日本已实现了系统的微电网的重要形式。

 

了解微网1.4

 

基于这一理念， 100千瓦微型燃气轮机下微电网功率范围将得到广泛应用。它具有高速（ 50,000至100,000 /分钟） ，采用空气轴承，发出（约1000Hz的' ），通过高频交流主题交流 - 直流 - 交流环节，以50Hz的交流电源频率负载，但在代在燃烧过程中氮的氧化物，不会对城市的环境保护有负面影响。因为燃料电池的效率和低排放的特性，自然，它适合作为电源微电网，特别是高温熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池，更适合用于发电，但更昂贵和低效应用。光伏发电，小型风力发电和生物质能发电行业是一个不错的选择。电池，飞轮和超级电容器等储能微电网的重要组成部分。热回收机组，也是重要的组成部分之一，因为利用余热，提高能源利用效率，因为热水或热蒸汽也不如电，节约长途运输容易，但只是为了使微电网结构加热的热负荷。

 

2意义。中国的微电网发展

 

微电网系统的发展和我国经济也很重要。

 

（ 1 ）微电网可以提高电力系统的安全性和可靠性，该系统有利于抗灾能力建设的电力。目前，中国电力行业的发展进入了一个大电网，高电压，长距离，大容量阶段，六个区域电网联网已经实现，增加了网络结构的复杂性。为了实现互操作性的跨区域交流，从理论上讲，是在事故和备份支持，角色扮演领域，实现电力资源的优化配置。然而，广泛的交流同步电源低频振荡和不稳定的各种事故的动态稳定性存在难以控制，造成停电的可能性。在另一方面，分离，市场多元化的主要好处，增加了工厂网络冲突，网厂协调更加困难，特别是对网络设备安全管理的产生不到位，系统安全的威胁力量稳定运行。与传统的集中式发电厂相比，微电网系统可以与高效，灵活的新系统的现有形式的组合具有下列优点：无需建造变电站，以避免或延迟的增加传输和分配成本，无或非常低的输配电损耗可降低最终用户的成本;小，是对建筑要求不高，不占用的输电走廊，建设周期短，高效，灵活，能够迅速的电力需求，可靠性高，而且还可以减少对环境的污染短期激增的回应。

 

（ 2 ）微电网可以促进可再生能源，有利于可再生能源在中国发展分布式发电网络。大量分布式电源系统和发电系统的高级电源管理可能导致无法控制的，不安全和不稳定，从而影响电网运行和电力市场交易，分布式发电面临着许多技术难题和挑战。微电网可以充分利用分布式发电，消除了电网和分布式发电的负面影响造成的影响，是一个新概念，采用分布式发电系统和网络解决方案，所提出的问题。通过类似的地理微功率，储能装置和负荷控制的微网配电网络性能的协调组合， “电网友好型”单一可控的集合，你可以与大电网进行能量交换，哪个可以在很大程度上独立运作电源故障。

 

（ 3 ）微电网可以提高可靠性和电能质量，有利于提高电网企业的服务水平。微电网可以提供对电力的最终用户的需求，根据不同用户的微电源电网分化，负荷分类，形成了一个金字塔形的结构载荷的需要。额定载荷体现个性化功能的微电网的思维，有利于微电网电网公司的应用提供不同质量和供电可靠性，以不同的最终用户。

 

（ 4 ）微电网延迟电网投资，降低网络损耗，有利于建设节约型社会。传统的做法是提供大型集中式发电厂发出的能量，通过远程电源系统，多层次的方式为用户的发射功率，在“本地消费”，就可以有效地降低大型集中式发电厂和能源生产长期依赖距离传输，多级的传输损耗，从而延缓电网投资，降低网络中的损耗。

 

（ 5 ）微电网可以贫困，帮助建设社会主义新农村。微电网能更有效地解决中国西部地区目前面临的传输距离，低功耗，线损大常规电力变电站建设和看病贵的问题，提供远程和难以弥补传统地区电网供电支持。

 

3微电网结构

 

 

微电网控制，协调，管理等功能，这些系统成为现实。

 

（1）微功率微控制器微电网电源依赖于进料单元以调节溶液流，总线电压电平到主网络和网络操作。作为微功率和拔出插头时的功能，该控制信号依赖于位置，该反应是一毫秒。

 

（ 2 ）保护协调的饱和，同时适用于主网故障，同时也为微电网故障。当主网络故障，超载保护协调尽快重要的是微电网要隔离的主要网络。在某些情况下，它是非常重要的，让短期负荷微电网电压骤降，采取一定的补救措施，不能从主微电网分离。当一个故障发生时，微电网，应尽可能地小，以保护段故障隔离的范围。 （3）的能量管理系统，调度方法以及对应的时间预置值的电源电压，能量管理装置的一分钟。

 

4微电网技术

 

微电网是一种新的微电网技术，网络架构已成为电力系统技术发展的最前沿。

 

研究（ 1 ）硬件微网

 

微电网的实现需要先进设备的支持。这包括微电网发电，输电，变电，配电，每个环节。为此，需要开发智能电表，向量测量单元，硬件开发广域测量系统，从而使微电网即插即用功能。开发新的分布式能源的控制器，以确保微电网的高效运行。

 

（ 2 ）微网建模

 

开发可用于低电压不对称微网逆变器控制的静态和动态仿真工具;建立的各种部件，包括分布式电源和负荷模型的内部微网格模型;树立大局微电网模型，包括整体模型结构，等效静态模型，等效电路模型。

 

影响研究（ 3 ）对于大电网微网

 

微电网接入将不可避免地导致需要研究大电网的影响：电网和微电网的稳定性分析孤岛运行;在运行大型微电网网络，包括区域和大型冲击;微电网可靠性，电网损失和环境改善所带来的;影响微电网为基础的电网发展等方面的发展。

 

微电网微型发电，风力发电，光伏发电，他们使用全控型逆变器，引进这些电力电子器件很可能会带来一定的谐波问题。需要对微谐波问题的进一步讨论和研究。

 

控制策略（ 4 ）微电网

 

微电网与大电网之间的最佳状态，在这种状态下高效，稳定运行可以与大电网微电网。微电网控制目标是使微电网，以实现最佳控制。与控制，智能控制和电力电子，主要控制网络，如各种微功率，研究和相互连接的岛屿作战概念之间的微电网协调之间的协调：因此，我们必须研究微电网控制技术，包括最优控制，基于代理的控制策略，基于本地策略控制策略，如黑启动先进的通信技术;研究，以创建一个新的网络设计理念，包括新的保护方案的应用等。

 

（5）其他

 

实现并网发电还需要支持很多方面：有必要制定协议标准微电网，在技术和商业方面的问题;需要在各种微电网集成技术和商业方面进行;需要做的小型发电机现有电网细致入微的分析和可行性;需要建立微电网示范项目和实验测试系统。

 

5关键技术的微电网

 

出现改变了传统的方式来处理微电网负荷增长将从根本上降低其能耗，提高电力系统的可靠性和灵活性，具有巨大潜力。目前，微网发电系统技术已经成为尖端技术的发展。

 

5.1微电网控制功能

 

基本要求微电网控制包括：微型电源接入时，新的原始设备，微电网解决方案时，并列为快速，无缝，无功功率，有功功率，能够独立控制电压骤降和系统失衡会修正不改变，以便能够为适应微电网负载的动态需要。微电网控制功能如下：

 

（ 1 ）基本的有功和无功功率控制（ PQ控制） 。由于大多数的微功率电力电子为基础的，所以有功和无功功率控制，调节，独立，通过调节无功功率逆变器电压幅值，逆变器电压调节器和硬实力到电网电压控制相位控制角。

 

（ 2）调整穷人电压调节。由PQ访问时间是不合适的，如果电压控制在原位，或者可以产生大量的微振动控制的电压的无功功率。电压控制，无功功率，以确保该循环中不产生。在大电网，由于电源之间的相对大的阻抗，这不会发生。微电网的电压设定，只要有一小误差也可能有一个大的反应循环，从而使微功率电压超过。因此，由微功耗的电容或头发的感应电流时，当减少脂肪的感应电流的电压设定值增加时，电容电流的电压设定值时，发出的电压设定值。

 

（ 3 ）快速负荷跟踪和存储。在一个大的网格，在进入能量平衡的一个新的初始负载时取决于系统的惯量，主要用于发电机的大惯性，它只能略微降低（几乎检测不到）在系统频率。由于惯性小微电网发电机，一些权力（如燃料电池）和较长的响应时间常数（ 10 〜200秒） ，所以安装在微型电网解决方案，网络的主岛时正在运行，你必须提供一个电池，超级电容器，飞轮储能装置，或者一些惯性系统，以维持电网的正常运行。

 

（ 4 ）频率下垂控制。在微电网孤岛运行带FM偏差的控制，改变各单元的负载负担的比例，使他们按一定比例调整，而不是产生一个突破。

 

5.2微电网保护

 

微电网保护结构作了一些特殊的要求，以下因素必须考虑： ①在一般径向分布的网络，并且由于微功率，流过器件的电流可以具有单保护成两种方法; ②当微电网孤岛，短路容量将是一个很大的变化，影响了一些原来的保护设备的正常运行; ③改变单一的分布式发电的微电网负荷接入电网是保持电网的一些重要缺陷弯曲，所以它可以在不停电原始的方式正常工作，这些都必须更快的切换，以取代原来的开关速度较慢。这些变化可以使现有的保护装置和战略。

 

5.3微电网并网运行

 

为了保护在根据负载的需求，以确定该微电网的解决方案，根据负载（如在一般的商业负载或负载在半导体工业）来改变灵敏度的程度的配置和控制的标准电压保护。如果发生在配电网发生故障，将有利用高速开关级隔离装置（分离装置， SD ） ，微电网负荷，并尽快故障隔离重要的灵敏度。此时，微电网DR （或DER）不应该跳闸，以确保正确的电负载（加热） ，则故障隔离仍然是重要的。当一个故障发生时，微电网，除了协调的隔离装置，以便不影响进给负载水平。一旦分配网络恢复正常，它应该被测量和比较，电压幅值和角度从SD的两侧，用自动或手动重新微电网并网运行。如果只有一个微微网中功率，当然，允许使用手动重新同步和网络;但是，如果一个微电网内多个地点有多个位置有多个微功耗，那么你得考虑重新同步和自动方式的网络。

 

5.4微电网孤岛

 

当电网孤岛运行，以隔离故障区域尽可能的小，微电网保护装置的协调是特别重要的。特别值得注意的是，由于大多数的微网类型的电子设备供电的，经由电力传输网络连接到逆变器中，只有一个小的短路故障电流（例如，无论是在正常的负载电流） ，是困难的启动例程的过电流保护装置。因此，保护装置和战略应作相应的修改，如使用阻抗，零序电流电压差动型或保护装置。此外，微电网接地系统必须精心设计，以避免故障继电器微电网拆分。

 

5.5微电网能量管理系统

 

微电网被定义为负载的产生和收集，但通常只有负载包括电气负载，还包括热和冷负荷，即热电联产和冷热电联产。因此，不仅在电力网，并利用热，以提高总的功率效率。能源管理系统（能源管理系统， EMS）的目的是使发电和供暖（冷）的最佳利用的决策。该决定是基于本地需求热工设备，气象条件，电力和燃料成本。

 

调度控制能源管理系统：能量管理系统对整个微电网服务，即系统级，因此首要任务是控制和系统控制装置，以直接明确区分各自的角色和职能。微型涡轮机的旋转速度，频率，端电压，发电机（微功率）的功率因数，微功率应并在此基础上进行控制的信号的地方。 CERTS模型中，只有EMS调度趋势和电压系统。需要考虑燃料成本，电力成本，电价，气候条件，如潮水时间表时。 EMS只有一些关键的微电网是由微控制器配合完成多项母线电压配电网络总线电压幅值和欧盟控制的应该是完善的经销网络来控制与它相关的调度系统。

 

除了这些基本功能，EMS还具有一些其他功能，如微电网与配电网应配备一个微型电网解决方案RUNBACK ，微电网发电和负载范围内的平衡;由于相同的微功耗电，热和其他负载的布置应考虑，一般倾向于使用“热集电” ，以满足用户的热负荷条件下的需求，那么电力调度的原则;微电网应配备一些储能装置，例如电池，超级电容器，飞轮。

 

EMS功能自然应该先对微电网的需求，如趋势和电压调度，供电质量和可靠性，提高运营效率和经济性，降低排放，但是从长远来看，它也可以提供一些辅助性服务及分销网络的可靠性服务，特别是由于微电网智能电网的一部分，负载可在响应中发挥作用。此外，由于微电网本身的客户端，这些用户可能是中央商务区（CBD ） ，学校，工厂等，他们有一个供暖，通风，空调和其它过程控制系统，未来EMS（供暖，通风和空调， HVAC）系统，以及那些谁可能成为本地发电，储能，如总调度系统。