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【电力百科】微电网到底是什么?

日期:2019-09-11    来源:广东省电机工程学会

国际电力网

2019
09/11
15:32

关键词: 小型发配电系统 分布式电源并网 微电网技术


        
   微电网(Micro-Grid)也译为微网,是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。微电网是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统,既可以与外部电网并网运行,也可以孤立运行。微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用,解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。微电网是相对传统大电网的一个概念,是指多个分布式电源及其相关负载按照一定的拓扑结构组成的网络,并通过静态开关关联至常规电网。 开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入,实现对负荷多种能源形式的高可靠供给,是实现主动式配电网的一种有效方式,使传统电网向智能电网过渡。
  名词解释:
  直流微电网:分布式电源、储能装置、负荷等均连接至直流母线,直流网络再通过电力电子逆变装置连接至外部交流电网。直流微电网通过电力电子变换装置可以向不同电压等级的交流、直流负荷提供电能,分布式电源和负荷的波动可由储能装置在直流侧调节。
  交流微电网:分布式电源、储能装置等均通过电力电子装置连接至交流母线。目前交流微电网仍然是微电网的主要形式。通过对PCC处开关的控制,可实现微电网并网运行与孤岛模式的转换。
  交直流混合微电网:既含有交流母线又含有直流母线,既可以直接向交流负荷供电又可以直接向直流负荷供电。
  中压配电支线微电网:以中压配电支线为基础将分布式电源和负荷进行有效集成的微电网,它适用于向容量中等、有较高供电可靠性要求、较为集中的用户区域供电。
  低压微电网:在低压电压等级上将用户的分布式电源及负荷适当集成后形成的微电网,这类微电网大多由电力或能源用户拥有,规模相对较小。
  美国标准
  CERTS(Consortium for ElectricReliability Technology Solutions)合作组织由美国的电力集团、伯克利劳伦斯国家实验室等研究机构组成的,在美国能源部和加州能源委员会等资助下,对微电网技术开展了专门的研究。CERTS定义的微电网基本概念:这是一种负荷和微电源的集合。该微电源在一个系统中同时提供电力和热力的方式运行,这些微电源中的大多数必须是电力电子型的,并提供所要求的灵活性,以确保能以一个集成系统运行,其控制的灵活性使微电网能作为大电力系统的一个受控单元,以适应当地负荷对可靠性和安全性的要求。
  CERTS定义的微电网提出了一种与以前完全不同的分布式电源接入系统的新方法。传统的方法在考虑分布式电源接入系统时,着重在分布式电源对网络性能的影响。按传统方法当电网出现问题时,要确保联网的分布式电源自动停运,以免对电网产生不利的影响。而CERTS定义的微电网要设计成当主电网发生故障时微电网与主电网无缝解列或成孤岛运行,一旦故障去除后便可与主电网重新连接。这种微电网的优点是它在与之相连的配电系统中被视为一个自控型实体,保证重要用户电力供应的不间断,提高供电的可靠性,减少馈线损耗,对当地电压起支持和校正作用。因此,微电网不但避免了传统的分布式发电对配电网的一些负面影响,还能对微电网接入点的配电网起一定的支持作用。
  欧洲标准
  欧洲提出要充分利用分布式能源、智能技术、先进电力电子技术等实现集中供电与分布式发电的高效紧密结合,并积极鼓励社会各界广泛参与电力市场,共同推进电网发展。微电网以其智能性、能量利用多元化等特点也成为欧洲未来电网的重要组成。目前,欧洲已初步形成了微电网的运行、控制、保护、安全及通信等理论,并在实验室微电网平台上对这些理论进行了验证。其后续任务将集中于研究更加先进的控制策略、制定相应的标准、建立示范工程等。即,为分布式电源与可再生能源的大规模接入以及传统电网向智能电网的初步过渡做积极准备。
  日本标准
  微电网是指在一定区域内利用可控的分布式电源,根据用户需求提供电能的小型系统。
  东京大学给出的定义:微电网是一种由分布式电源组成的独立系统,一般通过联络线与大系统相连,由于供电与需求的不平衡关系,微电网可选择与主网之间互供或者独立运行。
  三菱公司给出的定义:微电网是一种包含电源和热能设备以及负荷的小型可控系统,对外表现为一整体单元并可以接入主网运行;并且将以传统电源供电的独立电力系统也归入为微电网研究范畴,大大扩展了CERTS(美国电力可靠性技术解决方案协会)对微电网的定义范围。
  技术应用
  微电网是指由分布式电源、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。微电网中的电源多为容量较小的分布式电源,即含有电力电子接口的小型机组,包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池、小型风力发电机组以及超级电容、飞轮及蓄电池等储能装置。它们接在用户侧,具有成本低、电压低以及污染小等特点。
  由于环境保护和能源枯竭的双重压力,迫使我们大力发展清洁的可再生能源。高效分布式能源工业(热电联供)的发展潜力和利益空间巨大。提高供电可靠性和供电质量的要求以及远距离输电带来的种种约束都在推动着在靠近负荷中心设立相应电源。通过微电网控制器可以实现对整个电网的集中控制,不需要分布式的就地控制器,而仅采用常规的量测装置,量测装置与就地控制器之间采用快速通讯通道。采用分布式电源和负荷的就地控制器实现微电网暂态控制,微电网集中能量管理系统实现稳态安全、经济运行分析。微电网集中能量管理系统与就地控制器采用弱通讯连接  。
  微电网是一个可以实现自我控制、保护和管理的自治系统,它作为完整的电力系统,依靠自身的控制及管理供能实现功率平衡控制、系统运行优化、故障检测与保护、电能质量治理等方面的功能。
  智能微电网是规模较小的分散的独立系统,是能够实现自我控制、保护和管理的自治系统,既可以与外部电网运行,也可以孤立运行。它将分布式电源、储能装置、能量装换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统。
  中国发展
  国外对于微电网的研究起步较早,在关键技术方面已取得一些突破,并在小规模微电网中得到验证。其中美国、欧洲、日本及加拿大等建设了一批示范工程,为微电网的发展提供了一些经验借鉴,成为微电网领域领先国家。国外正在推动微电网向更高电压等级、更大容量发展。
  国内微电网研究处于起步探索阶段,国家电网公司是微电网技术研究的主要机构。2011 年8 月,国网电科院微电网技术体系研究项目通过验收。该项目首次提出了中国微电网技术体系,涵盖微电网核心技术框架、电网应对微电网的策略、技术标准和政策等,制定了我国微电网发展线路和技术路线图,对我国微电网不同发展阶段提出了积极的意见和建议。
  河北、天津、河南、浙江、珠海等地已经在进行微电网示范项目的研究及建设。其中,珠海东澳岛微电网项目的建成,解决了岛上长期以来的缺电现象,最大程度地利用海岛上丰富的太阳光和风力资源,最小程度地利用柴油发电,提供绿色电力。随着整个微电网系统的运行,东澳岛可再生能源发电比例从30%上升到70%。
  2015年8月,,烟台长岛分布式发电及微电网接入控制工程通过国家发改委验收,正式竣工投运。这是我国北方第一个岛屿微电网工程,可以在外部大电网瓦解的情况下,实现孤网运行保证对重要用户的连续供电,极大地提高长岛电网的供电能力和供电可靠性。
  微电网行业研究小组分析认为,微电网是大电网的有力补充,是智能电网领域的重要组成部分,在工商业区域、城市片区及偏远地区有广泛的应用前景。随着微电网关键技术研发进度加快,预计微电网将进入快速发展期。
  国内对微电网的研究取得一定的进展,但与欧洲、美国及日本等由研究机构、制造商和电力公司组成的庞大研究团队相比,我国在研究力量和取得成果上仍存在较大差距。
  一、缺乏统一、规范的微电网体系技术标准和规范。
  目前国内尚无统一、规范的微电网体系技术标准和规范,很大程度上影响了微电网技术的研究和示范工程的建设。
  二、电力电子技术在微电网中的应用水平不高。
  微电网技术的发展与先进的电力电子技术、计算机控制技术、通信技术紧密相关。根据微电网的特殊需求,需要研究使用的电力电子技术并研制一些新型的电力电子设备。
  三、微电网的保护控制技术尚不成熟。
  四、投资及运维成本高。
  微电网孤网运行要求配置一定容量的储能系统,储能系统建设投资成本较高。储能系统容量配置越大,效果越好,但成本越高,需要找到一个较好的平衡点,这和微电网的运行要求,峰谷电价政策等都有密切的关系。微电网监控平台及能量管理系统,投资成本高。在运维成本上,也比一般电网要高。
  2015年7月22日,国家能源局发布了关于推进新能源微电网示范项目建设的指导意见,新能源微电网项目可依托已有配电网建设,也可结合新建配电网建设;可以是单个新能源微电网,也可以是某一区域内多个新能源微电网构成的微电网群。
  国家能源局鼓励在新能源微电网建设中,按照能源互联网的理念,采用先进的互联网及信息技术,实现能源生产和使用的智能化匹配及协同运行,以新业态方式参与电力市场,形成高效清洁的能源利用新载体。根据微电网使用示范项目数量和全球市场容量份额两种方法估算,中国“十三五”期间微电网增量市场约为200亿元-300亿元,其中还不包括原有的光伏、配网、电动汽车和储能需求。
  从2015年8月30日举办的“光伏微讲堂黄埔一期”微电网关键技术与发展趋势论坛上获悉的。参与“十三五”规划的专家认为,可再生能源的到来已经是大势所趋,微电网有着广阔的市场前景。目前微电网技术、经济、商业模式还需要示范,重点要推广示范可再生能源微能源网,探索最技术经济可行的新商业模式。
  “微电网主要是电力能源生产与消费在同一电力用户或者局域内实现一体化,包括小型电力运行管理系统对用电进行智能化控制,首先是智能电网在用户端的具体化,其次是分布式能源的升级版,将可再生能源的自由利用和常规能源的高效利用结合起来,是推进能源发展及经营管理方式变革的重要载体。”国家能源局新能源与可再生能源司副司长梁志鹏在论坛上解释称。
  同时,微电网也是新一轮电力体制改革之后的新业态,是电网配售侧向社会主体放开的一种具体方式。在梁志鹏看来,微电网的经营应该是电网企业之外的主体,其实现投资主体多元化要比配电网侧更为容易。
  据了解,相对于美国、日本和欧洲来讲,我国的微电网研究起步相对较晚,总体而言处于技术、经济、商业模式的研究示范阶段。近期微电网项目建设被正式提升至国家层面,7月21日,国家能源局对外公布了《关于推进新能源微电网示范项目建设的指导意见》,要求在电网未覆盖的偏远地区、海岛等,优先选择新能源微电网方式,探索独立供电技术和经营管理新模式。
  梁志鹏说,从现在来看,很多项目都叫微电网,但难以作为示范。新能源微电网更多指的是分布式可再生能源和天然气等分布式常规能源的高效利用。目前的示范项目申报中,浙江和江苏等东部地区比较多。
  发展前景
  欧美日三地都在进行微电网的技术研究,其中日本立足于国内能源日益紧缺、负荷日益增长的现实背景,展开了微电网研究,但其发展目标主要定位于能源供给多样化、减少污染、满足用户的个性电力需求。日本学者还提出了灵活可靠性和智能能量供给系统(FRIENDS)其主要思想是在配电网中加人一些灵活交流输电系统装置,利用控制器快速、灵活的控制性能,实现对配电网能源结构的优化,并满足用户的多种电能质量需求。日本已将该系统作为其微电网的重要实现形式之一。
  从全球来看,微电网主要处于实验和示范阶段,微电网的技术推广已经度过幼稚期,市场规模稳步成长。着眼于当下世界范围的能源和环境困局以及电力安全需求的长期高企,微电网技术应用前景看好。未来5到10年,微电网的市场规模、地区分布和应用场所分布都将会发生显著变化。
  国内方面,近三年,微电网开始逐渐走到政策前台,国家能源局也计划在“十二五”期间建设30个微电网示范工程,各级政府已经出台了一些支持性政策,自下而上推动力越来越显著。2012年陆续有一批重大示范工程获批,预期未来各地会有更多政府或企业主导的项目上马,微电网在国内的市场将非常广阔。
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