【史上最全】“微電網(wǎng)”知識(shí)

2017-09-07 11:26:30 網(wǎng)能電力　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

1微電網(wǎng)背景今天的電網(wǎng)架構(gòu)和它一百多年前誕生之初并沒有什么本質(zhì)的不同。它的設(shè)計(jì)基于集中式結(jié)構(gòu)，幾個(gè)大型的發(fā)電廠生產(chǎn)電力，再通過電網(wǎng)輸送到幾百數(shù)千公里外的用戶側(cè)。盡管有成熟的電力技術(shù)、復(fù)雜的網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)

1微電網(wǎng)背景

今天的電網(wǎng)架構(gòu)和它一百多年前誕生之初并沒有什么本質(zhì)的不同。它的設(shè)計(jì)基于集中式結(jié)構(gòu)，幾個(gè)大型的發(fā)電廠生產(chǎn)電力，再通過電網(wǎng)輸送到幾百數(shù)千公里外的用戶側(cè)。

盡管有成熟的電力技術(shù)、復(fù)雜的網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和備用設(shè)備作為保障，這種集中式的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)的靈活性和可靠性方面還是有所不足。在集中式的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，監(jiān)測(cè)和控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)在配電網(wǎng)層面相對(duì)較為薄弱，更何況在單個(gè)用戶的層面，所以這種中心網(wǎng)絡(luò)模型從根本上來說缺少必要的對(duì)于用戶側(cè)的智能控制和管理能力。

其次，發(fā)電側(cè)和用電側(cè)的變化也給電網(wǎng)帶來了巨大的挑戰(zhàn)，例如新能源的大規(guī)模并網(wǎng)，電動(dòng)汽車，直流電源或負(fù)載等，這些因素在當(dāng)初電網(wǎng)設(shè)計(jì)的時(shí)候沒有得到充分的考慮，其引發(fā)的不良后果已經(jīng)顯現(xiàn)。以美國(guó)電力市場(chǎng)為例，如果僅僅在現(xiàn)有電網(wǎng)的基礎(chǔ)上大規(guī)模并入綠電，網(wǎng)絡(luò)擁塞是一個(gè)大問題，會(huì)導(dǎo)致某些區(qū)域市場(chǎng)的邊際價(jià)格驟然增高，從而阻礙了風(fēng)電、家用光伏等新能源的進(jìn)一步并網(wǎng)。

再者，對(duì)于如此復(fù)雜龐大的電網(wǎng)，需要承擔(dān)高額的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用，尤其是在電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施老化的情況下。電網(wǎng)老化主要體現(xiàn)在四個(gè)方面：電器設(shè)備老化(例如美國(guó)有超過50%的變電所變壓器運(yùn)行時(shí)間超過35年)，系統(tǒng)布局老舊，施工管理過時(shí)，陳舊的問題解決方案。

對(duì)于以上問題，小型分布式發(fā)電并入電網(wǎng)是一個(gè)解決方案。事實(shí)上，這并不是它第一次出現(xiàn)在公眾的視野。19世紀(jì)末期電氣化的初始階段，愛迪生提出了建設(shè)小型直流電網(wǎng)的概念，但是由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)，特斯拉的交流電網(wǎng)最終勝出，廣為流傳?，F(xiàn)在微電網(wǎng)的回歸，相較于當(dāng)年愛迪生的版本，運(yùn)行靈活性、效率和可靠性都有顯著的提升，同時(shí)初投資和運(yùn)行費(fèi)用也降低了不少。此外，還增加了之前設(shè)計(jì)所不具有的技術(shù)，例如：電力電子接口，儲(chǔ)能設(shè)備，需求側(cè)管理以及智能控制。其中，電力電子技術(shù)可以說是現(xiàn)代微網(wǎng)的關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

2微電網(wǎng)的基本組成

微電網(wǎng)是指由分布式電源、用電負(fù)荷、配電設(shè)施、監(jiān)控和保護(hù)裝置等組成的小型發(fā)配用電系統(tǒng)(必要時(shí)含儲(chǔ)能裝置)。分為并網(wǎng)型微電網(wǎng)和獨(dú)立型微電網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)自我控制和自治管理。并網(wǎng)型微電網(wǎng)既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行;獨(dú)立型微電網(wǎng)不與外部電網(wǎng)連接，電力電量自我平衡。根據(jù)建設(shè)目的和經(jīng)濟(jì)環(huán)境的不同，微網(wǎng)的形狀結(jié)構(gòu)可能各不相同，但是它們的技術(shù)架構(gòu)大體類似。下面簡(jiǎn)要探討下微網(wǎng)的基本組成。

電源：在所有微電網(wǎng)系統(tǒng)中，最基本的組成部分是電源。電源要滿足微網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷的需求，例如容量，以及其他技術(shù)層面、經(jīng)濟(jì)層面的種種考慮。其中，分布式光伏受到廣泛關(guān)注。尤其是近年來光伏電池模塊價(jià)格的下降，讓基于分布式光伏的微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)可行性上升。

對(duì)于位于偏遠(yuǎn)地區(qū)的基于光伏的微網(wǎng)來說，挑戰(zhàn)主要來自系統(tǒng)的維護(hù)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的要求。一方面，當(dāng)暴露在高溫高濕的環(huán)境中時(shí)，光伏電池的性能會(huì)下降。另一方面，由于能量來源(太陽(yáng)光)具有間斷性，儲(chǔ)能設(shè)備便必不可少，而它的投資占系統(tǒng)支出的很大一部分，對(duì)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性影響較大，并且光伏電池裝機(jī)容量越大，儲(chǔ)能系統(tǒng)容量也要相應(yīng)增大。

除了分布式光伏，常見的能量來源還包括：分布式風(fēng)能，燃料電池，微型渦輪機(jī)，往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)，以及其他分布式發(fā)電技術(shù)(小型水電，小型潮汐發(fā)電，小型波浪發(fā)電，地?zé)岚l(fā)電，分布式核能發(fā)電等)。

電力管理系統(tǒng)

電力管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)電力從電源輸送到用電設(shè)備。具體功能包括：一是，將電源處各形式的電能轉(zhuǎn)換成符合出所需要的形式，例如使用逆變器將光伏產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成通常負(fù)荷所需要的50Hz交流電。二是，作為儲(chǔ)能設(shè)備的界面，來使微網(wǎng)內(nèi)的電力供需達(dá)到平衡。現(xiàn)代微網(wǎng)通常融入了軟件和控制系統(tǒng)，例如智能電表，從而實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)的高效和穩(wěn)定運(yùn)行。

儲(chǔ)能系統(tǒng)：

儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)微網(wǎng)的重要性不言而喻。它可以讓微網(wǎng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部的電力供需平衡，從而維持電壓和頻率的穩(wěn)定。也可保證用戶的用電需求隨時(shí)能得到滿足。微網(wǎng)系統(tǒng)中常見的儲(chǔ)能設(shè)備為：電池，燃料電池+電解池，超級(jí)電容以及飛輪等。

用電設(shè)備：

微網(wǎng)中用電設(shè)備的電力來源是系統(tǒng)中全部的發(fā)電和儲(chǔ)能設(shè)備。綜合考量用電設(shè)備是很有必要的，因?yàn)樗鼈儧Q定了用電負(fù)荷在微網(wǎng)中的位置，相應(yīng)地也會(huì)影響發(fā)電裝機(jī)容量以及對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的要求。例如，對(duì)一個(gè)基于分布式光伏發(fā)電的微網(wǎng)來說，為手機(jī)充電的負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)影響微乎其微，而開啟電冰箱這樣的有長(zhǎng)期穩(wěn)定的用電設(shè)備則對(duì)系統(tǒng)管理用電負(fù)荷帶來了一定的困難。

對(duì)外連接：

微網(wǎng)通常與大電網(wǎng)相連，從而實(shí)現(xiàn)之間的電力交換。這種類型的微電網(wǎng)在校園和醫(yī)院中十分常見。此外，電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)之一是使用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，將很多個(gè)微電網(wǎng)連接起來。

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