一個個分布式電源和微網就像是一匹匹自由奔騰的烈馬。而接入控制技術就像是給烈馬套上了籠頭。

      1月中旬的河北承德圍場御道口村，農戶院子前一個個小風機在旋轉，屋頂上一排排光伏面板吸納著冬天的陽光。自從去年12月16日順利通過華北電網公司組織的工程驗收，國網電科院研制建設的“分布式發(fā)電/儲能及微電網接入控制試點工程”已經安全穩(wěn)定運行一個月了。時近春節(jié)，國網電科院的研發(fā)人員還在開始忙著對現(xiàn)場運行結果進行分析，對各種運行控制策略進行試驗。

       能源棋局亟待破解

       承德項目是國家電網公司2011年智能電網第三批試點項目，是國內第一個對分布式清潔能源發(fā)電進行并網接入控制的項目，也是農網智能化建設領域內的首個微電網項目。

       這個當年立項、當年設計、當年研制建成并通過驗收的項目，成為分布式發(fā)電及微電網建設的宏偉藍圖的精彩起筆。同時，該項目在分布式清潔能源發(fā)電及并網接入控制及有序管理、微電網與農網的協(xié)調運行管理以及關鍵設備研制等方面取得了多項技術突破，成為科研成果實現(xiàn)工程化應用的又一個成功范例。

       國內外電力專家常常把微電網比喻成利用綠色能源破解能源棋局的一步“活棋”。作為智能電網的重要組成部分，智能微電網的核心作用是充分消納清潔能源，促進節(jié)能減排，對于我國實現(xiàn)能源優(yōu)化配置，提高用電效率，推進低碳經濟等具有積極的意義。

       智能微電網的接入控制技術將分布式發(fā)電與強大的電網結合了起來，但分布式發(fā)電并網的綠色之路并不平坦。分布式發(fā)電/儲能及微電網的大量、高滲透率接入電網，既面臨著自身穩(wěn)定性的問題，同時改變了傳統(tǒng)配電網功率單向流動的現(xiàn)實，將大大增加配電網調度與運行管理的復雜性。由于難以對眾多的分布式電源進行控制，停電檢修計劃安排的難度增加，配電網施工安全風險加大。

       對分布式發(fā)電/儲能及微電網接入控制技術開展超前研究與探索勢在必行。只有給眾多“不聽話”的小烈馬套上龍頭，才能更好發(fā)展智能電網和微電網。

      “麻雀雖小，五臟俱全”——這是眾多專家對微網公認的評價。承德項目包含村莊集中供電和單戶獨立供電兩種模式，其中村莊模式微電網由50kW光伏發(fā)電、60kW風力發(fā)電、80kW/128kWh鋰電池儲能系統(tǒng)以及60kW農家樂村莊負荷組成，清潔能源發(fā)電量占用電負荷80%以上，平時主要工作在并網運行模式，大電網故障時可以切換為離網運行模式。

       微網雖小，但要對它進行高效控制卻難度很大。它涉及包括風電、光伏等分布式發(fā)電單元、儲能和控制裝置，以及保護、測控、配網等多個技術領域。而在分布式發(fā)電及微網運行控制技術、微網保護技術、微網接入控制技術等關鍵技術領域，國內基本處于空白狀態(tài)，即使在國外也鮮有應用。

       憑借在保護、控制、電能質量監(jiān)測、清潔能源功率預測等領域多年來深厚的技術積累，國網電科院的科技工作者們開始攀登集成創(chuàng)新的技術高峰。“那段時間，我們帶著攻關小組到高校尋求理論支持，查閱國內外相關技術資料，組織開展了多次技術考察和交流。”國電南瑞配電/農電公司總經理、項目負責人沈浩東說。

       攻克微網控制技術

       沒有現(xiàn)成仿真系統(tǒng)，自己編程模擬；沒有試驗條件，就在現(xiàn)場自己搭建。從冬到秋，經過全體項目組成員的艱苦努力，終于克服了一個又一個困難，攻克了一個又一個技術難題，風機系統(tǒng)調試成功，光伏系統(tǒng)調試成功，儲能系統(tǒng)調試成功，控制器開發(fā)成功，控制策略調試成功，微網保護裝置開發(fā)成功，系統(tǒng)聯(lián)調成功……2011年8月20日，整套系統(tǒng)順利通過168小時帶功率實際測試，各項功能和性能指標均達到設計要求。

       微型化、自平衡、清潔高效，是微電網的三個重要特征。國網電科院研發(fā)的具有完全自主知識產權的微電網運行控制系統(tǒng)，集微電網的運行控制、能量管理、發(fā)電預測、負荷管理、協(xié)調調度等功能于一體，在國內率先實現(xiàn)微電網安全可靠經濟運行。同時還研制成功了電能質量監(jiān)測及治理裝置，可實現(xiàn)對微電網電能質量的動態(tài)監(jiān)測及在線補償。

       在系統(tǒng)測控技術方面，攻關團隊創(chuàng)造性的將保證大電網安全穩(wěn)定的同步相量監(jiān)測技術應用于微電網，實現(xiàn)微電網的動態(tài)及暫態(tài)運行的全景監(jiān)測、記錄及綜合分析，為微電網的優(yōu)化配置及參數校核提供了有力支撐。

       微網在實現(xiàn)自身穩(wěn)定運行的同時，還需要能支撐并網運行，要能接受主網的有序管理及接入控制，因此，微電網接入控制系統(tǒng)是必須啃的“硬骨頭”。

      “這是國內首套具有完全自主知識產權的分布式發(fā)電/儲能及微電網接入控制系統(tǒng)，這一系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對微網的定功率控制，保證微網安全并入配電網。”項目主要研制人杜紅衛(wèi)博士向記者介紹。

      “國內外很多專家學者對微網保護機理眾說紛紜，有說微網保護可能很簡單，也有說微網保護很復雜。要知道梨子的滋味就得自己嘗一嘗。經過艱苦攻關，我們對微電網內各種保護原理、實現(xiàn)方式、協(xié)調配合等方面的研究也取得了重大突破，形成了完整的微電網整體監(jiān)測保護方案，研制了微電網保護裝置、微電網監(jiān)測裝置及分布式電源智能終端等關鍵設備。”微網專家孫國城說。

       在電池儲能系統(tǒng)領域，國網電科院清潔能源發(fā)電研究所依托江蘇省科技成果轉化項目——“太陽能發(fā)電和風力發(fā)電大容量儲能系統(tǒng)關鍵技術”，攻克了電池儲能系統(tǒng)并網充放電控制、離網黑啟動、離網電壓頻率控制、并/離網平滑切換等核心控制技術，并在現(xiàn)場試運行中較好地解決了風電/光伏發(fā)電的功率波動性問題，實現(xiàn)了重大技術突破。

       根據沈浩東介紹，該項目的順利實施，其意義不僅在于分布式發(fā)電及微網接入控制技術的研究，同時對于探索解決邊遠農村的供電問題也提供了一個新的思路，可謂一舉兩得。因為邊遠農村往往供電區(qū)域分散，處于供電網末端，同時光伏、風電、秸稈、沼氣等分布式發(fā)電資源豐富，通過智能微電網的建設，對于解決邊遠地區(qū)的供電難題，提高電能質量有著重要意義。

      “隨著國家大力支持可再生能源的開發(fā)利用，未來的城市配電網也將面臨大量分布式發(fā)電的并網接入需求。目前國電南瑞依托這一課題所取得的技術成果，已分別在南京、杭州、青島等城市配電網項目中開展了分布式電源的接入控制管理應用。我們相信這一市場具有廣闊的應用前景。”沈浩東說。