0 引言

隨著煤、石油等化石燃料的日益減少，全球能源、環(huán)境問(wèn)題逐漸凸顯，而風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源具有資源豐富、可再生、環(huán)保的特點(diǎn)，世界各國(guó)都非常重視風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源的開(kāi)發(fā)和利用。

近年來(lái)，全球風(fēng)電裝機(jī)容量、光伏發(fā)電裝機(jī)保持每年20%、25%的增速;我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量、光伏發(fā)電裝機(jī)保持每年40%、50%的增速;我省風(fēng)電裝機(jī)容量、光伏發(fā)電裝機(jī)保持每年30%、35%的增速;世界各國(guó)對(duì)風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物能等可再生能源的利用促進(jìn)了分布式電源的快速發(fā)展，使分布式發(fā)電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

分布式發(fā)電是指將相對(duì)小型的發(fā)電裝置分散布置在用戶現(xiàn)場(chǎng)或用戶附近的發(fā)電方式。分布式電源位置靈活、分散的特點(diǎn)極好地適應(yīng)了分散電力需求和資源分布，減少了輸、配電網(wǎng)升級(jí)換代所需的巨額投資，同時(shí)它與大電網(wǎng)互為備用也使供電可靠性得以改善。但也存在諸多問(wèn)題，例如：分布式電源單機(jī)接入成本高、控制困難等。特別是分布式電源相對(duì)大電網(wǎng)是不可控源，使得電網(wǎng)往往采取限制、隔離的方式來(lái)處置分布式電源以減小其對(duì)大電網(wǎng)的沖擊。

1 微電網(wǎng)的概念

為協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式電源間的矛盾，充分挖掘分布式電源的價(jià)值和效益，在本世紀(jì)初學(xué)者們提出了微電網(wǎng)的概念。微電網(wǎng)將發(fā)電機(jī)、負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置及控制裝置等結(jié)合，形成一個(gè)單一可控的單元，向用戶供給電能。微電網(wǎng)中的電源多為分布式電源，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏發(fā)電以及微型燃?xì)廨啓C(jī)及燃料電池 、超級(jí)電容、飛輪、蓄電池等儲(chǔ)能裝置。它們接在用戶側(cè)，具有低成本、低電壓和低污染的特點(diǎn)。微電網(wǎng)既可與大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，也可在電網(wǎng)故障或需要時(shí)與主網(wǎng)斷開(kāi)單獨(dú)運(yùn)行。微電網(wǎng)具有雙重角色，可以被控制為一個(gè)簡(jiǎn)單的可調(diào)度負(fù)荷，也可以作為一個(gè)可定制的電源以滿足用戶多樣化的需求。微電網(wǎng)在接入電力系統(tǒng)時(shí)，入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)只針對(duì)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的公共連接點(diǎn)，而不針對(duì)各個(gè)具體的微電源。因此，微電網(wǎng)可以充分發(fā)揮了分布式電源的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，也為用戶帶來(lái)了多方面的效益。微電網(wǎng)是大電網(wǎng)的有利補(bǔ)充，可以經(jīng)濟(jì)有效地解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電，避免單一供電模式造成的地區(qū)電網(wǎng)薄弱和大面積停電事故，提高供電系統(tǒng)的安全性、靈活性和可靠性，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，是能源發(fā)展的方向。

2 微電網(wǎng)的研究

近三年來(lái)，圍繞《含分布式電源的微電網(wǎng)運(yùn)行與優(yōu)化控制的合作研究》重大課題，致力于分布式發(fā)電、微電網(wǎng)運(yùn)行、電力變換器控制、電力電子在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用、新能源并網(wǎng)與利用等相關(guān)領(lǐng)域項(xiàng)目的研究與合作，“風(fēng)光發(fā)電控制與智能電網(wǎng)山西省科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”成員已在雙向dc\dc、雙向ac\dc、光伏逆變器等方面做了大量深入研究，并取得顯著成果，可為交直流混合微電網(wǎng)中各類(lèi)微電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)等的協(xié)調(diào)運(yùn)行、光伏及風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)以及電動(dòng)車(chē)充放電控制等提供理論和技術(shù)支持。

a) 最早在國(guó)際上提出“交直流混合微電網(wǎng)”的概念、模型與結(jié)構(gòu)。交直流混合微電網(wǎng)將交流配電網(wǎng)和直流配電網(wǎng)通過(guò)功率變換器相連接，不僅保留了交直流電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)減少了多重交直流變換造成的能耗和電器設(shè)備中的多余電力電子轉(zhuǎn)換器件。主要針對(duì)交直流混合微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、各微電源及儲(chǔ)能裝置的協(xié)調(diào)控制、微網(wǎng)結(jié)構(gòu)中電力電子的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)做了大量研究。提出一種適用于交直流母線間功率變換器的下垂控制方式，可以實(shí)現(xiàn)交直流配電網(wǎng)功率自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證微電網(wǎng)功率平衡;提出新的電力電子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，優(yōu)化了微電源和儲(chǔ)能裝置功率出力及功率流向的無(wú)縫切換;

b) 針對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)的集成做了大量研究，包括新能源發(fā)電(如風(fēng)電、光伏等)并網(wǎng)，及電動(dòng)汽車(chē)的充放電控制。主要有以下幾方面研究重點(diǎn)：綜合考慮多維風(fēng)速影響因素，建立風(fēng)速模型并進(jìn)行風(fēng)速預(yù)測(cè)，同時(shí)監(jiān)測(cè)分析風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)點(diǎn)的電能質(zhì)量;分析評(píng)估新能源發(fā)電高滲透率情況下的系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和能源利用效率;提出一項(xiàng)新指標(biāo)，用于評(píng)估風(fēng)速驟升或緩降時(shí)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的剩余電能;

c) 針對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)中配電網(wǎng)可靠性的分析取得了顯著的研究成果。主要研究有：針對(duì)新能源發(fā)電的不確定性和間歇性，提出了新的電力系統(tǒng)和微電網(wǎng)運(yùn)行可靠性模型; 為了減少新能源并網(wǎng)引起的頻率和電壓的變化，提出了微電網(wǎng)中儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法;提出針對(duì)大型風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行四維風(fēng)功率預(yù)測(cè)的模型和方法，提高電力調(diào)度計(jì)劃的準(zhǔn)確性，從而提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性;建立融合風(fēng)電和傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電模型，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷和發(fā)電量同時(shí)變化時(shí)，采用新算法減小可靠性分析運(yùn)算量;針對(duì)系統(tǒng)無(wú)功功率源故障引起的無(wú)電壓變化進(jìn)行研究，并提出無(wú)功功率缺失對(duì)系統(tǒng)可靠性影響的相關(guān)指標(biāo);針對(duì)風(fēng)機(jī)故障時(shí)對(duì)下游風(fēng)速及風(fēng)電場(chǎng)出力的影響，結(jié)合地形和風(fēng)機(jī)可靠性，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電進(jìn)行可靠性評(píng)估，并采用二次插值法計(jì)算風(fēng)機(jī)最佳位置，保證風(fēng)電場(chǎng)最大出力;

d) 針對(duì)微電網(wǎng)中存在的電壓質(zhì)量問(wèn)題，提出了基于光蓄發(fā)電單元的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(dynamic voltage restorer, dvr)。dvr以光蓄發(fā)電單元為儲(chǔ)能單元，通過(guò)整流器串聯(lián)接入到低壓配電網(wǎng)與微電網(wǎng)公共連接處。提出了dvr的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)方式、不間斷供電方式和微電源方式的3種運(yùn)行模式。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行合理控制，實(shí)現(xiàn)3種模式的有效切換，提高dvr設(shè)備的利用率。dvr的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)方式可有效抑制電壓暫降或驟升，改善微電網(wǎng)電壓質(zhì)量;不間斷供電方式可提高對(duì)負(fù)荷的供電可靠性;微電源方式可以減少主網(wǎng)的電能供給，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

3 結(jié)語(yǔ)

微電網(wǎng)能有效降低或消除分布式電源直接接入大電網(wǎng)所產(chǎn)生的負(fù)面影響，為新能源及可再生能源并網(wǎng)發(fā)電的規(guī)?；瘧?yīng)用提供了新的途徑。微電網(wǎng)技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)興起，順應(yīng)了我國(guó)大力開(kāi)展可再生能源發(fā)電，社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的要求，因此對(duì)其進(jìn)行深入研究具有重大意義，將促進(jìn)山西省風(fēng)電、光電產(chǎn)業(yè)健康、持續(xù)發(fā)展。