微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究

劉壯志

摘 要：由于微電網(wǎng)運(yùn)行方式具有較高的復(fù)雜性和分布式電源多樣性，在微電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度、規(guī)劃設(shè)計(jì)、保護(hù)控制等方面與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)有著一定的不同。該文筆者就微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，以便于明確未來微電網(wǎng)研究方向，不斷提升微電網(wǎng)系統(tǒng)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)意義。

關(guān)鍵詞：分布式電源 規(guī)劃設(shè)計(jì) 關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）12（a）-0007-02

為了逐步提升微電子關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用水平，提升微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行及相關(guān)問題的有效控制。下面我們就微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)加以總結(jié)分析，并從微電網(wǎng)數(shù)字仿真及實(shí)驗(yàn)研究等方面做出簡要論述，提出更加有效的技術(shù)發(fā)展意見和建議。

1 微電網(wǎng)仿真

1.1 數(shù)字仿真

微電網(wǎng)常用的應(yīng)用手段之一就是數(shù)字仿真，并就規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)行機(jī)理、保護(hù)控制等問題進(jìn)行了有力的技術(shù)支撐。對(duì)數(shù)字仿真方向而言，微電網(wǎng)就是熱力學(xué)和化學(xué)等方面的耦合。由于微電網(wǎng)控制系統(tǒng)和設(shè)備存在一定的時(shí)間常數(shù)差異，微電網(wǎng)系統(tǒng)強(qiáng)剛性特點(diǎn)，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和動(dòng)態(tài)過程的整體仿真。微電網(wǎng)數(shù)字技術(shù)研究就是不斷提升數(shù)字仿真性能，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)性能，滿足電能供應(yīng)需求。

1.2 建模技術(shù)

微電網(wǎng)建模有利于實(shí)現(xiàn)各個(gè)結(jié)構(gòu)層面和時(shí)間尺度的劃分，并根據(jù)不同研究目的和各種原件時(shí)間尺度仿真模型建設(shè)，更好地滿足仿真模型建立要求，提高仿真建模技術(shù)的仿真效率和精度。微電網(wǎng)就是要提高仿真速度或是非線性部分，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分布式電源非線性靜態(tài)特性擬合化簡。

1.3 數(shù)字仿真方法

基于微電網(wǎng)穩(wěn)定性規(guī)劃、仿真、調(diào)度進(jìn)行微電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)分析，其特殊性主要體現(xiàn)在發(fā)電系統(tǒng)建模上。分布式電源就是要綜合全面進(jìn)行交直流混合微電網(wǎng)特點(diǎn)研究，提升交直流穩(wěn)定性仿真水平。微電網(wǎng)特點(diǎn)就是要在解決過程中，逐步描述代數(shù)方程和微分方程，提升隱式算法計(jì)算量，實(shí)現(xiàn)對(duì)仿真速度的有效控制，優(yōu)化系統(tǒng)穩(wěn)定性和仿真速度。微電網(wǎng)使用過程中應(yīng)合理選擇仿真數(shù)據(jù)計(jì)算方法。微電網(wǎng)暫態(tài)仿真應(yīng)逐步加強(qiáng)計(jì)算精度，以實(shí)現(xiàn)更加精確的仿真計(jì)算。對(duì)電子設(shè)備計(jì)算矩陣和精確求解等相關(guān)數(shù)值振蕩和開關(guān)動(dòng)作問題進(jìn)行線性插值調(diào)整，以便于更好地實(shí)現(xiàn)非線性方程、精確求解過程。

由于受仿真計(jì)算速度的影響，微電網(wǎng)暫態(tài)仿真計(jì)算規(guī)模受到限制。常用的計(jì)算方法有并行仿真算法和高效稀疏技術(shù)，這可以極大地提升仿真計(jì)算效率。微電網(wǎng)特點(diǎn)有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)電能控制系統(tǒng)求解過程的并行計(jì)算；從算法層面增加仿真速度，并從矩陣指數(shù)的角度實(shí)施數(shù)值積分算法，努力提升狀態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)簡化，通過維持算法穩(wěn)定性逐步改善微電網(wǎng)電磁暫態(tài)仿真速度和計(jì)算精度。

如上圖所示，微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)大致如此。相較于傳統(tǒng)的輸電網(wǎng)仿真，微電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真要結(jié)合諸多問題，合理選擇研究環(huán)節(jié)或是部分仿真區(qū)域，微電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真就是最極端的狀況。以微電網(wǎng)仿真技術(shù)手段進(jìn)行仿真速度的控制，綜合考慮成本影響因素和仿真實(shí)時(shí)性，進(jìn)一步推動(dòng)微電網(wǎng)仿真系統(tǒng)的發(fā)展。

2 微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)研究

微電網(wǎng)使用規(guī)模較小，與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)規(guī)模有著一定的差距，微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)研究可以通過真實(shí)物理裝置實(shí)驗(yàn)增進(jìn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的了解，構(gòu)建科學(xué)合理的微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，更好地反映實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象。微電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)的意義和建立仿真實(shí)驗(yàn)室的根本原因在于以下幾點(diǎn)。

筆者將微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果相對(duì)應(yīng)，并進(jìn)一步驗(yàn)證了仿真參數(shù)和模型的正確性，建立微電網(wǎng)仿真研究平臺(tái)，滿足電網(wǎng)能源供應(yīng)需求。微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行研究能夠及時(shí)提出有效的解決對(duì)策和意見，創(chuàng)造更加有利的調(diào)查研究條件。

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究能夠加強(qiáng)微電網(wǎng)能量管理、控制、運(yùn)行和保護(hù)、技術(shù)理論載體，筆者結(jié)合了數(shù)字仿真和物理模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，綜合仿真系統(tǒng)建設(shè)，更好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)研究作用，逐步擴(kuò)大數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，努力提升動(dòng)模實(shí)驗(yàn)室仿真能力，促進(jìn)微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)未來發(fā)展。

微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)已經(jīng)成為近年來電力系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)，但微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在建設(shè)初期功能單一、結(jié)構(gòu)簡單、針對(duì)性較強(qiáng)。微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)最早建立是在歐洲，進(jìn)而加深對(duì)微電網(wǎng)分層控制結(jié)構(gòu)驗(yàn)證，電力可靠性技術(shù)研究，使得微電網(wǎng)概念更加明確，實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)分布式電源建設(shè)。

微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)研究有利于提升分布式電源控制策略的有效性，驗(yàn)證了技術(shù)應(yīng)用的效率，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)暫態(tài)頻率和電壓的優(yōu)化調(diào)整，增加了微電網(wǎng)孤島模式與并網(wǎng)模式間切換的有效性?？稍偕茉磳?shí)驗(yàn)室包括3個(gè)子微電網(wǎng)交直流微電網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)，并充分利用分布式發(fā)電系統(tǒng)可靠性測(cè)試和并網(wǎng)技術(shù)研究，積極加入微電網(wǎng)管理規(guī)則和分布式發(fā)電工作當(dāng)中。

隨著微電網(wǎng)應(yīng)用范圍的快速發(fā)展，大部分地區(qū)先后建立結(jié)構(gòu)各異、類型多樣的微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)而不斷完善能量管理功能、實(shí)施微電網(wǎng)平臺(tái)有效控制，豐富電源類型，提升微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的合理性。微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)離不開相關(guān)技術(shù)的研究和應(yīng)用，微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)具有以下幾方面特點(diǎn)。

首先，儲(chǔ)能種類與分布式電源較為豐富。常見的電網(wǎng)能源有燃料電池、風(fēng)機(jī)、光伏、微型燃?xì)廨啓C(jī)等幾種分布式電源，儲(chǔ)能設(shè)備有超級(jí)電容、鋰離子電池、液流電池、壓縮空氣等。其次，微電網(wǎng)運(yùn)行場(chǎng)景較為豐富、結(jié)構(gòu)靈活多變。通過對(duì)工程測(cè)試和實(shí)驗(yàn)要求研究實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的合理化，并進(jìn)行各種不同運(yùn)行場(chǎng)景模擬。最后，完善能量管理、監(jiān)測(cè)、保護(hù)和控制等方面的功能。微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化需要實(shí)現(xiàn)分布式電源、儲(chǔ)能協(xié)調(diào)控制、故障特性了解，逐步加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)研究，進(jìn)而取得更加有效的電網(wǎng)運(yùn)行結(jié)果。

微電網(wǎng)技術(shù)的日趨完善極大地加快了微電網(wǎng)示范工程和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)，同時(shí)創(chuàng)造了更大的技術(shù)應(yīng)用價(jià)值。結(jié)構(gòu)復(fù)雜化將是未來微電網(wǎng)發(fā)展的主要趨勢(shì)，例如：交直流混合型的微電網(wǎng)也十分常見，這也將成為微電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)展建設(shè)常態(tài)。微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究有利于分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行問題的進(jìn)一步解決，技術(shù)研究有利于能源效率的優(yōu)化，降低能源應(yīng)用成本。

微電網(wǎng)從局部解決了分布式電源大規(guī)模并網(wǎng)時(shí)的運(yùn)行問題，同時(shí)，它在能源效率優(yōu)化等方面與智能配電網(wǎng)的目標(biāo)相一致，是智能配電網(wǎng)的重要組成部分。對(duì)用戶，微電網(wǎng)除了提供電能外，還充分發(fā)揮其供冷、供熱、供氣的能力，進(jìn)一步提高終端能源的利用效率；對(duì)電網(wǎng)，隨著電力市場(chǎng)的完善、需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，微電網(wǎng)將更多地參與配電網(wǎng)的調(diào)度，提供多種輔助服務(wù)。上述問題都將對(duì)未來微電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、優(yōu)化運(yùn)行、控制保護(hù)等多方面提出新的要求。

3 結(jié)語

綜上所述，微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究有利于滿足整體結(jié)構(gòu)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、控制保護(hù)、優(yōu)化運(yùn)行等方面的要求，提升配電網(wǎng)調(diào)度的有效控制，提升能源利用率，完善電力市場(chǎng)。

參考文獻(xiàn)

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