基于分布式風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的智能微網(wǎng)探究

秦燕

摘要：本文在高校實驗室的基礎(chǔ)上，借助分布式風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)進行智能微網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得系統(tǒng)能夠在分布式電源、負載、主電網(wǎng)之間進行協(xié)調(diào)控制和管理，并對智能微網(wǎng)提出關(guān)鍵技術(shù)的改進。

關(guān)鍵詞：分布式能源；風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)；智能微網(wǎng)

中圖分類號：TM74 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）04-0070-02

近年來，我國的分布式能源發(fā)電發(fā)展迅猛，尤其是在國家政策支持下，分布式能源發(fā)電技術(shù)越來越成熟，應(yīng)用越來越廣泛。例如，在地廣人稀的農(nóng)村地區(qū)和偏遠山區(qū)，由于經(jīng)濟效益、地理位置等原因很難在較短時間內(nèi)形成一定規(guī)模的集中式供配電網(wǎng)，而分布式發(fā)電系統(tǒng)可以解決這個問題。根據(jù)國家能源局“十三五”規(guī)劃，預(yù)測全國分布式電源裝機容量到2020年可達1.87億千瓦，占總裝機的9.1%，到2030年可達5.05億千瓦，占總裝機的17.3%[1]。

獨立的能源發(fā)電總有各自缺陷，但是不同類型的發(fā)電形式如果僅僅只是簡單組合，并不能滿足要求。因而，智能微網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運而生，它可以將這些不同發(fā)電形式進行優(yōu)勢互補，同時還能解決微電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性，滿足微電網(wǎng)的靈活協(xié)同控制以及安全高效運營。

1 智能微網(wǎng)

將各種分布式電源、儲能系統(tǒng)、負載及監(jiān)控保護系統(tǒng)等進行合理配置，實現(xiàn)具有小規(guī)模發(fā)配電功能的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)稱為智能微網(wǎng)。智能微網(wǎng)通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，既可以處于獨立運行狀態(tài)，也可以處于并網(wǎng)運行狀態(tài)，能夠通過自身的控制策略，完成能量的產(chǎn)生、管理和協(xié)調(diào)運作。其中涉及到自動控制技術(shù)、供配電技術(shù)、電力電子技術(shù)及通信接口技術(shù)[2]，因此智能微網(wǎng)是各種技術(shù)的綜合應(yīng)用。

總之，智能微網(wǎng)所具備的特征如下：（1）能夠集合單獨分布式能源的優(yōu)勢，提高能源利用效率；（2）可以獨立運行，對主電網(wǎng)沒有影響，自愈和自適應(yīng)能力強；（3）減少了長距離傳輸所引起的能量損耗；（4）當(dāng)主電網(wǎng)發(fā)生故障，微網(wǎng)可以正常提供電能。

2 分布式風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)智能微網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

分布式風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)智能微網(wǎng)的設(shè)計研究主要建立在高校實驗室內(nèi)，因此充分利用實驗室現(xiàn)有設(shè)備進行論證研究，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為以下幾個控制部分：風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)、光伏發(fā)電控制系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)及負載?？偟南到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，當(dāng)獨立運行時K斷開，當(dāng)并網(wǎng)運行時K閉合，智能微網(wǎng)接入主電網(wǎng)。

2.1 風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)

風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)借助實驗室THWPSK-2型雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系來完成，主要結(jié)構(gòu)為：3KW雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機組、風(fēng)力機模擬系統(tǒng)、直流調(diào)速系統(tǒng)、網(wǎng)側(cè)變流器、機側(cè)變流器、監(jiān)控系統(tǒng)等。將直流電動機的轉(zhuǎn)軸經(jīng)過減速器減速后與雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸聯(lián)結(jié)在一起，從而替代真正的風(fēng)力機。通過控制直流調(diào)速器來模擬自然狀態(tài)下的實時風(fēng)速，從而控制直流電動機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)風(fēng)力機部分的功率輸出。調(diào)速器將機組轉(zhuǎn)速信號、電樞電流、電壓信號等上傳，監(jiān)控軟件根據(jù)調(diào)速器上傳的信號及虛擬風(fēng)速信號，通過數(shù)字化的典型風(fēng)力機特性曲線，計算出風(fēng)力機輸出功率，并將其作為直流電動機的控制指令通過RS485下置作為調(diào)速器的給定端加以執(zhí)行，由數(shù)字直流調(diào)速器驅(qū)動直流電動機。發(fā)電系統(tǒng)采用3KW雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機組，變流器控制部分采用DSP芯片，功率部分采用雙向背靠背PWM模塊。

2.2 光伏發(fā)電控制系統(tǒng)

光伏發(fā)電控制系統(tǒng)借助學(xué)院屋頂已建2KW分布式光伏電站來完成，主要結(jié)構(gòu)為：太陽能電池方陣、并網(wǎng)型逆變器、實時參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)等。太陽能電池方陣采用10組200W單晶硅組件串聯(lián)構(gòu)成，逆變器采用GROWATT 2000型并網(wǎng)逆變器，監(jiān)控系統(tǒng)采用MODBUS-RTU協(xié)議進行通信傳輸，通過RS485接口進行參數(shù)采集，采用VB語言進行界面設(shè)計。

2.3 儲能系統(tǒng)

儲能系統(tǒng)由鉛酸蓄電池組和雙向逆變器構(gòu)成。當(dāng)光照和風(fēng)況較好，且風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系提供的能量超過負載消耗時，智能微網(wǎng)進入獨立運行狀態(tài)，由蓄電池組來調(diào)節(jié)產(chǎn)能和耗能的平衡。當(dāng)光照和風(fēng)況都不佳，且蓄電池能量充足時，負載主要由蓄電池組提供能量。當(dāng)光照和風(fēng)況都不佳，且蓄電池能量不足時，智能微網(wǎng)通過公共連接點和主電網(wǎng)連接，使用市電對負載供電。當(dāng)主電網(wǎng)出現(xiàn)故障，智能微網(wǎng)迅速與其斷開，保證電網(wǎng)安全。

3 智能微網(wǎng)的應(yīng)用

3.1 邊遠地區(qū)智能微網(wǎng)

在我國中西部地區(qū)及一些偏遠山區(qū)，由于人口密度低，不適合建立集中式電站，輻射傳統(tǒng)電網(wǎng)成本又高，但這些地區(qū)的風(fēng)、光資源豐富，因此可利用分布式風(fēng)光互補智能微網(wǎng)來解決這些地區(qū)的供電問題。一些游牧民族或者經(jīng)常需要更換居住地的地區(qū)，可以僅由風(fēng)-光-儲智能微網(wǎng)來完成，可以舍去并網(wǎng)環(huán)節(jié)。目前，在西藏、青海、新疆、內(nèi)蒙古等游牧地區(qū)已經(jīng)開始了示范性智能微網(wǎng)工程[3]，為當(dāng)?shù)鼐用窀纳乒╇姉l件。

3.2 離岸海島智能微網(wǎng)

我國有很多遠離海岸線的海島，面積不大，但是由于較為分散，且距離較遠，傳統(tǒng)的供電方式難以解決用電需求。但是海島的可再生能源更為豐富，尤其是風(fēng)、光資源，因此，可以充分考慮利用分布式風(fēng)光互補智能微網(wǎng)來就地解決供電問題。同時，也能助力海島其他資源的開發(fā)利用，這也將是國人邁向海洋深處進行研究和開發(fā)的重要一步。

3.3 城市智能微網(wǎng)

即使是在供電充足的城市中，面對現(xiàn)有傳統(tǒng)能源帶來的環(huán)境污染、不可再生等問題，分布式新能源智能微網(wǎng)控制也迅速蔓延開來。例如北京延慶微網(wǎng)工程、河北承德生態(tài)鄉(xiāng)村微網(wǎng)工程、南京供電公司微網(wǎng)工程等[3]，這些都是分布式風(fēng)光互補發(fā)電智能微網(wǎng)的典型示范。此外還有一些特殊領(lǐng)域的智能微網(wǎng)應(yīng)用，比如江蘇大豐海水淡化微網(wǎng)工程[3]。

4 結(jié)語

分布式風(fēng)光互補智能微網(wǎng)能夠充分利用風(fēng)能和太陽能資源，合理實現(xiàn)智能微網(wǎng)的并網(wǎng)運行和獨立運行控制。在未來的分布式能源智能微網(wǎng)方面，還可以從以下幾個方面繼續(xù)研究和探索：（1）當(dāng)有多種能源形式接入到智能微網(wǎng)中時，需要實現(xiàn)各種能源的無縫接入；（2）將互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)融入到智能微網(wǎng)控制中，實現(xiàn)遠程管理和監(jiān)控，靈活調(diào)度、配置各類分布式資源；（3）類似于風(fēng)能和太陽能這樣的分布式能源具有較強的時變性，智能微網(wǎng)還需要更全面的利用各種優(yōu)化控制策略來進行調(diào)節(jié)，從而提高智能微網(wǎng)的整體運行效率。

參考文獻

[1]楊歌.國家電網(wǎng)：2020年分布式能源裝機將接近總裝機容量十分之一[N].機電商報，2015-09-07（A01）.

[2]陳名玉.智能電網(wǎng)和分布式新能源的開發(fā)利用及發(fā)展對策[J].低碳世界，2017，（11）：74-75.

[3]王成山，周越.微電網(wǎng)示范工程綜述[J].供用電，2015，（01）：16-21.