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【史上最全】“微电网”知识

北极星输配电网  来源:网能电力    2017/9/5 14:12:05  我要投稿  

北极星输配电网讯:1微电网背景

今天的电网架构和它一百多年前诞生之初并没有什么本质的不同。它的设计基于集中式结构,几个大型的发电厂生产电力,再通过电网输送到几百数千公里外的用户侧。

尽管有成熟的电力技术、复杂的网状拓扑结构和备用设备作为保障,这种集中式的电网结构在系统的灵活性和可靠性方面还是有所不足。在集中式的电网结构中,监测和控制调节系统在配电网层面相对较为薄弱,更何况在单个用户的层面,所以这种中心网络模型从根本上来说缺少必要的对于用户侧的智能控制和管理能力。

其次,发电侧和用电侧的变化也给电网带来了巨大的挑战,例如新能源的大规模并网,电动汽车,直流电源或负载等,这些因素在当初电网设计的时候没有得到充分的考虑,其引发的不良后果已经显现。以美国电力市场为例,如果仅仅在现有电网的基础上大规模并入绿电,网络拥塞是一个大问题,会导致某些区域市场的边际价格骤然增高,从而阻碍了风电、家用光伏等新能源的进一步并网。

再者,对于如此复杂庞大的电网,需要承担高额的运行和维护费用,尤其是在电网基础设施老化的情况下。电网老化主要体现在四个方面:电器设备老化(例如美国有超过50%的变电所变压器运行时间超过35年),系统布局老旧,施工管理过时,陈旧的问题解决方案。

对于以上问题,小型分布式发电并入电网是一个解决方案。事实上,这并不是它第一次出现在公众的视野。19世纪末期电气化的初始阶段,爱迪生提出了建设小型直流电网的概念,但是由于当时的技术难以实现,特斯拉的交流电网最终胜出,广为流传。现在微电网的回归,相较于当年爱迪生的版本,运行灵活性、效率和可靠性都有显著的提升,同时初投资和运行费用也降低了不少。此外,还增加了之前设计所不具有的技术,例如:电力电子接口,储能设备,需求侧管理以及智能控制。其中,电力电子技术可以说是现代微网的关键实现技术。

2微电网的基本组成

微电网是指由分布式电源、用电负荷、配电设施、监控和保护装置等组成的小型发配用电系统(必要时含储能装置)。分为并网型微电网和独立型微电网,可实现自我控制和自治管理。并网型微电网既可以与外部电网并网运行,也可以离网独立运行;独立型微电网不与外部电网连接,电力电量自我平衡。根据建设目的和经济环境的不同,微网的形状结构可能各不相同,但是它们的技术架构大体类似。下面简要探讨下微网的基本组成。

电源:在所有微电网系统中,最基本的组成部分是电源。电源要满足微网内负荷的需求,例如容量,以及其他技术层面、经济层面的种种考虑。其中,分布式光伏受到广泛关注。尤其是近年来光伏电池模块价格的下降,让基于分布式光伏的微网的经济可行性上升。

对于位于偏远地区的基于光伏的微网来说,挑战主要来自系统的维护和储能系统的要求。一方面,当暴露在高温高湿的环境中时,光伏电池的性能会下降。另一方面,由于能量来源(太阳光)具有间断性,储能设备便必不可少,而它的投资占系统支出的很大一部分,对系统经济性影响较大,并且光伏电池装机容量越大,储能系统容量也要相应增大。

除了分布式光伏,常见的能量来源还包括:分布式风能,燃料电池,微型涡轮机,往复式内燃机,以及其他分布式发电技术(小型水电,小型潮汐发电,小型波浪发电,地热发电,分布式核能发电等)。

电力管理系统

电力管理系统主要负责电力从电源输送到用电设备。具体功能包括:一是,将电源处各形式的电能转换成符合出所需要的形式,例如使用逆变器将光伏产生的直流电转换成通常负荷所需要的50Hz交流电。二是,作为储能设备的界面,来使微网内的电力供需达到平衡。现代微网通常融入了软件和控制系统,例如智能电表,从而实现微网的高效和稳定运行。

储能系统:

储能系统对微网的重要性不言而喻。它可以让微网实现内部的电力供需平衡,从而维持电压和频率的稳定。也可保证用户的用电需求随时能得到满足。微网系统中常见的储能设备为:电池,燃料电池+电解池,超级电容以及飞轮等。

用电设备:

微网中用电设备的电力来源是系统中全部的发电和储能设备。综合考量用电设备是很有必要的,因为它们决定了用电负荷在微网中的位置,相应地也会影响发电装机容量以及对储能系统的要求。例如,对一个基于分布式光伏发电的微网来说,为手机充电的负荷对系统影响微乎其微,而开启电冰箱这样的有长期稳定的用电设备则对系统管理用电负荷带来了一定的困难。

对外连接:

微网通常与大电网相连,从而实现之间的电力交换。这种类型的微电网在校园和医院中十分常见。此外,电网的发展趋势之一是使用先进的监测和控制系统,将很多个微电网连接起来。

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