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智能微网在分布式能源接入中的作用与挑战

北极星储能网  来源:分布式能源  作者:王成山 王守相  2017/10/30 8:38:29  我要投稿  

北极星储能网讯:1智能微网的概念及其在分布式能源接入中的作用

随着经济和社会发展对能源需求的不断增长,分布式可再生能源发电由于靠近用户侧直接供能且便于实现多种能源形式的互补而越来越受到重视。但一方面,分布式可再生能源大量接入产生的间歇性和波动性会对电网运行和电力交易造成直接的冲击,影响电力系统的安全性和稳定性;另一方面大量不受控的分布式能源发电并网会造成电力系统不可控制和缺乏管理的局面。这些因素都限制了分布式可再生能源在电力系统的接入规模和运行效率。

为整合分布式发电优势,降低分布式可再生能源对电网的冲击和负面影响,美国电力可靠性技术协会(CERTS)提出了微网(MicroGrid)的概念。微网是指由分布式能源、能量变换装置、负荷、监控和保护装置等汇集而成的小型发配电系统,是一个能够实现自我控制和管理的自治系统。微网的构成如图1所示。

既有仅利用光伏、储能和负荷一起构成的简单微网;也有由风力、光伏、储能、冷/热/电联供系统等构成的多种类设备微网;还有由满足一定技术条件的分布式电源和微网广泛接入构成的公共微网。微网可以看作是小型的电力系统,它具备完整的发电和配电功能,可以有效实现网内的能量优化。随着智能电网的建设和发展,相应提出了具备灵活性、高效性和智能化等特征的智能微网的概念。智能微网的提出旨在实现中低压配电系统层面上分布式能源的灵活、高效应用,解决数量庞大、形式多样的分布式能源无缝接入和并网运行时的主要问题,同时具备一定的能量管理功能,有效降低系统运行人员的调度难度,并提升可再生能源的接入能力

按照是否与常规电网联结,微网可分为联网型微网和独立型微网。

(1)联网型微网具有并网和独立两种运行模式。在并网工作模式下,一般与中、低压配电网并网运行,互为支撑,实现能量的双向交换。通过网内储能系统的充放电控制和分布式电源出力的协调控制,可以实现微网的经济运行;也可实现微网和常规电网间交换功率的定值或定范围控制,减少由于分布式可再生能源发电功率的波动对电网的影响。在外部电网故障情况下,可转为独立运行模式,继续为微网内重要负荷供电,提高重要负荷的供电可靠性,并提供优良的电能质量和其他辅助性服务,如电压支撑、向外馈送电能甚至提供黑启动能力。

(2)独立型微网不与常规电网相连接,利用自身的分布式电源满足微网内负荷的需求。当网内存在可再生能源分布式电源时,常常需要配置储能系统以抑制这类电源的功率波动,同时在充分利用可再生能源的基础上,满足不同时段负荷的需求。这类微网更加适合在海岛、边远地区等地为用户供电。

总体来看,微网的出现将完全改变配电系统的结构和运行特性,在微观上,微网可以看做是小型的电力系统,具备完整的发、输、配电功能,可以实现局部的功率平衡与能量优化;在宏观上,微网又可以认为是配电系统中的一个“虚拟”的电源或负荷。这使得现在的电力系统有了更大的柔性和可控性,同时也具有了更多的商业模式。现有研究和实践表明,将分布式电源以微网形式接入到电网中并网运行,与电网互为支撑,是发挥分布式能源效能的最有效方式,具有巨大的社会与经济意义。

2智能微网现状与发展趋势

国内外针对微网技术已开展了较为广泛深入的研究,在取得理论和技术研究成果的同时,建设了一批微网实验系统和试点工程,对微网的关键技术和关键装备进行验证。

2.1北美地区微网发展现状

美国是最早提出并建设微网的国家,拥有全球最多的微电网示范工程,数量超过200个,约占全球微电网数量的50%。1999年,美国电力可靠性技术协会(CERTS)最早对微网的思想进行了描述和总结,并于2002年系统地提出了微网的定义。美国能源部将微网视为未来电力系统的三大基石技术之一,将其列入了美国“Grid2030”计划。美国微网示范工程地域分布广泛、投资主体多元、结构组成多样、应用场景丰富,主要用于集成可再生分布式能源、提高供电可靠性及作为一个可控单元为电网提供支持服务。

美国对微网的研究主要着重于利用微网提高重要负荷的供电可靠性,同时满足用户定制的多种电能质量需求、降低成本、实现智能化等。

加拿大政府针对微网研究启动了综合社区能源管理(ICES)研究计划。重点关注微网技术在各类社区供能环节的应用,特别强调各类分布式能源的集成利用和与社区公共设施(交通、医疗、通讯等)的相互支撑。在ICES项目资助下,加拿大先后建立了一系列微电网示范工程,并计划在2020年前,在全国构建2000余个ICES系统。

2.2欧洲的微网发展现状

欧洲重视可再生清洁能源的发展,是开展微网研究和示范工程较早的地区,1998年就开始了有关微网的研究工作。2005年,欧洲提出“SmartPowerNetworks”概念,并在2006年出台该计划的技术实现方略。

欧盟在第五、第六和第七框架下支持了一系列关于发展分布式发电和微网技术的研究项目,组织众多高校和企业,针对分布式能源集成、微网接入配电网的协调控制策略、经济调度措施、能量管理方案、继电保护技术,以及微网对电网的影响等内容开展重点研究,目前已形成包含分布式发电和微网控制、运行、保护、安全及通信等基本理论体系。同时,欧洲相继建设了一批微网示范工程,例如希腊基斯诺斯岛微网示范工程、德国曼海姆微网示范工程、丹麦法罗群岛微网示范工程、英国埃格岛微网示范工程等。

欧洲对微网的发展和研究主要围绕着可靠性、可接入性、灵活性3个方面展开,实现电网的智能化、能量利用的多元化,满足能源用户对电能质量的多种要求、满足电力市场的需求以及欧洲电网的稳定和环保要求等。

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