基于清洁能源发电系统的微网技术

基于清洁能源发电系统的微网技术

张嘉宣

(郑州外国语学校河南郑州450000)

摘要：清洁能源发电系统联网对于缓解传统电网供电压力，改变能源结构具有重要作用。通过分析以清洁能源发电为主的分布式电源大量联网的局限性,引入了微网技术，介绍了微网的相关概念及其基本结构，三种微网的基本控制模式；恒功率控制、考虑分布式电源功率限制的功率控制和联合最优功率控制，最后出来微网研究中需要重点解决问题。

关键词：清洁能源；分布式发电；微网

0引言

未来经济和社会的发展需要有相应的能源发展提供支持和保障，日益兴起的清洁能源是指对环境无污染或较少有污染的能源，其中包括水能、太阳能、风能、地热能、海洋能等新能源以及可再生能源。清洁能源发电系统联网对于缓解传统电网供电压力，改变能源结构具有重要作用。清洁能源发电系统多以分布式发电的形式接入大电网。

分布式发电近年来引起了人们的广泛重视，并得到了长足发展。分布式发电也称分散式发电或分布式供能，一般指以新能源和可再生能源等清洁能源为主的小型的发电装置就近布置在负荷附近的发电方式。分布式电源的接入不改变原来配电网结构，延缓了输、配电网升级换代所需的巨额投资，同时，它的接入可以有效改善大电网的供电可靠性且提高供电质量。DG技术发展迅速的一个很重的原因是它们大多具有环境友好性和可持续发展的能力。但是，分布式发电本身也存在诸多问题。例如，分布式电源单机接入成本高，某些分布式电源的功率输出具有随机性等。因此，大系统往往采取限制、隔离的方式来处置分布式电网，以期减小对大电网的冲击。为协调大电网与分布式电网间的矛盾，充分发掘分布式能源为电网和用户所带来的价值和效益，进一步提高电力系统运行的灵活性、可控性和经济学以及更好地满足电力用户对电能量和供电可靠性的要求，微网概念运用而生，并且迅速得到了国内外专家学者的广泛关注。微网有并网运行和独立运行两种运行方式，对大电网可以起到削峰田谷的作用。微网中的能力来源多为清洁能源，对于清洁能源发电系统大量联网具有重要意义。

1、微网概念的提出极其基本结构

微网是一种由负荷和为单位共同组成的系统，它可同时提供电能和热量，微网内部的电网主要由电力电子器件负责能力的转换，并提供必需的控制，对于大电网，微网可以被看成是系统中的一个可控单元，它在短暂时间内反应以满足其外部输配电网络的需要，对于用户端来说，微网可以满足它们的特定电能质量要求，并且增加供电的可靠性，降低线损。它通过分布式发电单元与配电网之间的关系，在一个局部区域内直接将分布式发电单元、电力网络和终端用户联系在一起，可以方便地实现热点（冷）联供方案，优化个提高能源利用效率，减轻能源动力系统对环境的影响，推动分布式电源上午，降低大电网的负担，改善电网的安全可靠性。

微网概念提出后迅速收到各国相关部门和研究机构的重视，美国、欧洲、发达国家相继建立了微网试验平台和试点工程，在微网研究方面也已取得很多成果，我国微网研究还处于起步阶段，但已经引起了国家相关部门、和研院所等高度重视并已开展了对此问题的相关研究。

微网中包涵有多个DG和储能装置，联合向负荷供电，整个微网对外是一个整体，通过一个主隔离开关和上级电网变电站相连，微网中DG可以是以新能源为主的多种能源形势或冷热电联产形势存在就地向用户提供热能，提供DG利用效率和灵活性。

2、微电网的分布式电源及储能装置

微网内的电网主要依靠分布式发电技术和储能技术相结合。

2.1分布式发电技术

以清洁能源为主的分布式发电主要包括以下技术。

（1）微型燃气轮机技术：微型燃气轮机是指天然气、甲烷、汽油、柴油味燃料的超小型燃气轮机。其发电效率可达30%，如实行热电联产，效率可提高到75%。微型燃气轮机的特点是体积小、质量轻、发电效率高、污染小、运行维护简单。

（2）燃料电池技术：燃料电池是一种在等温状态下直接将化学能转变为直流电能的电化学装置。燃料电池工作时，不需要燃烧，是直接将燃料（天然气、煤制气、石油等）中的氢气借助于电解质与空气中氧气发生化学反应，在生成水的同事，进行发电。在获得电能的过程中，副产品仅为热、水和少量二氧化碳等。

（3）太阳能光伏发电技术：太阳能的转换和利用方式有光热、光电转换和光化学转换等，目前，技术比较成熟的、应用广泛的是太阳能光伏发电技术，即光电转换。太阳能光伏发电技术是利用半导体材料的光电效应直接将太阳能转换为电能。光伏发电具有不消耗燃料、不受地域限制、规模灵活、无污染、安全可靠、维护简单等优点。

（4）风力发电技术：风力发电技术是将风能转化为电能的发电技术。近年来，风力发电技术进步很快。风光互补发电，即风力发电与光伏A点联合运行也是近年来的主要技术应用之一。

（5）生物质能发电技术：生物只能发电是首先将其转化为可驱动发电机的能力形式（如燃气、燃油、酒精灯），在按照通常用的发电技术发电。我国生物质能资源主要有农作物秸秆、树木枝桠、畜禽粪便、能源作为（植物）、工业邮寄废水、城市生活污水和垃圾等。

（6）海洋能发电技术：海洋能包括朝夕能、波浪能、海流能、海水温差能和海水盐差能等不同的能源形态。目前，海洋能发电多数处在试验阶段，比较成熟的是朝夕能发电技术。朝夕能发电和水利发电厂相似，就是利用海水张罗技术所造成的水位差来推动水轮机，在由水轮机带动发电机发电。

（7）地热发电技术：地热能是来自地球深处的可再生热能，他起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地热发电是利用地下热水和正气为动力能源的一种新型发电技术。其和活力发电的基本原理是一样的，都是将正气的热能经过汽轮机变为机械能，然后带动发电机发电。所不同的是，地热发电不像火力发电那样要具有庞大的锅炉，也不需要消耗燃料。

2.2、储能装置

储能装置主要如下

（1）蓄电池储能：蓄电池储能目前子啊市场上占有主要份额，他可与超级电容器联合使用。但蓄电池存在投资高、寿命短、环境污染等诸多问题。就目前的技术状况而言，蓄电池仍会在一段时间内得到广泛应用。

（2）超导储能：超导储能装置将能量存储在由电流超导线圈的直流电流产生的磁场中，其中的超导线线圈浸泡在温度及低的液体（液态氢等）中，然后封闭在容器中。所以说，一个超导储能装置包括冷却装置、密封容器以及作为控制用的电子装置。超导储能装置的超导线圈放置在温度记得的环境中，这是目前利用超导储能的瓶颈。一旦超导材料研制成功，超导储能的前景不可估量。在各种储能技术中超导储能是最具发展潜力的。

（3）飞轮储能：飞轮储能是一种新型的机械储能方式，它将能量以动能形式储存在告诉旋转的飞轮中。飞轮储能系统由飞轮转子、轴承、发动/发电机、电力转换器、真空室5个部分组成。就目前来看，使用的飞轮储能装置主要有告诉飞轮装置和低速飞轮装置，告诉飞轮装置的飞轮体积比较小，但具有较高转速；低速飞轮系统的飞轮较大，但转速相对较慢。

3、微网的三种基本控制的策略

微网中的分布式电源供电与大电网集中供电相互补充，是综合利用现有资源和设备、为用户提供可靠和优质电能的理解方式，但由于微网中分布式电源的多样性极其组合的灵活性，使得整个系统的运行和控制变得复杂。其重要控制方式有以下几种。

恒功率控制模式。这是从大电网的角度来说的，即将微网与大电网连接处的馈线功率流量调整为常量。当把馈线功率调整为一个恒定值后，微网内部负荷改变时大电网功率供给将保持不变。这中控制方案的有点是从大电网的角度来看微网，把微网看成是一个可调度的负荷，可与大电网在电力合同中签订新的协议。例如微网可以同意在一天的一段指定时间内作为恒定负荷，这要求微网中的本地发电（包括分布式电源和储能装置）可以自动跟踪微网内部的负荷变化。当大电网内出现扰动或者七点能质量不能满足微网内敏感负荷的要求时，通过断开公共连接点出的景泰开关过渡到独立运行状态。这时根据各储能装置和分布式电源的特性及其动态响应指标来调节功率输出以满足新水平下的负荷功率需求。

另一种可选择的功率控制方案为考虑分布式电源功率限制的功率控制模式。各分布式电源作为独立单位按自身功率输出特性以及性价比等因素决定各自的输出量，以取得综合最大经济技术效益。例如光伏发电需满足最大功率跟踪要求，燃料电池相对更加昂贵，考虑其成本因素，安满足负荷功率需求的最低功率输出等。任何负荷改变相对应的功率均来自大电网。各储能装置可以设定功率输出量未定值。在这种控制模式下，不能提前计划从大电网吸取的功率。当转变为独立运行时，微网工作的频率运行稍微降低，满足电源有功频率下降特性。此功频特性使各分布式电源可以立即提高有功功率输出，同时各储能装置也根据负荷需求响应提高功率输出。

第三种功率控制方案为联合最优功率控制模式，吸取前两种控制模式的优点，一些分分布式电源根据自身特性调节功率输出，使其发挥最高工作效率。另一些分布式电源与储能装置一起跟踪负荷变化，调整馈线功率流量，以确保党委为内发生负荷变化时大电网微网注入的功率一人为恒定值，这对微网中分布式电网种类有交稿要求。

4、未来需要解决的相关问题

近年来国外关于微网的理论和试验研究已经取得了一定的成果，积累了不少经验。同时也存在不少问题，还需要在以下几个方面进行更加系统、深入的探讨：

（1）建立适合微网与大电网相结合的网络设计方案和运行理论，通过最优控制策略优惠潮流分布。

（2）引入一直谐波的相关措施。因为微网采用了大量的电力电子装置的换流器，势必会产生谐波，影响用户侧的电能质量。因此，应引入抑制斜坡的措施。

（3）完善相关的控制策略。针对不同的负荷要求（敏感重要负荷和一般负荷）和电网的不同状况，对各种不同要求的供电策略进行完善和细化，特别注意不同供电策略间的整合及过渡问题。

5、结束语

以清洁能源为主的分布式电源向负荷就近供电，可以大大减少减损，节省输配电建设投资。由于兼具发电、发热、制冷等多种服务功能，微网可以有效地实现能源的梯级利用，达到更高的能源综合利用效率，同时可提高电网的安全性。微网中的分布式电网包括微信燃气轮机、燃料电池、光伏电池、风力发电、生物质能发电等等，他们接在用户侧，具有低成本、低电压、低污染等特点。微网技术虽然刚刚引入我国不就，还有很多技术方面的、政策方面的、管理方面的问题有待解决，蛋挞顺应了我国电力促进可再生能源发电、走可持续发展道路的要求，因此对其进行深入研究具有重大意义。

参考文献

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