微电网技术现状及发展方向分析

微电网技术现状及发展方向分析

摘要：伴随着智能电网建设的全面推进，未來的电网系统可通过能效电厂、智能变电站以及微电网来整合分布式电源，使得分布式电源能够平滑接入电网或独立运行，实现分布式电源与负荷的一体化运行，充分满足电力用户对供电可靠性、安全性和电能质量的要求。分布式发电有望成为能源系统中极其重要的组成部分，并在现代能源体系中发挥着越來越重要的作用。一般意义上说，分布式电源通常装设在用户侧，利用可再生能源或化石能源，并就地消纳所产生的能源，从而实现能源的梯级利用。它们具有经济效益好、能源利用效率高、节能环和发电方式灵活等优势，有利于实现能源体系的多元化清洁发展。

关键词：分布式技术；微电网；方向；措施

0引言

近年来，随着电力市场改革巧伐的推进,以及低碳经济目标的细化，分布式电源得到迅速发展。与此同时，政府也陆续出台了多部政策支持分布式发电及并网的发展。本部分将简要概述分布式发电，并对我国分布式发电现状和分布式发电并网相关政策进行分析。在这种情况下，清洁能源和可持续能源的开发和利用被人们寄予厚望。近几年来，我国煤炭等常规能源严重紧缺，因为燃煤而导致的大气污染等环境问题也日益加重。以集中的、单一的供电方式为主要特征的电力系统引起的能源问题、环境问题越来越引起社会的广泛关注。寻求新型清洁能源和更加优化的电力系统结构已经成为当务之急。为了满足我国经济发展和环境治理的双重需要，在现有电网上大力发展分布式发电技术将是电力系统今后发展的必然趋势。

1 发展微电网的意义

随着终端用户用电多样性不断増加、供电可靠性要求不断提高，分布式电源应运而生。首先是在欧美发达国家推广应用，包括分布式风电、光伏、生物质能、燃气等清洁能源发电,一般发电功率在数千瓦至数百兆瓦。随着新能源发电技术的不断进步，分布式电源在能效和环保方面的优势逐渐凸显，吸引了越来越多的投资者,并网规模也随之增加。通常情况下，分布式电源反屈迅速，风电、光伏、小水电,以及储能设备等分布式电源肩停迅速，可以快速响应负荷需求，能够在

大电网发生重大事故时发挥重要的作用。

分布式发电[1-3]是利用各种可用和分散存在的能源，包括可再生能源（如太阳能、风能、生物质能、小水电、地热能等）和不可再生能源（如热电联产、微型燃气轮机、燃料电池等）进行发电，是分布式能源最清洁、最高效的利用方式。可再生能源大多处于广大的农村，因此分布式发电接入农村配电网是必然趋势。农村配电网作为配电网重要组成部分，具有配电线路长、分支结构复杂、负荷节点多且分散的特点，因此潮流计算较困难。并且分布式发电引入农村配电网后，改变了农村配单网的结构，对农村配电网的潮流、节点电压、网络损耗等都会带来影响，其影响程度与分布式发电的类型、接入位置和容量等密切相关[4-5]。王志群等[6]结合DG出力变化、接入位置变化等试验，总结了DG接入位置和出力限制方面的运行规律。刘磊等[7]采用电压变化率指标分析了DG接入前后各节点电压变化情况，得出DG在配电网中接入位置和注入容量的改变对配电网电压分布和网损的影响，但上述两个文献在潮流计算中都将DG作为PQ节点处理。陈海焱等[8]根据DG与配电网的3种接口形式，将DG化为3种节点类型，提出一种基于灵敏度矩阵补偿的直接潮流算法，但是没有对DG引入后配电网电压及网损进行详细分析。基于此，本研究根据各种DG的运行方式和控制特性的不同，将DG接入农村配电网的节点模型化分为3类：PQ型、PV型和PQ(V)型。以IEEE 33 节点配电系统为例，采用改进前推回代算法对这3 种类型DG接入农村配电网进行潮流计算，分析农村配电网中不同类型DG接入位置、容量变化对系统电压分布和网损的影响。

分布式发电是指直接接入配电网或分布在负荷附近的、靠近用户侧安装的出力在几十千瓦到一百兆瓦之间的中小型发电装置[9]。它可以独立运行并且直接为用户提供电能,这在孤立、偏远地区比较常见。另外在一定条件下分布式发电也可以通过一些电力电子设备与配电网直接相连，从而实现并网供电[10]。分布式发电包括燃气轮机发电、小功率内燃机发电、燃料电池、风力发电、太阳能发电、小水电、海洋能发电、生物质能发电等等。它的主要分类形式有:①是否与电网联结。独立不并网运行的分布式发电一般应用于孤立、偏远地区或者大电网没有覆盖到的地区。它们通常利用独立的电源,以风力或者柴油为动力发电。另外还有大量的分布式电源并网运行,比如热电联产、冷热电联产等。②常规能源与可

再生能源。根据发电一次能源来划分可以分为常规能源发电和可再生能源发电。常规能源发电包括利用油汽、柴油等燃料发电,可再生能源发电则包括利用风能、太阳能、水能潮汝能等发电。③产品角度。从产品构成的角度来看,可分为简单的供电、热电联产和冷热电联产的方式。与简单的供电相比，冷热电联供系统可以显著提高系统的能源利用效率，同时也减少了对环境的污染，是一种分布式电源发展的主要发展方向[11]。

2 分布式发电发展现状

当前分布式发电主要包括以下3种运行方式:独立运行、备用运行以及与大系统并网运行。其中独立运行是指分布式发电可作为其独立电源供应电能；备用运行是将分布式发电作为有些敏感负荷的备用电源。但是更多的情况下，考虑到基于可再生能源的分布式发电的出力会受到自然条件的影响，可以将部分分布式发电作为备用电源并入当地配电网，以实现对当地用户负荷的电力补充,从而提高供电可靠性。

目前，我国分布式发电和大规模并网仍处于起步阶段，总装机容量仍较低,且在新能源利用技术方面仍缺乏具有自主知识产权的核也技术。此外,分布式发电发展状况因地区经济条件和社会条件不同而存在不同程度的差异。随着分布式发电的快速发展，其渗透率不断增加时，将会对电网产生不利影响,电网能否在确保网络可靠、安全的基础上尽可能多的消纳分布式发电，如何激励电网企业积极消纳分布式发电,相关鼓励政策是否符合实际需要并发挥其推动作用，都是当前乃至未來一段时间需要解决的关键问题。

欧洲发达国家和美国、日本等已开始研究并采用多种次能源形式的结合，探索大电网系统和分布式发电系统相互补的供电方式，以节省电网投资、降低能耗、提高系统安全性和灵活性。美国有6000多座分布式电源站，并计划到2020年将20%~30%的建筑改由分布式电源供电；英国有1000多座分布式电源站；日本的分布式电站有500多家，总容量超过600万kW。目前我国电网还主要以大机组、大电网的集中供电为主，分布式发电在我国处于刚起步阶段，但分布式发电的特点十分适应中国电力发展的需求与方向。我国大力发展分布式发电具有非常重要的战略意义：利用可再生能源以解决能源与环保的问题；提高能源利用率，解决缺电地区的用电问题，为大电网提供补充和支撑。