基于分布式风光互补发电系统的智能微网探究

秦燕

摘要：本文在高校实验室的基础上，借助分布式风光互补发电系统进行智能微网的结构设计，使得系统能够在分布式电源、负载、主电网之间进行协调控制和管理，并对智能微网提出关键技术的改进。

关键词：分布式能源；风光互补发电系统；智能微网

中图分类号：TM74 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）04-0070-02

近年来，我国的分布式能源发电发展迅猛，尤其是在国家政策支持下，分布式能源发电技术越来越成熟，应用越来越广泛。例如，在地广人稀的农村地区和偏远山区，由于经济效益、地理位置等原因很难在较短时间内形成一定规模的集中式供配电网，而分布式发电系统可以解决这个问题。根据国家能源局“十三五”规划，预测全国分布式电源装机容量到2020年可达1.87亿千瓦，占总装机的9.1%，到2030年可达5.05亿千瓦，占总装机的17.3%[1]。

独立的能源发电总有各自缺陷，但是不同类型的发电形式如果仅仅只是简单组合，并不能满足要求。因而，智能微网技术应运而生，它可以将这些不同发电形式进行优势互补，同时还能解决微电网的稳定性和可靠性，满足微电网的灵活协同控制以及安全高效运营。

1 智能微网

将各种分布式电源、储能系统、负载及监控保护系统等进行合理配置，实现具有小规模发配电功能的网络结构称为智能微网。智能微网通过合理的结构设计，既可以处于独立运行状态，也可以处于并网运行状态，能够通过自身的控制策略，完成能量的产生、管理和协调运作。其中涉及到自动控制技术、供配电技术、电力电子技术及通信接口技术[2]，因此智能微网是各种技术的综合应用。

总之，智能微网所具备的特征如下：（1）能够集合单独分布式能源的优势，提高能源利用效率；（2）可以独立运行，对主电网没有影响，自愈和自适应能力强；（3）减少了长距离传输所引起的能量损耗；（4）当主电网发生故障，微网可以正常提供电能。

2 分布式风光互补发电系统智能微网的结构设计

分布式风光互补发电系统智能微网的设计研究主要建立在高校实验室内，因此充分利用实验室现有设备进行论证研究，其系统结构可分为以下几个控制部分：风力发电控制系统、光伏发电控制系统、储能系统及负载。总的系统结构如图1所示，当独立运行时K断开，当并网运行时K闭合，智能微网接入主电网。

2.1 风力发电控制系统

风力发电控制系统借助实验室THWPSK-2型双馈异步风力发电系来完成，主要结构为：3KW双馈异步风力发电机组、风力机模拟系统、直流调速系统、网侧变流器、机侧变流器、监控系统等。将直流电动机的转轴经过减速器减速后与双馈异步风力发电机的转轴联结在一起，从而替代真正的风力机。通过控制直流调速器来模拟自然状态下的实时风速，从而控制直流电动机转速，实现风力机部分的功率输出。调速器将机组转速信号、电枢电流、电压信号等上传，监控软件根据调速器上传的信号及虚拟风速信号，通过数字化的典型风力机特性曲线，计算出风力机输出功率，并将其作为直流电动机的控制指令通过RS485下置作为调速器的给定端加以执行，由数字直流调速器驱动直流电动机。发电系统采用3KW双馈异步风力发电机组，变流器控制部分采用DSP芯片，功率部分采用双向背靠背PWM模块。

2.2 光伏发电控制系统

光伏发电控制系统借助学院屋顶已建2KW分布式光伏电站来完成，主要结构为：太阳能电池方阵、并网型逆变器、实时参数监测系统等。太阳能电池方阵采用10组200W单晶硅组件串联构成，逆变器采用GROWATT 2000型并网逆变器，监控系统采用MODBUS-RTU协议进行通信传输，通过RS485接口进行参数采集，采用VB语言进行界面设计。

2.3 储能系统

储能系统由铅酸蓄电池组和双向逆变器构成。当光照和风况较好，且风力发电系统和光伏发电系提供的能量超过负载消耗时，智能微网进入独立运行状态，由蓄电池组来调节产能和耗能的平衡。当光照和风况都不佳，且蓄电池能量充足时，负载主要由蓄电池组提供能量。当光照和风况都不佳，且蓄电池能量不足时，智能微网通过公共连接点和主电网连接，使用市电对负载供电。当主电网出现故障，智能微网迅速与其断开，保证电网安全。

3 智能微网的应用

3.1 边远地区智能微网

在我国中西部地区及一些偏远山区，由于人口密度低，不适合建立集中式电站，辐射传统电网成本又高，但这些地區的风、光资源丰富，因此可利用分布式风光互补智能微网来解决这些地区的供电问题。一些游牧民族或者经常需要更换居住地的地区，可以仅由风-光-储智能微网来完成，可以舍去并网环节。目前，在西藏、青海、新疆、内蒙古等游牧地区已经开始了示范性智能微网工程[3]，为当地居民改善供电条件。

3.2 离岸海岛智能微网

我国有很多远离海岸线的海岛，面积不大，但是由于较为分散，且距离较远，传统的供电方式难以解决用电需求。但是海岛的可再生能源更为丰富，尤其是风、光资源，因此，可以充分考虑利用分布式风光互补智能微网来就地解决供电问题。同时，也能助力海岛其他资源的开发利用，这也将是国人迈向海洋深处进行研究和开发的重要一步。

3.3 城市智能微网

即使是在供电充足的城市中，面对现有传统能源带来的环境污染、不可再生等问题，分布式新能源智能微网控制也迅速蔓延开来。例如北京延庆微网工程、河北承德生态乡村微网工程、南京供电公司微网工程等[3]，这些都是分布式风光互补发电智能微网的典型示范。此外还有一些特殊领域的智能微网应用，比如江苏大丰海水淡化微网工程[3]。

4 结语

分布式风光互补智能微网能够充分利用风能和太阳能资源，合理实现智能微网的并网运行和独立运行控制。在未来的分布式能源智能微网方面，还可以从以下几个方面继续研究和探索：（1）当有多种能源形式接入到智能微网中时，需要实现各种能源的无缝接入；（2）将互联网+技术融入到智能微网控制中，实现远程管理和监控，灵活调度、配置各类分布式资源；（3）类似于风能和太阳能这样的分布式能源具有较强的时变性，智能微网还需要更全面的利用各种优化控制策略来进行调节，从而提高智能微网的整体运行效率。

参考文献

[1]杨歌.国家电网：2020年分布式能源装机将接近总装机容量十分之一[N].机电商报，2015-09-07（A01）.

[2]陈名玉.智能电网和分布式新能源的开发利用及发展对策[J].低碳世界，2017，（11）：74-75.

[3]王成山，周越.微电网示范工程综述[J].供用电，2015，（01）：16-21.