低碳经济视阈下的区域智能微电网保护与控制

陈康CHEN Kang

（南京乾佳科技有限公司，南京210019）

0 引言

现阶段随着科学技术的不断进步和发展，国家电网研究和发展方向也出现明显的转变，在实际电网建设的过程中，经常会使用较高的控制技术来确保电网运行的稳定性和安全性，减少电网在实际运行中出现崩溃的概率，确保工业以及民用电网行业的稳定进步和发展。目前，行业对智能微电网的研究不断深入，这也让电网和供应系统的发展不断加快，分布式电源具有供电灵活的基本特点，通过科学合理的规划，在突发事故出现的时候，可以用最快的速度保证电网负荷供电，并且为快速恢复供电提供便利条件。因此，在低碳经济发展背景下，区域智能微电网的建设规模不断增多，电力行业也有着全新的发展前景和进步空间。

1 低碳经济的相关概念

低碳经济主要是将减少温室气体排放作为保护目标，建立低能耗、低污染的经济发展结构体系，现阶段主要包括低碳能源系统、低碳技术系统、低碳产业系统。低碳能源系统主要是不断对清洁型能源进行研究，通过大力推广清洁能源的应用，减少各种不可再生资源的使用，目前清洁能源主要包括：风能、太阳能、地热、核能，主要是替代煤炭资源和石油资源等能源，从而减少二氧化碳的实际排放量。低碳技术主要是清洁煤技术、二氧化碳捕捉以及储存技术等。低碳产业系统现阶段主要是新能源汽车、节能建筑、循环经济、资源回收、节能材料、环保设备等。

低碳经济的起点主要是对煤炭资源和煤炭使用足迹进行全面统计，二氧化碳的产生主要有三个重要的来源，其中最为主要的就是煤炭资源在燃烧使用过程中，产生的二氧化碳，这种情况下产生的二氧化碳排放量占据着总排量的40%左右，而随着时代的进步和发展，汽车尾气二氧化碳排放量也在不断增长，特别是在我国汽车销量不断提高的情况下，汽车尾气的排放问题逐渐加重。除此之外，随着建筑工程规模和数量的逐年递增，施工中产生的废弃物和资源损耗，也是近几年来重点需要解决的问题。总的来说，低碳经济主要是在可持续发展战略引导下，通过对各项理念的不断创新、对技术的深入研究，完善各项制度、对我国各个行业发展进行转变等多种手段，不断提升能源生产和使用的实际效率，减少二氧化碳的排放，对周边自然环境进行有效地保护，同时使用替代能源和清洁型能源进行生产和加工，利用各种技术手段缓解大气中二氧化碳的浓度，最终实现社会经济的发展和自然生态环境的保护，促进国家综合实力的稳定提升。

2 低碳经济发展背景下区域智能微电网的相关内容

2.1 低碳经济发展背景下区域智能微电网的概述

微电网主要是由分布式电源、电能储备装置、能量转换设备、保护设备共同组成的小型配电系统，简单微电网是微电网中的基础部分，主要结构包括分布式电源和管理设备，通常只针对负荷功能进行改善。多种类的微电网设备中，基本包含着多个简单微电网所组成，可以对各种微电网中存在的缺陷和不足之处进行调整、优化、完善，因此多种类微电网在结构上有着更加复杂的基本特点。为了能够维持多种微电网运行的安全性和稳定性，一般都会对切负荷设备进行设置，在目前发展的过程中，微电网系统的发展目标是成为共用微电网，在这样的系统中可以接入大量分布式电源和简单微电网系统[1]。

低碳经济发展背景下，智能微电网的出现主要是在分布式电源发展和能源利用要求基础上，相关人员不断进行研究和开发，从而将分布式发电系统进行创新，更加灵活地实现供电，将全新能源进行使用，并且在建设应用中取得较为明显的效果，受到社会各行业的广泛关注。但是分布式发电技术也存在功率输出波动较大、成本较高的众多缺点，在批量接入电网之后，必然会对电网造成一些负担和影响。因此，有效地改善智能微电网和电网之间存在的矛盾问题，也成为智能微电网发展中主要需要解决的重点。

2.2 低碳经济发展背景下区域智能微电网的基本特点

2.2.1 运行模式的特点

在低碳经济发展的背景下，区域智能微电网需要具备独立运行的基本能力，这样也能够在电网出现故障的第一时间内，保证区域电力资源供应的稳定性和持续性，并且智能微电网还能够实现自动调节的基本功能，确保微电网自身运行安全性和稳定性，同时还能够组织故障问题不断地扩张，对企业造成严重的经济损失。智能微电网还能够与电网共同它运行，起到调峰的作用，当电网处于峰谷阶段的时候，电网可以对微电网进行电量输送，从而降低电网因为高峰负荷落差过大，出现严重的挂账问题，进一步确保电力设备运行的稳定性，为持续供电提供有效地保障。除此之外，当电网处于峰值的时候，智能微电网还能够给电网输送电量，有效地缓解城市用电压力过大的情况，更好地满足人们对用电的基本需求。

2.2.2 多样性特点

在低碳经济发展的背景下，区域智能微电网需要具备分布式电源的基本特点，保证供电种类的多样性，比如在实际供电的过程中，可以使用风力发电、太阳能发电、蓄能发电、生物发电、水资源发电等。多样化的发电形式，也能在一定程度上提升电力资源供电的持续性，保证智能微电网运行的稳定性和安全性。

2.2.3 灵活性特点

智能微电网的出现主要是在分布式电源基础上进行创新和研究，因此区域智能微电网也具备分布式电源灵活性的基本特点，通过电源、符合、储备能等结果组成，是一种独立微型的电网系统。在实际应用的过程中，不仅可以更加灵活地进行切换，并且还能够使每一个发电单元都可以直接进行电力供应，实现微电网的独立控制，满足各种不同用户对电压、电能、电量的基本需求，灵活供电的基本特点也是智能微电网建设和发展的首要条件。

2.2.4 经济性特点

低碳经济发展的背景下，区域智能微电网全新绿色可再生资源利用的设备，不仅能够对能源结构进行完善和优化，还能够减少传统电力资源发电对环境造成的严重污染，有效地提升各项能源转化的实际效率，降低电力生产中成本的投入。区域智能微电网的批量使用，在一定程度上也能够提升电力企业实际的经济效益提升，为社会的发展和企业的进步奠定扎实的基础条件[2]。

2.2.5 稳定性特点

低碳经济发展的背景下，区域智能微电网与电网结合之前，需要对用户实际的电力需求、供电要求、电力质量进行详细调查，同时还需要对控制和保护系统进行有效的调节和优化，确保微电网电力资源输出的过程中，可以有效的保证电压的稳定，避免因为电功率的不稳定，导致微电网系统出现故障，影响用户电力资源使用的实际质量和效率。

3 低碳经济发展背景下区域智能微电网运行状态

在低碳经济发展背景下，区域智能电网的运行包括正常状态、过渡状态以及非正常状态三种状态模式，其中正常状态主要是并网运行和独立运行两种状态的共同组成，过渡状态是在并网和离网两种转换状态下组成的模式，而非正常状态主要是在故障检修维护的过程中，电网直供符合状态下，智能微电网运行情况的总结。这三种状态都是现阶段区域智能微电网运行中，主要会使用到的基本状态，在一定程度上可以确保区域智能微电网运行的安全性和稳定性，本文在此对三种运行状态进行简要的阐述和分析，希望能对今后智能微电网的发展和建设有一定的帮助。

3.1 并网运行状态

在智能微电网运行的过程中，如果处在与主电网连接的状态模式下，微电网结构系统内部的母线和负载主要是由主电网运行状态决定，在这样的情况下，微电网可以实现对主电网补偿的功能，对主电网电力资源不充足、电压不稳定、电能质量不高等相关问题进行改善，并且由主电网来提供一定的辅助操作。比如，可以对主电网的实际运行状态进行稳定，避免主电网在运行过程中出现明显的故障问题，进而不断提升电力资源的质量、供电的稳定性和安全性等。

3.2 离网运行状态

在部分情况下，区域智能微电网会脱离主电网单独运行，这样的独立运行也可以称之为孤岛运行模式。当区域智能微电网处在孤岛运行模式状态下，需要对微电网内部的线路进行维护，使用电力电子部件作为主要的连接口，保证智能微电网系统承载能力可以有所提升。但是从实际的运行状况来分析可以发现，区域智能微电网系统承载能力较差、自身的惯性较小，同时分布式电源波动性和间歇性、负荷以及负载都存在多变性，这样的情况也让区域智能微电网的运行控制产生较大的难度[3]。

3.3 过渡运行状态

过渡运行状态也可以称之为切换运行状态，这种运行状态主要是区域智能微电网在两种运行状态之间进行切换，属于一种暂态的运行模式。在过渡运行状态下，区域智能微电网需要维持自身的实际工作稳定性，保证智能微电网系统能够在两种运行状态下，稳定安全地进行切换。当区域智能微电网从并网运行状态切换到孤岛运行状态的时候，区域智能微电网内部系统中的电能与负荷需求之间产生不平衡的基本问题，导致微电网系统运行缺少稳定性，在这样的情况下，如果区域智能微电网重新进行切换的时候，就需要对电网之间电压同步问题进行深入的考虑。因此，设计人员在对区域智能微电网系统结构进行设计的时候，需要保证设计的稳定性、合理性，有效地加强区域智能微电网系统结构和控制技术，确保微电网运行的安全性以及稳定性。

4 低碳经济发展背景下区域智能微电网控制方式

4.1 区域智能微电网主从控制方式

主从控制是现阶段在区域智能微电网系统中常见的控制方式，主要是将微电网系统中某一个控制器作为主要的控制器，将系统内部其余控制器作为从控制器，确保主控制器能够对从控制器进行指令传达，在控制的过程中有效地将通信手段进行应用，加强数据传输的控制方式，更好的保证微电网控制的实际效果。

4.1.1 将分布式电源作为主控制设备

分布式电源作为区域智能微电网中的主要设备，当分布式电源作为主要控制设备的时候，微电网系统会对内部的分布式电源实施主从控制。在这样的情况下，主从控制主要可以是分布式电源、分布式电源间、分布式电源与通信系统的结合，在这个过程中需要确保通信系统的顺畅，这样才能够更好地保证区域智能微电网运行的稳定性和安全性。在将分布式电源作为主要控制设备的时候，还需要根据实际的控制方式，详细地对微电网内部各个系统进行划分，进一步保证区域智能微电网系统运行的连续性[4]。

4.1.2 中心控制设备作为主控制设备

当中心控制设备作为智能微电网主要控制设备的时候，系统内部上层管理系统，能够对分布式电源与负荷之间进行有效的管理，在这个过程中上层管理系统和下层运行系统之间的通信能力较弱。上层管理系统中的控制设备，可以有效的根据电网底层分布式电源实际功率进行转化，保证区域智能微电网内部符合能够满足实际工作变动需求，加强对分布式电源以及电能负荷之间的管理，保证接入和断开的实际效率。

4.2 区域智能微电网对等控制方式

低碳经济发展的背景下，区域智能微电网中有效地将对等控制方式进行应用，能够有效的保证智能微电网运行的安全和稳定，对等控制主要是对底层分布式电源与优先级进行对等控制。在这控制阶段中，微电网可以将分布式电源以及电能负荷进行控制，实现即插即用的基本目标，在分布式电源与微电网进行连接或者断开的时候，不会对微电网系统内部各种模块的设置产生严重影响。同时，对等控制应用中，分布式电源不需要使用通信系统，而是直接通过分布式电源自身产生的变量进行控制，当智能微电网进入到孤岛运行状态的时候，主要的控制方式可以由分布式电源和电能负荷共同决定，保证使用相同的控制方式对区域智能微电网进行掌控，进而确保智能微电网运行的安全与稳定，为用户提供高质量的电力资源。

4.3 主从控制方式与对等控制方式的区别

当主从控制方式中以分布式电源作为主要控制设备的时候，微电网分布式电源之间有着较强的通信信号，但是对运行实际要求较高、成本投入较大、可靠性较低。微电网的实际运行状态也会受到主控设备的影响，当主控单位出现故障问题的时候，会对区域智能微电网实际运行状态造成严重的影响。

当主从控制方式中以中心控制设备作为主要控制单元的时候，微电网与分布式电源之间的通信信号较弱，并且微电网的实际运行主要是受到中心控制设备的影响。随着区域智能微电网发展和建设不断加快，现阶段智能微电网主要有三层控制结构[5]。

当应用对等控制地方时的时候，微电网内部各个分布式电源之间不需要进行通信连接，不同的分布式电源主要控制方式也有一定的差异性，这样的控制方式能够保证分布式电源的使用效率和使用寿命，投入成本较低、可靠程度较高、并且具有一定的灵活性。

5 低碳经济发展背景下区域智能微电网的保护方式

5.1 区域智能微电网系统级保护方式

在低碳经济发展的背景下，区域智能微电网主要有两种运行模式，并且微电网的应用能够有效、精准的对主电网中出现的各种故障问题进行判断，从而对故障进行响应，这也是保证微电网运行稳定的主要方式。在现阶段电网保护设计的过程中，主电网结构对继电保护提出特殊性的要求，在保护的过程中主要需要考虑几个方面的问题。首先，配电网一般都是放射性的网络结构，因为微电网的不断发展，在保护装置上电流可以会由以往的单向电流转变成双向电流；其次如果微电网进入孤岛运行状态下，短路容量将会不断产生变化，对原有的继电保护设备的正常运行造成严重的影响；最后，对原有的分布式电源接入方式造成影响，在实际建设的过程中，需要尽可能地保证在电网故障的时候，微电网能够提供所需的电量，在最快速度内对主电网进行修复，从而保证电力资源供应的连续性，有效地避免对电力企业经济造成严重的影响。

5.2 对微电网单元机的保护方法

当主电网产生故障问题或者电力质量不断下降的时候，需要微电网快速地进行模式切换，这样也能够对微电网运行状态和电压稳定提供保障。微电网单元保护的过程中，主要需要对两个方面的问题进行考虑。首先，需要能够快速地对微电网内部运行中出现的各种故障问题进行处理；其次，在微电网进行孤岛运行状态哦的时候，确保微电网平稳地过渡，确保系统内部的安全性和稳定性[6]。

6 结束语

随着人们对生态环境的重视，在低碳经济发展背景下，区域智能微电网保护与控制成为发展中重点关注的内容。通过本文的分析可以发现，在低碳经济的发展下，电力企业为了能够更好地保证电力资源的良好供应效果，加强对智能微电网的建设，确保电力资源合理的配置和使用，更好的提升智能微电网运行的实际效益，同时加强对环境的保护，对资源的节约。现阶段智能微电网因为自身灵活性的特点，在行业内部发展迅速，并且能够减少突发性停电或者故障问题，给企业造成的经济损失，也能够为后续恢复供电提供有效地保障，这种技术在一定程度上，也是符合企业发展和人们实际需求的根本技术，同样也能够促进社会经济的稳定发展。