针对不同应用的微电网网架结构研究
摘 要 随着人类对能源的需求与日俱增，分布式电源的研究和应用得到了迅速的发展。微电网是一种由负荷和微型电源共同组成的系统，其具有环保节能，保障供电可靠性，降低发电成本等优点，可用来协调大电网与分布式电源间的矛盾。微网结构是微电网能量管理、控制、保护与稳定的基础。针对不同需求的用户，微电网的网架结构也呈多样性。本文分析了各种典型微网结构的特点及适用范围，并提出了一种合理的商业化微电网网架结构。
关键词 微电网；微网结构；网架结构设计
0 引言
能源是人类赖以生存及社会发展的基础。如今，传统供配电系统的稳定性不足，损耗高， 投资大等问题导致现代电力工业发展面临着严峻的挑战。最初的电力供应是一种以热能发电为主、远距离输电并与大电网互联的方式。它成本高、运行方式复杂，维护难度大，难以满足目前电力行业对不断提升的电力安全性及可靠性的需求。随着常规能源的日渐枯竭，环境污染问题的持续加重，大电网脆弱性的充分暴露以及全球电力市场化改革的进行，以可再生能源发电为主的分布式发电技术成为电力系统领域的一个研究热点。分布式发电也称分散式供能，它一般是指将相对小型的发电装置分散布置在用户周围的供能方式。然而相对于大电网来说，分布式发电机接入成本高、控制困难。为协调二者间的矛盾，尽量减少分布式电源的大规模接入对大电网的冲击，充分发挥其优势和效益，微电网的概念被提出。目前，微电网被视为解决分布式电源问题的有效手段，其具有投资小、环保高效、发电方式灵活等优点。国内外有好多学者对微电网的网架结构进行了研究，并取得了一定的成果。
针对不同特性和需求的用户，微电网的网架结构应不尽相同。文章在基于三种不同网架结构的基础上，提出了一种适合国内电力市场的商业化微电网网架结构，并对该网架结构的特点进行了研究。
1 微电网概念和基本结构
从系统观点来看，微电网将发电机、负荷、储能装置及控制装置等结合，形成一个单一可控的单元，同时向用户供给电能和热能；微电网中的电源多为微电源，即含有电力电子装置界面的小型机组（小于100 kW），其中包括超级电容、光伏电池、微型燃气轮机、燃料电池以及飞轮、蓄电池等储能装置。
微网结构中的新能源发电系统必须能够提供可靠持续的电能，对其进行的控制应是以电力电子设备为基础的控制方式。这种弹性的控制方式能够使得微电网在与大电网连接时作为一个可控的整体单元，针对每一个新能源发电子系统都具有热插拔的特性。该类新能源发电系统能够满足用户不断增长的对电能可靠性和安全性的需求。
2 针对不同应用的微电网
2.1 实用型微电网
所谓实用型微电网本质上是一条配电系统的馈线，在该条馈线上连接着微源发电系统和本地负荷。这种结构的微电网可有效的适应分布式能源的大规模接入，这样可以实现在本地接收用户输出的能源，能在很大程度上减缓能源输送的拥堵问题。实用型微电网还可以向公共电网提供配套的相关服务，例如为本地用户提供或者吸收无功功率，进行有效的无功功率补偿，提高电网供电质量。该结构的主要功能是减小本地用户在公共电网发生故障时的影响及分布式电源的接入难度。实用型微电网可应用在城市以及农村地区。
2.2 工业/商业微电网
工业/商业微电网是第二种微电网网架结构。在某些特殊的场合中，长期存在着重要负荷或敏感负荷乃至二者皆有，该类负荷对电源的质量和可靠性的要求非常高。典型的例子就是大型的数据中心或者大学校园的重点实验室，即使是一个购物中心或者工厂甚至一个居民区也可能会出现上述负荷状况。与普通配电网网架结构相比，此种微电网网架结构的主要优点是提高了供电的电能质量，具有更高的供电可靠性和能源利用率。该结构的未来发展方向是针对不同的负载对供电质量和可靠性要求的不同进行分类，同时对网架结构内的微源发电的可靠性和电能质量也进行分类，然后以此为根据进行电源和负载的二次匹配。此种结构的微电网在常规配电网因故障或检修导致停运以及电网电能质量较差时要具有孤网运行的能力。
2.3 偏远地区应用微电网
第三种微电网网架结构即偏远地区应用微电网。在一些山区或岛屿上，为了给当地的居民提供能源，可再生能源往往是最好的选择，然而目前大多使用的是热电联产技术，电网建设的施工难度大且日后不便于扩展及维护。对于该类地区而言，的微电网是十分合理的网架结构。在进行网架设计时给该微电网与常规电网预留接口，随着常规电网的发展，二者可进行有效的连接。这种结构就要求本地电源能够有效的支撑区域内的负荷需求，并且能够确保供电质量和供电可靠性。如果无法实现这一点，同样需要微电网能量管理系统进行负荷管理，必要时切出某些非重要负荷。随着储能技术的发展，该类型的微电网将得到更为广泛的应用。
3 多级微电网
3.1 多级微电网网架结构设计
图2 多级微电网网架结构框图
3.1.1 主微网
如图2 所示，在变电站设置智能微电网调度中心，配置一套微电网控制与配电自动化系统一体化的中心电力监控系统。
该变电站的母线结构为单母线分段，两路10kV进线分别接两段母线，母联开关平时处于分位，受控于微电网的控制系统，母线分段运行。
智能微电网系统的设计容量按全容量备用配置，保证系统的可靠性。设置两组液流电池储能系统分别接入两段母线。两段母线分别配置10KV高压无功补偿电容系统。
3.1.2 一级子微网
400V母线结构为单母线分段，母联开关平时处于分闸位置，受控于微电网控制系统，正常运行方式为单母线分段运行。
以每一段母线为一个一级子微电网的核心网架，构成分布式的微电网系统。
每段母线接入一台水平轴风力发电机，配置微电网储能稳定控制器，采用锂电池介质。
3.1.3 二级子微网
每栋楼由光伏发电系统、分布式储能系统实现光储分散配置，无功补偿依据就地平衡的原则进行控制。
在对电能质量要求较高的地方，设置有源滤波器，STS静态切换开关。每栋楼的储能、配电网及微电网网关接口柜，构成二级子微电网系统。
3.2 多级微电网可靠性分析
该设计中的多级微电网共有三层结构，按照需求每一层都可配有新能源发电和储能装置。主微电网配置的新能源发电装机总量与储能装置的设计容量可支撑整个微电网做孤网运行。一级子微网在上一层微网发生故障时可以支撑本级微网和下一级微电网的安全可靠运行。二级子微网在上层微网都发生故障时仍可运行。在经济费用许可的情况下，可采用反送电技术，由下一级微网为上一级微网母线反送电，确保对上一级微网的敏感负荷和重要负荷实施不间断供电。
4结论
微电网的广泛应用可以改变传统的能源供需结构，其在提高供电可靠性和降低能源消耗方面显示出了巨大的优越性。多级微电网网架结构可以充分发挥微电网的上述优势。Q/GDW-2010《分布式电源接入电网技术规定》当中描述到：当
分布式电源的功率为200KW及以下时可接入380V低压系统，超过200KW应接入10KV系统或高电压等级电网。随着国家对分布式电源及微电网接入电网的大力支持，微电网的应用必将迎来美好的明天。
参考文献
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