分布式智能微网技术及其应用研究姜兴华

分布式智能微网技术及其应用研究姜兴华

姜兴华

（新疆新能源研究院有限责任公司新疆维吾尔自治区830026）

摘要：在配网侧，新能源以分散方式、小容量的分布式发电单元接入电网，通过智能微电网实现就地消纳。含分布式发电的微网系统可以实现灵活调度，能起到削峰调谷的作用，与主网形成优势互补，提高供电的可靠性和安全性。

关键词：分布式；智能微网；技术现状；关键技术

引言

基于分布式发电的微网运行控制是智能电网技术的重要发展方向。由于分布式发电类型多样、运行特性差异大、实时波动明显，使得含多种分布式发电单元、负荷和储能元件的微网运行环境的复杂性和动态性大大增加，带来系统运行和控制方面的诸多技术难题。因此，深入了解分布式发电特性和微网内部各单元的关系，研究微网不同运行状态下的有效控制方法，是实现基于分布式发电的微网稳定运行和大规模应用需要解决的关键技术之一。

一、分布式智能微网技术现状

1、人工智能技术

近年来，针对分布式发电和微网运行控制和优化中存在的突出问题，多智能体技术、遗传算法、人工神经网络、模糊逻辑等各种人工智能技术应用于分布式发电和微网控制领域受到了广泛关注。

在并网运行方式下，微网中各DGs的运行既具有相对较强的独立性，又必须与主网有良好的协调控制，具有突出的多智能体系统应用特点，MAS在微网系统中应用包括：并网系统的自律分散电压质量控制；并网系统中故障检测、故障定位和负荷切除等新的保护方案；并网系统中供电恢复方案，一般以恢复负荷最多、开关操作数最少为目标；并网系统的智能控制，通过定义多类智能体，实现各DGs、负荷、储能单元的控制与保护。

人工神经网络在分布式发电和微网中的应用主要包括以下几个方面：DGs的最大功率跟踪；分布式发电故障的智能诊断系统；DGs的短期功率预测，减小DGs非线性和随机性对系统的影响，提高并网系统稳定性；通过接收市场信息和负荷预测信息评估经济效益，优化发电机的发电量控制；形成智能化的能源管理系统，自动实时优化各DGs的调度量，使并网系统总的能耗最小化。将人工神经网络应用于分布式发电系统，还需要对神经网络算法的研究、样本变量的选取等进一步深入探讨，并根据需要有机结合模糊理论等其他方法，以提高控制性能。

针对分布式发电系统，遗传算法在多目标最优规划，联合分布式发电系统中DG机组组合的优化配置和控制策略、含DG的配电网络重构方法、含DG配电系统的经济调度、配电网无功优化、最大功率跟踪等方面都有应用价值。但如何确定最优的交叉和变异算子和相应参数，并结合其他智能算法如模拟退火、最优潮流等方法来应用仍是有待进一步研究的问题。

模糊逻辑在接口逆变器控制、DG最优布置、利用太阳能、风能和用户负荷需求预测的模糊性来实现微网系统的长期操作优化、对风电机组变浆距智能控制以及风电功率短期负荷预测等方面都有研究。

2、分布式发电

分布式发电种类多，且结构和运行特性各不相同，实现含分布式发电的电力系统运行控制，重要前提是对系统对象进行合理建模。如风电场的发电可靠性模型，燃料电池、微型燃汽轮机、光伏电池、风电等DGs的特性分析和动态模型构建。

当不同发电形式和控制条件的DGs并入配电网时，系统的暂态稳定将受到影响。如同步机和异步机对配电网的暂态稳定影响具有差异，前者会降低配电网的暂态稳定性，当发生电压频率不可控换流故障时，孤岛模式能减少大电网同步机的超速转动，但可能导致部分节点电压的偏低。DGs接入功率、网络及发电机的运行状况变化，对应的控制器也会改变；DGs的暂态稳定性也会影响输电系统的安全稳定和电能质量，小转动惯量也潜在地影响大系统稳定性，如小干扰稳定等，所以提高发电机的可靠性和合理的控制策略是保证系统稳定的前提。正常情况下，通过控制三相逆变器DGs的输出无功，可发挥静止无功补偿作用。定电压控制更能抑制电压波动，而无功控制则使并网运行快速稳定。

3、微网并网和孤岛运行控制

当大量分布式发电供能系统以微网形式接入配电网后，配电网将从单一电能分配模式转变为含电能传输、电能收集、电能存储和电能分配于一体的新型电力交换系统。微网稳定运行控制的重要前提就是进行优化规划，综合考虑系统的潮流、节点电压、短路电流、供电可靠性、经济性等多方面影响。其中最重要的是分布式电源的选型和配置优化。包括DGs安装位置、准入功率、电网参数等对配电网过电压都会产生一定影响。另外，还需考虑DGs的不确定性、馈线容量、电压水平和三相短路电流的限值

微网规划设计的综合优化问题也得到广泛、深入的研究。如以降低节点有功损耗为目标，并使电压维持在特定范围内，利用遗传算法实现了对配电网中分布式电源的定容仿真和优化配置。考虑DGs、无功源和网络重构问题的组合优化，分析了DGs最大容量、常数输出或可控输出方式，以及不同控制变量等影响，基于禁忌搜索法研究了DGs的优化配置。

当微型电网与区域电网并网时，其内部DGs的启停，直接导致区域电网负荷的变化，因此可以将DGs作为虚拟负荷。同样，负荷的增减也可等效于虚拟发电的增减。随着未来电力市场的深入发展，负荷相当于潜在功率产品的价值将进一步凸显。微网管理者除了满足自身用电需求外，还可通过改变运行方式参与电力市场竞争，响应需求侧竞价要求，获得相应的经济利益。在市场化电力市场环境下，微网管理者可按电力用量期望价格的需求曲线参与竞价，还可与其他发电商签订双边合同，竞价增、减负荷。

二、关键技术的应用

1、高效的电力计量技术

智能化电网需要电力调度机构（设备）了解得知用户的用电规律，从而在需求和供应更好地实现平衡。由智能电表以及连接它们的通信系统组成的高效电力计量系统能够实现对诸如远程监测、分时电价和用户端管理等的更快和准确的系统响应。

分布式发电应用不同的能源进行发电，各种能源的成本、损耗等情况差别较大，一些能源（如风能、太阳能）等的季节性、地域性差异较大。如何根据实际情况，制定合理的电价方案，平衡投资与收益，使得DSMS用户、投资方、服务商等相关方都能接受，成为需要进行深入研究与突破的重要问题。

2、电力智能调度与防护技术

电网的本质是发电与用电的平衡，智能调度是未来电网发展的必然趋势，调度的智能化是指运用先进传感技术、智能控制技术等，对现有电网调度控制中心（设备）进行的重大扩展，从而真正实现物理、信息与应用系统的融合互动。调度智能化的最终目标是建立一个基于广域同步信息的网络保护和紧急控制一体化的新理论与新技术，协调电力系统元件保护和控制、区域稳定控制系统、紧急控制系统、解列控制系统和恢复控制系统等具有多道安全防线的综合防御体系。智能化调度的核心是在线实时决策指挥，目标是灾变防治，实现大面积连锁故障的预防。

结语

相对于传统的大功率传输电网，分布式智能微网技术具有发电方式灵活、环境兼容性好、收益投资比较高等优点，现阶段在牧区、灾区、远离大陆的海岛、船舶与海洋工程钻井平台及灾区等不便架设传统大型输电网的地区和场所具有广阔的应用前景。

参考文献

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[3]李宇飞，王跃，吴金龙.一种分布式发电并网变流器测试装置设计方案及实现[J].电工技术学报，2015，（3）.