1.4 智能微电网的特点及优缺点
1.4.1 智能微电网的特点
从智能微电网的定义和结构上可以看出,智能微电网具有以下几个显著特点:
(1)智能微电网集成了多种能源输入(太阳能、风能、常规化石燃料、生物质能等)、多产品输出(冷、热、电等)、多种能源转换单元(燃料电池、微型燃气轮机、内燃机,储能系统等),是化学、热力学、电动力学等行为相互耦合的复杂系统,具有实现化石燃料和可再生能源的一体化循环利用的特点。
(2)智能微电网中包含多种分布式电源,且安装位置灵活,一般通过电力电子接口接入,并通过一定的控制策略协调运行,共同统一于智能微电网这个有机体中。因此,智能微电网在运行、控制、保护等方面需要针对自身独有的特点,发展适合不同接入点的分析方法。
(3)一般来说,智能微电网与外电网之间仅存在一个公共连接点(PCC),因此,对外电网来说,智能微电网可以看作电网中的一个可控电源或负载,它可以在数秒内反应以满足外部输配电网络的需求。智能微电网可以从外电网获得能量,在智能微电网内电力供应充足或外电网供电不足时,智能微电网甚至可以向电网倒送电能。
(4)智能微电网存在两种运行模式:正常状况下,与外电网并网运行,智能微电网与外电网协调运行,共同给智能微电网中的负荷供电;当监测到外电网故障或电能质量不能满足要求时,则智能微电网转入孤岛运行模式,由智能微电网内的分布式电源给智能微电网内关键负荷继续供电,保证负荷的不间断电力供应,维持智能微电网自身供需能量平衡,从而提高了供电的安全性和可靠性;待外电网故障消失或电能质量满足要求时,智能微电网重新切换到并网运行模式。智能微电网控制器需要根据实际运行条件的变化实现两种模式之间的平滑切换。
(5)智能微电网一般存在上层控制器,通过能量管理系统对分布式电源进行经济调度和能量优化管理,可以利用智能微电网内各种分布式电源的互补性,更加充分合理地利用能源。
1.4.2 智能微电网的优点
智能微电网一般通过单点接入大电网,即从电网端来看,智能微电网是一个可控发电单元或负荷。这样可以充分利用智能微电网内各种分布式电源的互补性,能源的利用更加充分,并且减少各类分布式电源直接接入电网后对大电网的影响,同时方便配电网的运行管理,降低因电网升级而增加的投资成本,降低输电损耗,并有利于减少大型电站的发电备用需求。此外,智能微电网有两种运行模式:并网运行模式和孤岛运行模式。在并网运行模式下,负荷既可以从电网获得电能,也可以从智能微电网中获得电能,同时,智能微电网既可以从电网获得电能,也可以向电网输送电能;当电网的电能质量不能满足用户要求或者电网发生故障时,智能微电网与主电网断开,独立运行,即孤岛运行模式,从而有利于提高供电质量和可靠性。
智能微电网技术是新型电力电子技术和分布式发电、储能技术的综合,相较于传统发电技术,智能微电网的优点主要体现在以下几个方面:
(1)智能微电网为多个DG的集成应用,解决了大规模DG的接入问题,继承了单个DG系统所具有的优点;同时可以克服单个DG并网时的缺点,减少单个分布式电源可能给电网造成的影响,实现不同DG的优势互补,有助于DG的优化利用,能够充分挖掘出分布式发电的潜力。
(2)智能微电网灵活的运行模式,提高了用户侧的供电可靠性。用户侧负荷,按重要性程度可分为普通负荷、次重要负荷和敏感负荷(即重要负荷);当外电网发生较严重的电压闪变及跌落时,可以根据负荷的重要性等级,通过静态开关将重要负荷隔离起来孤岛运行,保证局部供电的可靠性。
(3)智能微电网通过缩短发电与负荷供电间的距离,降低输电损耗和因电网升级改造而带来的成本增加。
(4)对用户来讲,广泛使用智能微电网可以降低电价,获得最大限度的经济效益。例如,利用峰谷电价差。峰电期,智能微电网可以向电网输送电能,以延缓电力紧张,而在电网电力过剩时智能微电网可直接从电网低价采购电能。
1.4.3 智能微电网的缺点
智能微电网目前在国内外都还处于实验室和工程示范阶段,在实际应用中还存在诸多挑战。
首先,智能微电网建设、运营模式与目前电力法规存在一定的冲突,国家相关政策尚不明晰,已成为智能微电网发展的主要障碍。
其次,智能微电网中使用大量的电力电子装置作为接口。一方面,电力电子装置的可控性,有潜力为用户提供更高的电能质量;另一方面,使得智能微电网内的分布式电源相对于传统大发电机惯性很小或无惯性,在能量需求变化的瞬间,分布式电源无法满足其需求,所以智能微电网通常需要依赖储能装置来达到能量平衡;另外,基于电力电子器件的本身电气特性和控制特点,通过逆变器接口的电源过载能力低,故障特性与旋转发电设备具有明显不同,使得智能微电网的运行及故障特性与传统电网有明显区别,增加了继电保护及自动化控制等方面的配置难度。
最后,智能微电网中的关键设备如储能变流器、并网接口、协调控制器、继电保护及自动化设备还不够完善,还缺乏统一的技术标准,特别是智能微电网中多种接口形式的电源协调稳定运行技术还有待进一步的研究和深入的实验验证。