近年來，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，大電網(wǎng)的弊端日益凸顯。在可再生能源尤其是分布式能源蓬勃發(fā)展的背景下，微電網(wǎng)因為能夠有效克服大電網(wǎng)的諸多缺陷，成為可再生能源儲存與輸配的理想選擇。當(dāng)前，微電網(wǎng)技術(shù)仍處于初步發(fā)展階段，未來其技術(shù)發(fā)展趨向如何?實現(xiàn)其技術(shù)突破的關(guān)鍵是什么?在3月15日召開的2016國際電力電子創(chuàng)新論壇上，本報記者聆聽了上海交通大學(xué)風(fēng)電中心主任、電氣工程系教授蔡旭的相關(guān)解答。
蔡旭：上海交通大學(xué)風(fēng)電中心主任、電氣工程系教授
微電網(wǎng)在可再生能源發(fā)展中的作用是什么?
蔡旭：當(dāng)前，開發(fā)利用可再生能源是世界各國保障能源安全、加強環(huán)境保護的重要途徑。建立以電為主、多能綜合利用的能源體系，也成為我國能源供給的基本戰(zhàn)略。
未來，可再生能源將會蓬勃發(fā)展。據(jù)中國風(fēng)能協(xié)會發(fā)布的信息稱，2015年，我國風(fēng)電新增裝機容量同比增長31.5%，累計裝機容量突破145兆瓦，對應(yīng)按年升幅26.6%。
同時，據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會公布數(shù)據(jù)顯示，“十二五”期間，我國太陽能發(fā)電裝機容量年均增長177%。我國超過德國成為世界光伏第一大國。風(fēng)力、太陽能發(fā)電已經(jīng)成為我國實現(xiàn)能源戰(zhàn)略目標(biāo)的必然選擇。
數(shù)量眾多的分布式發(fā)電推動著以電能為主的能源微電網(wǎng)快速發(fā)展。目前，風(fēng)能、太陽能大規(guī)模集中開發(fā)的主要方式是建設(shè)大型風(fēng)電場和太陽能電站。未來，分布式供能的主力是建筑光伏發(fā)電和光熱利用，其有效補充則是小風(fēng)電、生物質(zhì)能發(fā)電、小水電等。而微電網(wǎng)正是將分布式電源及負荷與配電網(wǎng)實現(xiàn)有效連接的紐帶。
微電網(wǎng)的主要特性和發(fā)展方向是什么?
蔡旭：微電網(wǎng)內(nèi)部電力電量能實現(xiàn)全部或部分自平衡。微電網(wǎng)通常配有儲能裝置，具有并網(wǎng)和孤網(wǎng)運行功能，可減少大規(guī)模分布式電源與電力負荷接入電網(wǎng)時，對電壓造成的沖擊。當(dāng)容量在一千瓦到數(shù)兆瓦之間時，微電網(wǎng)通常接入中低壓電網(wǎng)(35千伏以下)，聯(lián)接終端用戶，電能就能夠就地利用。
微電網(wǎng)的電能形式多樣化，但未來其將主要向交直流混合的多電能形式發(fā)展。
當(dāng)前，微電網(wǎng)的主要結(jié)構(gòu)包括交流微電網(wǎng)、直流微電網(wǎng)、交直流混合微電網(wǎng)。但隨著新能源高比例接入，智能電網(wǎng)技術(shù)、柔性電力技術(shù)等的發(fā)展，微電網(wǎng)未來將需要具備滿足多種能源綜合利用需求的能力，以柴油發(fā)電機、微型燃氣輪機、電池儲能系統(tǒng)為主電源形式的，微源的電力變換，將向提高自主性的方向發(fā)展。
在有些業(yè)內(nèi)專家看來，對大電網(wǎng)來說，微電網(wǎng)可視為大電網(wǎng)中的可控單元，對用戶側(cè)來說，微電網(wǎng)可滿足用戶側(cè)特定需求。也有不少業(yè)內(nèi)人士認為，微電網(wǎng)是能源互聯(lián)網(wǎng)的實際構(gòu)成單元，將隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展步入快速發(fā)展期。
微電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵性的技術(shù)是什么?
蔡旭：微電網(wǎng)需要接入大量種類不同、歸屬不同、分散接入的分布式電源，要實現(xiàn)其多電能、高自主性的功能，提升其控制技術(shù)尤其重要。微電網(wǎng)的控制技術(shù)主要包括微源的電力變換控制和微電網(wǎng)運行控制與能量管理，其中微源的虛擬同步發(fā)電機控制技術(shù)是當(dāng)前業(yè)界和學(xué)界共同關(guān)注的焦點之一。
在傳統(tǒng)的微電網(wǎng)系統(tǒng)中，常規(guī)并網(wǎng)的逆變器存在響應(yīng)速度快、幾乎沒有轉(zhuǎn)動慣量、難以參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)等缺點，缺乏與配網(wǎng)及微網(wǎng)有效“同步”的機制，無法為含分布式電源的主動配電網(wǎng)提供必要的電壓和頻率支撐。為此，有學(xué)者提出了在并網(wǎng)逆變器的功率外環(huán)中引入類似于同步發(fā)電機的電壓和頻率調(diào)差特性。
虛擬同步技術(shù)無短時間過載能力，具有更好的頻率穩(wěn)定性能等。其中，電流控制型技術(shù)較適用于與大電網(wǎng)的并網(wǎng)運行，電壓控制型技術(shù)更適用于弱電網(wǎng)和微網(wǎng)系統(tǒng)。虛擬同步發(fā)電機技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用將成為改善基于新能源發(fā)電微網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵。但這一技術(shù)仍存在許多有待深入研究的問題。
