摘要：未来，城市中的雨水发电可以作为分布式电源结合微电网系统并入配电网。屋顶雨水处理系统借助电力电子设备变换为可用的交流电来并入微电网的运行模式，具有良好的灵活性、可靠性、安全性。雨水发电作为分布式电源，在接入配电网的过程中需要用到的微电网技术已得到验证，能够为屋顶雨水处理系统配合微电网的的应用提供有力的技术支撑。最后，本文从资源条件、政策激励和产业基础三个方面对于屋顶雨水处理系统配合微电网运行的前景作了展望，分析了其发展的必然性。
关键词：雨水发电；微电网；分布式电源
1微电网的适配性
微电网是由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统。微电网中的电源为分布式电源，即含有电力电子接口的小型机组，包括储能装置如蓄电池，微电网可以与分布式光伏发电、分布式雨水发电、分布式风力发电等多种利用可再生能源的分布式电源相配合，分布式电源接在用户侧，具有成本低、电压低以及污染小等特点。
屋顶雨水处理系统作为一种分布式电源，可以借助电力电子设备将发电装置发出的电变换为符合微电网电能要求的交流电，以并入电网。
2 屋顶雨水处理系统配合微电网运行的优势
屋顶雨水处理系统的结构如图1所示：
图1
楼顶排水渠1，其建在楼顶平台四周，具有汇聚雨水的功能。屋顶蓄水池2，暂时储存由排水渠1排出的水，其容积设计应该根据当地雨季流量决定，尽量减少空间占比的情况下能承受雨季雨水负载。过滤网3，覆盖在蓄水池2的顶部，为过滤掉雨水中可能含有的树叶、泥沙等固体，防止固体杂物损坏水轮发电机9以及进一步影响发电。引水管4，其细长的特点利于给水以大的势能冲击水轮发电机9。液位控制器5，其近入水口标有高液位线6，底端标有低液位线7。阀门8，位于屋顶蓄水池2与引水管的连接处。水轮发电机9，处于引水管4的底端，下接地下蓄水池10，其定子产生三相交流电一端经电力电子接口接入微电网11，另一端经逆变器13接入蓄电池12。抽水泵14，位于地下蓄水池10的出水端，抽水泵以外又连接其他用水装置或处理水设备。
屋顶雨水处理系统的特点是应用区域广但较分散，分散在各处的屋顶雨水处理系统产生的电能汇集起来虽相当可观，但单一电源所发电量甚少，且屋顶雨水处理系统多用于高层建筑密集的地区，这些特点给屋顶雨水处理系统接入配电网带来了极大的困难。微电网是一个可以实现自我控制、保护和管理的自治系统，它作为完整的电力系统，依靠自身的控制及管理供能实现功率平衡控制、系统运行优化、故障检测与保护、电能质量治理等方面的功能，它既可以与外部电网运行，又可以孤立运行。将屋顶雨水处理系统与微电网结合，可以有效解决雨水发电的分散性问题和并网难题。
从灵活性角度来看，屋顶雨水处理系统接入和退出微电网都十分方便，根据运行工况的不同，微电网可以选择不同的运行方式，在多种运行方式间灵活切换，积极响应调度要求。此外，还有操作简单和扩建方便的优点。
从可靠性角度来看，将屋顶雨水处理系统与微电网配合可以提高分布式电源的供电可靠性和电能质量，有助于对重要负荷的持续供电；同时，能提高分布式电源的有效运行时间，在微电网范围内有效解决电压、谐波问题，避免分布式电源对周围用户的直接影响。
从安全性角度来看，由于微电网具有网络自愈功能，有利于电力系统抗灾能力建设，屋顶雨水处理系统接入微电网能实现分布式发电电能就地平衡，减少网损，有利于电网安全运行。
3 屋顶雨水处理系统与微电网配合的技术基础
屋顶雨水处理系统作为分布式电源，既可以并网运行又可以孤立运行。分布式电源并网运行的重点：从接入规定和接入电网以后安全运营的角度，主要是对分布式电源接入容量、接入电压等级、电能质量、功率控制、电压频率响应特性、保护、通信与信息、电能计量、并网检测等进行规范。分布式电源孤岛运行的重点：从安全的角度，规定设计、操作和集成分布式孤岛电力系统的方法和应考虑的因素，提出并网、离网以及两种模式过渡过程中应满足的技术要求。
屋顶雨水处理系统接入微电网的支撑技术主要是微电网技术。
微电网技术是以就地为主，大量使用逆变器；其电源距离用户近，建立电力、热能就地利用，无需长距离传输，动态的复合控制，能够实现源网核的快速互动；可以脱离主网，独立运行，且具有多种运行模式，并网、离网都是微电网可以调控利用的手段，传统电网不具备这些灵活的功能。
微电网或与配电网互联运行，或孤立运行，当配电网出行故障而微电网与其解列时，仍能维持微电网自身的正常运行。微电网技术的关键技术由微电网运行控制技术和微电网保护技术组成，目前这些技术已在小规模微电网中得到验证。
4 结论
随着社会的发展，能源消耗的问题日益严重；人口及经济的快速增长让地球的环境问题日益严峻，能源的消耗以及清洁利用已经是人类社会面临的一大难题。高渗透率分布式可再生能源的接入和消纳和节能环保的分布式电源必定是经济快速发展下的重要需求。
屋顶雨水处理系统配合微电网运行，可以提高电力系统的灵活性、可靠性、安全性。雨水发电的发展由其资源条件、政策激励和产业基础决定：资源条件决定了分布式电源发展的规模；激励政策决定了分布式电源发展的速度；产业基础决定了分布式电源发展的成本。屋顶雨水处理系统配合微电网运行，因其特有的可脱离主网独立运行、可实现源网核的快速互动、具有多种运行模式等传统电网不具备的灵活功能，以及有力的技术支撑，必然是推动未来社会、全球发展的宝贵技术。
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论文作者:胡浩楠
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/21
标签：电网论文; 分布式论文; 雨水论文; 屋顶论文; 电源论文; 系统论文; 电能论文; 《基层建设》2019年第18期论文;