(上海华立软件系统有限公司 上海市 201204)
摘要：能源是人类生存和发展的基础，人类的每一次进步都离不开能源结构的发展和改进。随着经济的发展，人类对能源的需求不断增加，污染加剧，寻求和利用新能源成为最佳解决方法，因此资源丰富、无污染的可再生能源的发展逐渐得到重视。分布式发电技术可以就地向附近用户供电，改善电压波动和电能传输损耗，使可再生能源得到了有效利用。然而，风能、太阳能等清洁能源具有不稳定性，独立运行的单一分布式电源的弃风、弃光现象严重，很难维持整个供电系统的频率、电压稳定以及保障能源的利用效率。
关键词：微电网；分布式电源；能量优化；管理研究
引言
分布式电源通过微电网的形式接入电网逐步成为了一种有效的特殊手段，并且在电力研究领域分支中引起了广泛关注，鉴于分布式电源在并网过程中的复杂性，微电网的规划设计和运行模式已经成为智能电网技术的重要组成部分。分布式电源在接入母线的过程中会对配电网产生严重的线损现象，在储能蓄电池对并网后的电能进行集中时，其损耗主要表现为电压损耗和功率损耗，过多的损耗使得微电网的电源能量大量的浪费。
1微电网概述与结构分析
1.1概述
微电网系统是由分布式电源、用电负荷、配电设施、监控和保护装置等组成的小型发配用电系统（必要时含储能装置）。分布式发电(DG, Distrubuted Generation)发电技术是近些年来发展相对快速的一种供电技术，分布式发电接入的能源相对于火电来说是清洁的能源，可以减少对于煤炭，天然气等不可再生能源的使用，并且分布式发电可以就近使用，减少了长距离供电带来的线路损失。但是，分布式发电技术对于电网供电的可靠性和电网电能质量有很大的影响，可再生能源占比越大，电网越不稳定。为了提高供电的可靠性，可以使用微电网技术。微电网有以下两点好处：（1）大量的可再生能源接入电网时，造成电网电压的波动，影响电网供电的可靠性，而微电网具有的电压的和功率都相对稳定，可以将可再生能源接入微电网再接入电网，减少对电网的冲击；（2）微电网具有削峰填谷的作用，可以降低尖峰用电，合理安排用电的时间。
1.2结构
微电网的典型结构包括分布式电源，储能设备和负荷等几部
份，微电网分为交流微电网，直流微电网和交直流混合型的微电网。图1是美国CERTS协会提出的微电网的基本结构。
图1微电网的基本结构
该微电网包括一条母线，三条馈线。馈线通过PCC与配电网进行连接。图中的分布式电源包括风电，光伏，小型的燃气轮机。微电网中使用能量管理器对微电网进行综合的控制，使用潮流控制器对内部的分布式电源进行优化调节。
2分布式电源配置
分布式电源（ＤＧ）的运用可有效解决能源和环境问题，但大规模的ＤＧ接入到主动配电网（ＡＤＮ）中会对系统电压质量、网络损耗等产生不利影响，因此ＡＤＮ中ＤＧ的合理配置对ＡＤＮ的稳定运行具有重要意义。
分布式电源接入到配电网中是有一定的容量限制的，从技术方面来看，准入容量可以分为静态安全限制和动态安全限制两种类型。其中，静态安全限制条件主要是指分布式电源接入到配电网中后，系统负荷电源充足，节点电压不越限，输电设备不过载，并保证供电质量变化不超标。而动态安全限制条件则是指当分布式电源接人配电网后，若是配电网发生了故障，能够保证短路的电流不超过开断容量，继电保护能够正常切除故障，线路中的电压、频率等能够在正常范围水平内。
分布式电源接入到配电网中有一定的技术要求和条件：①分布式电源接入配电网后能够保证电能的有效传输和配电网的稳定性，若是分布式电源接入到线路中会影响整个线路的正常运行，那么这种情况是不可以接入线路的。②分布式电源的总容量不宜超过上级变压器供电区域内最大负荷的1/4，因此，当公共连接点出接入两个及以上的电源数量时，应当要综合考虑其对配电网的影响。③从经济的角度考虑，当分布式电源采用低一等级电压接入到高一等级电压线路时，可以采用低一电压等级进行接入。
3分布式电源能量优化
3.1电源负荷优化
本文主要从技术目标最优出发，对微电网进行优化，先构造微电网目标函数，然后建立微电网运行约束条件。微电网的等效电路图可运用欧姆定律、基尔霍夫定律等直接写出有关的计算公式。但这些方法都不免进行复数运算，不利于手算，而手算时应尽可能避免复数运算的方法。因此本文所求出的目标函数电压损耗最小和功率损耗最小的表达式，最终都是实数表达形式，电力线路的电压相量图如图2所示。
4利用分布式电源改善电能质量
4.1利用分布式电源启停便捷改善电能质量
分布式电源单机容量小、机组数目多，分布也比较分散，启动和停机便捷迅速，运行控制具有很强的灵活性。在相关控制策略下，分布式电源只需很短的时间就可以投入使用，也可以根据需要迅速退出运行。如果分布式电源能够在电网发生故障和扰动时继续保持运行，或者能转做备用电源，对于减小停电范围或者缩短停电时间都是很有帮助的，对于多节点电压暂降问题也有抑制作用。
4.2利用分布式电源方便调控改善电能质量
分布式电源和电力用户距离很近，容易实现有功功率的就近提供和无功功率的就近补偿，而且输电损耗小在传统的配电网中，当用户负荷突然大量增加或大量减少时，供电线路的电源会明显降低或升高，造成明显的电压偏差。如果用户负荷的变动数量大而且是动态变化，那么还会造成电压波动与闪变等问题。当分布式电源与当地负荷能够协调运行(分布式电源输出与负荷同步变化)时，将抑制系统电压的波动。具体而言，若能将分布式电源也纳入电网的统一调度管理，在用户负荷突然大量增加或减小时，就可以根据负荷的变化相应调整分布式电源的输出功率，从而对负荷的功率变动进行补偿，抑制电压的大幅度波动。
4.3利用分布式电源专配的补偿装置改善电能质量
分布式电源并网可能会给配电网带来电能质量问题，是阻碍分布式电源接入电网的重要因素，因此，很多分布式电源在接入电网时，往往都配备一些无功补偿装置或储能装置。这些补偿装置并联接在分布式电源的接入点，对分布式电源本身的电能质量问题进行补偿，同时也必然对配电网中原有的电能质量问题有改善作用。
4.4利用分布式电源的并网换流器改善电能质量
分布式电源的并网换流器与有源电力滤波器、静止无功发生器等电能质量调节装置所用的电路结构和控制技术有很大程度的相似性，为两类设备的优化配置提供了可能性。优化配置系统利用现有电力电子设备吸收或释放有功功率、无功功率，从而不仅实现了电能的传输转换，而且改善了系统的电能质量，减少了系统的额外投资。
4.5运行和能源管理技术
式，另一种是脱离配电网运行的孤岛模式。并网运行时微电网能量多余时，向配电网输送电能，而能量不足时，由配电网向微电网输送能量。孤岛运行时，微电网内部的分布式电源向负荷提供能量。并且，要保证两种运行模式的平滑过渡。能量管理的对象主要有分布式电源，储能系统，负荷系统。微电网的能量管理目标是在保证电能质量的前提下，如何获得最优的经济效益。对于上述目标是多目标下的优化问题，具体采用的方法可以使用遗传算法，线性规划的方法，蚁群算法等相关的寻优算法。文献[7]使用进化多目标免疫的算法对分布式电源在可调节的范围内进行管理，达到最优运行。文献[8]使用针对微电网不同的运行模式使用不同的控制策略，提高系统的运行的稳定性和电能质量。
结束语
本研究以微电网中分布式电源并网过程中电源的电压损耗和功率损耗最小为出发点，通过搭建光伏发电系统、风力发电系统、微型燃气轮机和储能蓄电池组的微电网结构。先构造微电网目标函数，然后建立微电网运行约束条件，最后达到对微电网电源能量进行优化。研究过程中，将各发电机组线路分为是否带负载进行区别，利用线路在电能传输过程中的阻抗推导出电压降低带来的电能损耗。在求解过程中，采用拉格朗日约束法对搭建的目标函数进行求解，使得最终的结果更加精确。
参考文献：
[1]夏栋.基于多微源的直流微电网协调控制策略研究[D].上海电力学院,2017.
[2]王晨.基于MAS的微电网分布式协调控制策略研究[D].南京邮电大学,2016.
[3]贾星蓓.基于多代理系统的微电网能量管理策略的研究[D].燕山大学,2016.
[4]孙建龙.微电网若干工程关键技术研究[D].东南大学,2016.
[5]鲍薇.多电压源型微源组网的微电网运行控制与能量管理策略研究[D].中国电力科学研究院,2014.
论文作者:谢广杰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第10期
论文发表时间:2018/7/26
标签：电网论文; 分布式论文; 电源论文; 电能论文; 电压论文; 负荷论文; 能量论文; 《电力设备》2018年第10期论文;