用微电网构筑智能电网

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智能化是电网未来发展大势所趋，而在智能电网中，微电网是一个非常重要的组成部分。所谓微电网，也叫分布式电源孤岛，是为一组包含变压器、电机、照明系统等的设备提供电源负荷的发电系统。孤岛系统既要能与公共电力系统连接，成为其组成部分，也要能在与电力系统断开的情况下为大面积区域供电。

随着智能电网的日益发展，以及风能、太阳能等可再生能源所提供的发电量的不断提升，分布式电源孤岛的重要性日益显现，其对电网的影响也逐渐增大。分布式电源孤岛对更大规模的电力系统是非常有益的，它能够提高电力系统的可靠性、减少区域超负荷问题、通过降低谐波失真总量来解决电能质量问题等。而在建设微电网的过程中，要让这些优势得以发挥，就必须确保分布式电源孤岛是根据最近期的工程方案为标准进行设计、建造和运行的，并且能够与更大规模的电力系统实现最大可能的无缝连接以及无缝分离。

为了能使行业实现上述目标，电力系统的规划者、运营商、系统集成商以及设备生产商们需要一份通用指南。电子与电气工程师协会（IEEE）近期公布的一项新标准就为上述问题提供了解决方案。IEEE 1547.4《分布式电源孤岛系统设计、运行与接入指南》不仅为分布式电源孤岛的设计、运行及接入电力系统等方面提供了最佳的指导方案。它还有助于相关人士能够在一个通用的框架下创建和运行电力系统。

标准的构建必须考虑到不同类型微电网的运行模式。分布式电源孤岛系统根据供电和负荷的不同组成方式可分为7类。例如由同一个客户设备内部的供电和负荷构成的本地电力系统孤岛，由变电站的一条或若干条总线负荷组成的变电站孤岛，以及单个变电站的负荷组成的变电站孤岛等。

这些微电网系统需要具备的共同特点，就是可以自由地与更广地域电力系统的电网连接和分离，并且在切换过程中能够及时响应。要使这些分布式电源孤岛系统能够在可预见的，可靠的及不受干扰的情况下做出响应，需要确保各项工作的审慎严密。要做到这一点，首先要明确分布式电源孤岛的四大运行模式：第一为普通平行模式，此时分布式电源孤岛与电力系统相连；第二为孤岛模式，此时微电网必须能够在岛内提供负荷有效功率和无功功率；第三为孤岛切换模式，其产生原因可能是计划内或计划外的事；第四为重新连接模式，要求具备孤岛与电力系统同步的适当条件。

分布式电源孤岛通常的运行模式为普通平行模式或孤岛模式。要从一种模式切换到另一种模式需要监测（电压、频率等）和控制设备。取决于监测和控制的所需程度，控制设备可能非常精密复杂。

与电力系统重新连接可通过多种方式进行。IEEEl547.4标准中着重提到了三种方式：主动同步，即通过一个控制机制在重新连接完成之前，将分布式电源孤岛与电力系统的电压、频率和相位进行吻合配对。要采取这种方式，就必须在这两者中采用特殊技术处置敏感状态，并要将此信息传回到控制机制。而被动同步则更类似于“监测和等待”方式。采用分布式电源孤岛并联设备来检测系统参数，只有当两套系统都在容许界限之内时才能相联。这种方式也要求使用感应技术，可能需要比主动同步花费更长的时间。第三种方式是开放式切换，转换将导致分布式电源负荷断电。负荷和分布式电源在重新连接到电力系统之前都将断开。此种方式不需要同步感应器。

规划和管理对于建立并运行一个微电网来说都是非常重要的。当区域电力系统电力中断时，要设计一个与电力系统部分相联的分布式电源孤岛系统，就必须确保此系统与区域电力系统的分区和保障设备的协调一致。另外，在规划分布式电源孤岛系统时，还应考虑多个联接或重新联接的因素。这些因素包括：可能对电力流量和方向造成的影响；对电压、频率和电源质量的适当控制；保障方案和调整；监察、信息交换和控制；区域及将要被孤岛化的本地电力系统的负荷要求。

分布式电源孤岛系统的运行程序也非常重要。设计程序时须进行多个假设性分析，如：异相位重新连接的风险；电压和频率差可能导致的设备损坏；系统复杂性升级将导致区域电力系统可靠性降低；公众、应急人员和操作人员的安全问题；以及潜在的电源质量下降的问题。

在一个分布式电源孤岛系统的规划过程中，要解决一系列信息和工程问题需要经过一段很长的时间。现场勘测是必须要事先进行的，微电网中的所有负荷、分布式电源，以及连接的电力系统都要经过统计清算。系统中电容器组合、电压调节设备、电抗器、防护和分区设备以及变压器的位置、尺寸和配置等也需要了解清楚。

设计分布式电源孤岛系统时，需要重点考量的因素还有该微电网中的负荷在合理运行状态的特性和需求；另外则是分布式电源的特性、使用的能源，以及在完全停电后独立恢复的黑启动能力；再就是整个孤岛系统的黑启动能力、承受非正常电压和频率穿越能力等。对于微电网所要连接到的区域和本地电力系统的参数（如系统接地、故障水平电源抗阻、抗阻模式、电压调节、防护方案和自动化方案）也要纳入考量范围。

当然即使规划最严密的系统也无法排除出现事故或超负荷的可能性。因此在规划中必须包含一套用电限制方案，限定临界和非临界负荷量。风能、太阳能等新能源的特点决定了它们更适合进行分布式供电，因此，微电网系统对于新能源的并网和利用是非常重要的。设计合理的微电网系统融合在智能电网中，将会给电网结构带来巨大变化，成为未来智能电网实现高效、环保、优质供电的一个重要手段。