关于微电网在新农村建设中应用的探讨

聂光辉 宋学贤 王科敏 杨 帆 谈宏华

(武汉工程大学，湖北 武汉 430000)

1 微电网的内涵

2001年美国颁布IEEE_1547/D08“关于分布式电源与电力系统互联的标准草案”，并通过有关法令让部分分布式发电系统上网运行，其中对分布式能源的并网标准作出规定:当电力系统发生故障时，分布式电源必须马上退出运行，这就限制了分布式能源效能的充分发挥。目前配电系统所具有的无源辐射状运行结构以及能量流动的单向、单路径特征，使得分布式发电必须以负荷形式并入和运行，即发电量必须小于安装地用户负荷，导致分布式发电能力在结构上就受到极大限制。

近年来，随着新型技术的应用，尤其是电力电子接口和现代控制理论的发展，微电网的概念出现并从理论发展到实践。对于微电网的定义各国不尽相同、各具特点，结合我国电力系统发展现状及趋势，充分利用风、光等资源在时间上的互补性，并与储能系统及其他发电系统结合组成的微电网系统是一种有效的途径。将额定功率为几十千瓦的发电单元、负荷、储能装置及控制装置等结合，形成一个单一可控的单元，同时可向用户供给电能和热能，这样的电网称为微电网。微网技术将逐步成为未来分布式发电供能系统集成技术的核心，也是分布式发电大规模工业化应用关键。它是一种基于传统电源的较大规模的独立系统;在微电网内部通过电源和负荷的可控性，在充分满足用户对电能质量和供电安全要求的基础上，实现微电网的并网运行或独立运行;微电网对外表现为一个整体单元，并且可以平滑并入主网运行。

2 微电网研究和发展的与新农村建设的联系

从我国城镇化进程中看，城镇化的步伐需要和经济发展水平相适应，目前新农村建设可以认为我国对农村进行城镇化过程中的一个过渡，在这个过程中必然会引起对基础设施建设的需求，这也是新农村建设的属性体现，从其发展的本质、技术特点上、我国能源发展战略上讲，微电网在新农村建设过程中应用都是能够较好的迎合新农村建设对基础建设的需求。

(1)从微电网的发展本质上，微电网的建设就是为了解决分布式能源效能发挥不足的问题，以光能、风能为主的微电网利用的是可再生资源的光能、风能，其设计是本着增强电网的供电可靠性和未来的经济效益、社会效益来考虑的。在新农村建设过程中应用能够提高农村电网供电可靠性，是以人为本在农村电网发展中的体现。对可再生资源的利用的高度接纳，对优质生活的进一步追求。这些都是新农村建设的本质属性。

(2)从微电网的技术特点上讲，微电网就近负荷进行设计、安装、建设，对大电网的冲击必然会减少，微电网可控的特点是有利于大电网的稳定的;同时建设环境友好型的新农村从技术上来讲也需要以光能、风能等清洁能源为主的微电网的技术接入实践。

(3)从我国的能源发展战略上讲，节能减排和新能源的利用是我国未来能源政策的出发点和落脚点，发展微电网必然对建设空间的需求，我国土地资源人均匮乏，如果再大面积的占有其他土地，可能加剧土地资源紧张。在广大的新农村建设里充分可以利用屋顶的空间上优势和新农村建设过程中的新设施等政策上优势发展以新能源为主的微电网研究和建设。政府在新农村建设对相关的新型电力利用、太阳能热水器等行业产品的财政补贴对于以光能、风能为主的微电网的发展是个战略机遇。

3 微电网在新农村建设中的应用面临的问题

微电网作为新的技术理论在我国经历了多年的研究，但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。新农村建设由于地域经济发展等不平衡性，各地的新农村建设的速度和程度差异性各大，但同一地方的新农村建设的房舍规格基本还是一致的，这是政策导向下大规模建设的必然结果。微电网在新农村建设中的应用面临的问题主要有以下几种情况:

(1)从主观上讲，对于微电网的技术以及前景缺乏信心，即使是从事微电网研究的人员对于微电网的成本问题也抱有一种忧虑。

(2)从客观上讲，微电网的成本投入较大，关于投入和产出短期看面临的考验还是必须严重的，需要国家在财政方面给予补贴。

(3)从现实政策上讲，目前微电网处于实验室或工程示范阶段，国家并没有针对微电网大规模的应用进行补贴的政策。

(4)从标准上讲，国家没有关于微电网的统一标准，在标准制定表现出了一种滞后。

4 微电网在新农村建设中的应用的关键技术问题

微电网在保护技术上与传统电网有着很大的不同，同时系统的运行与维护必须结合新农村建设中的实际因素综合考虑，微电网本身以及在新农村建设中的应用突出表现为以下几个关键技术问题:

(1)微电网的运行

微电网相对于外部电网有并网运行和孤网运行运行模式，如何调整控制策略使微电网在两种状态下实现平滑的过渡和转换是微电网的运行的关键技术。研究结果表明，基于电力电子接口的分布式发电系统以及储能元件可以确保微电网运行模式转化的平滑性，减少孤网运行时暂态影响并保证功角稳定性和电压质量。

(2)微电网的控制

微电网的运行控制应该能够基于本地信息对电网中的信息作出快速、独立的响应，当微电网内出现电压跌落、故障、停电等问题时，微型分布式发电系统应该利用本地信息自动有效地转换到独立运行方式，不再接受传统方式的统一调度。一般来说，微电网控制的主要目标是:调节微电网内的馈线潮流，对无功和有功进行独立解耦控制;调节每个微型电源接口处的电压，保证电压的稳定性;孤网运行时，确保每个微型电源能快速的响应，分担用户负荷;根据故障情况或是系统需要，平滑自主地实现与主网分离、并列或是两者的过渡转化。

(3)微电网的保护技术

微电网的保护与传统保护方式有着本质上的不同:潮流的双向流通;微电网在并网和孤网运行两种情况下，由于馈线上分布着多个分布式发电系统，短路电流大小有很大不同。因此如何在两种情况下快速感知主网的故障，同时保证保护的选择性、快速性、可靠性与灵敏性，是微电网保护技术的关键和难点。

(4)微电网的维护

微电网在新农村建设中应用必然针对新农村为目标客户群，其维护须考虑到当地的气候、温度、湿度以及其他环境因素和人为因素，在新农村建设的过程中，很多基础设施由于当地的保护意识或者其他因素遭到了破坏，对于基于新农村的微电网的各种组件的维护是至关重要的。

(5)对安全的信息交互的需求

信息交互不仅仅是微电网的关键技术，而且也是智能电网中亟待解决的问题，信息交互的能力和安全最为关键。这需要构建一致的电子传输协议和标准框架。我国目前微电网的工程示范项目并没有针对特定场所，在真正应用中将面临众多问题，最为关键的技术问题之一就是信息交互的安全性。

5 结论

微电网技术将成为未来分布式发电供能系统集成技术的核心，这是不争的事实。我国目前关于微电网的研究获得了技术上的突破，可以预见随着实验室和工程示范阶段的成熟，大规模的工业化应用将会逐渐提上日程，从微电网的建设用地、需求的政策等方面看，新农村建设本身具备着吸收微电网应用的特点，如果能将微电网的研究与应用能够和新农村建设有机结合起来，将是技术、人文双赢的结果。当然，在不久的将来，我们也将能够看到更多的应用到工厂、城市大型建筑上的微电网。

［1］张建华，黄伟.微电网运行控制与保护技术［M］.北京:中国电力出版社，2010.7

［2］周渝慧.智能电网:21世纪国际能源新战略［M］.北京:清华大学出版社;北京交通大学出版社，2009.10

［3］何光宇，孙英云.智能电网基础［M］.北京:中国电力出版社，2010

［4］张学松，我国微电网发展需关注的几个问题［EB/ OL］.国家电网公司www.sgcc.com.cn