分布式发电和直流微电网

分布式发电和直流微电网

摘要本文围绕分布式发电和直流微电网两个中心，介绍了分布式发电和直流微电网的由来和特点，参考其他文献对直流微电网的系统结构进行了简要的分析，发现直流微电网在发展过程中存在的问题，并对二者的发展前景进行预测。

关键词分布式发电直流微电网发展状况结构

引言随着全球经济的快速发展，各行各业对电能的需求与日俱增，伴随电气领域符合需求的不断攀升以及化石燃料数量的减少，对新能源的开发和利用迫在眉睫。发展可再生能源一直是各国关注的重点问题，随着相关政策的出台，可再生能源的分布式发电建设正在进行，但在发展过程中还存在诸多问题亟待解决。

1分布式发电与微电网的关系

1.1 分布式发电的由来

传统的电网是经过发电、输电、配电三个主要环节，将电能从发电厂输送到用户的单向流动。现代电网为了提高经济效益，大力发展新能源，而新能源发电需要与传统发电并网运行，目前并网点一般是在配电环节，这是因为新能源发电与传统发电之间存在着发电容量和电压等级的差异。要顺利实现配电环节的并网，必须要改变配电网的运行方式，将电源嵌入配电网中去，这就是分布式发电的含义。

1.2 微电网的由来

由于现代电力需求和资源的分布比较分散，使得分布式发电的建设也具备

了灵活分散的特点，分布式发电这一举措充分利用现有的电网设施，大大减少了电网升级建设的成本，但分布式发电受到诸多客观原因如成本高、不确定性强等影响，发电效能无法充分发挥出来，对新能源的利用发展产生不良影响，为了解决这一难题，提出了微电网的概念。微电网将分布式电源、储能、负荷及电力电子装置有机结合，形成自愈性强的可控发用电系统。与主网不同，微电网独立形成一个具备高可控性的模块单元，在大电网的总体结构中，起着电力补充的作用．当大电网出现故障时，为电网重要负载提供可靠的高质量电能。

1.3 直流微电网的优势

相比于传统交流电网，直流微电网在新能源利用和负荷承载方面拥有明显的优势，首先直流微电网是在大电网的总体结构中，起着电力补充的作用，以新能源发电电能为主体进行有效补充，直流所发的电能如果要并入交流配电网，就必须经过升压和逆变两个过程。若直接接入直流微电网则会方便得多，大大节省了逆变环节的资源消耗。

近年来，直流家电逐渐进入我国家电市场，可预见直流家电所占的市场份额将会越来越大。直流微电网建设不但可以有效降低家用电器的耗能，而且能够减少所有整流环节的成本。

此外线路成本低、输电能力强，直流微电网具有更高的转化效率，在电网的整体运行中，直流微电网也不需要专门对其电压的相位和频率进行跟踪，大大提高系统的可控性和可靠性，同时符合节能要求。

2直流微电网系统结构

在国内电气领域中，对微电网的边界拟定有明确的要求: 电压等级在35kV 及以下，包含35kV、20kV、10kV和400V四种。直流微电网系统结构简图如图1所示。

图 1 直流微电网结构图

3 直流用电设备与直流保护设备

直流微电网的建设发展离不开直流用电设备和直流保护设备的研发推广，在进行电网的对接时，必须选择合理的用电设备及保护设备，若用电设备和保护设备不合理容易将电网拓扑的结构复杂化，导致供电能力下降，供电状况恶化。

3.1 直流用电设备的分类

根据用户的用电性质，一般将用电设备分为一般商业用电，农业生产用电，工业用电和居民生活用电。由于直流电网的诸多优势，越来越多的用电设备开始采用直流供电。不同用电用户的用电设备举例见下表。

表1 不同用电用户的用电设备举例

用户用电设备名称

商业电子天秤、点钞机、直流电焊机、直流鼓风机等

农业直流水泵、收割机、直流喷雾机等

工业直流弧焊机、直流电弧炉、电解电镀等

居民变频空调、电视机、微波炉、笔记本电脑等

从表1可以看出，直流用电设备的使用已经遍布各行各业；其中居民生活中的直流用电设备的种类及数量最多，农业直流设备较少。在目前的家电市场中，直流家电系列产品在节能环保方面有明显的优势，符合建设低碳社会的原则要求，得到了政府的大力支持。直流家电的市场份额正不断增加，直流民宅的新时代即将到来。

3.2 直流保护设备的分类

电网的安全运行关系到各行各业的发展和人们的日常生活，直流微电网的建设和发展与直流保护设备的推广应该同步进行。直流保护设备相对于传统保护设备的优势在于：直流保护设备的开关可出现电力故障时自动处理，避免由于局部故障而引发的大面积停电; 直流保护设备可以防止雷电和用电高峰产生的高电压损害电源系统。与传统交流电相比，直流电在时间上没有过零点，分断比较困难。因此在直流开关设计环节，需要解决如何加速断开故障时直流电所产生的电弧问题。下表是对市场上部分品牌公司生产的低压直流断路器和低压直流接触器的简单统计。

表2 直流断路器的型号及参数

表3 直流接触器的型号及参数

4直流微电网的协调控制

直流微电网中，一般是通过对直流母线电压的检测控制来对电网功率进行监测。首先要对各个微电源设置合理的阀值，进而对控制分布式电源发电的优先级进行设置，实现对对各微电源的协调控制，达到稳定直流母线电压的目的。

以储能电池的充放电控制为例分析下垂控制方式，储能充放电的控制结构图如图2所示：

图2 储能充放电控制结构图

假设U dc是输出电压值，U

n 是储能参考值，I

O

是输出电流值，则

公式中的k——储能控制的电压下垂系数

公式中的△U——储能电池阀值间变化量

U dc.min——电压等级最小值

P——额定功率

先对U

dc

进行追踪，用其最小值与额定功率P作商，得出k的大概取值；再

由母线电压U

n 得出输出的电流值与参考电流值I

n

进行对比，进而改变输出功

率。各微电源下垂系数不同，在统一电压等级下，接口变换处输出的电流值不同，进而协调各微电源接口变换器的输出功率。

5 直流微电网存在的问题及发展

尽管直流微电网的建设发展很快，但仍旧存在很多不足。并未制定出台统一的直流电压标准，国内外对分布式发电和微电网的研究方向很多，但大多集中在低压直流微电网，高压直流微电网的研究和应用却比较少，这一现象主要是因为低压直流的实用性高，难度较低；分布式发电主要集中在风能、太阳能发电，而水能、可燃冰等能源未能协调利用；微电网的模型建立过于理论化，与实际存在差异。部分中小城市对微电网的建设缺少相关的规范和经验，照搬照抄大城市的经验而造成不必要的损失。

结束语