一個個分布式電源和微網(wǎng)就像是一匹匹自由奔騰的烈馬。而接入控制技術(shù)就像是給烈馬套上了籠頭。

      1月中旬的河北承德圍場御道口村，農(nóng)戶院子前一個個小風機在旋轉(zhuǎn)，屋頂上一排排光伏面板吸納著冬天的陽光。自從去年12月16日順利通過華北電網(wǎng)公司組織的工程驗收，國網(wǎng)電科院研制建設的“分布式發(fā)電/儲能及微電網(wǎng)接入控制試點工程”已經(jīng)安全穩(wěn)定運行一個月了。時近春節(jié)，國網(wǎng)電科院的研發(fā)人員還在開始忙著對現(xiàn)場運行結(jié)果進行分析，對各種運行控制策略進行試驗。

       能源棋局亟待破解

       承德項目是國家電網(wǎng)公司2011年智能電網(wǎng)第三批試點項目，是國內(nèi)第一個對分布式清潔能源發(fā)電進行并網(wǎng)接入控制的項目，也是農(nóng)網(wǎng)智能化建設領(lǐng)域內(nèi)的首個微電網(wǎng)項目。

       這個當年立項、當年設計、當年研制建成并通過驗收的項目，成為分布式發(fā)電及微電網(wǎng)建設的宏偉藍圖的精彩起筆。同時，該項目在分布式清潔能源發(fā)電及并網(wǎng)接入控制及有序管理、微電網(wǎng)與農(nóng)網(wǎng)的協(xié)調(diào)運行管理以及關(guān)鍵設備研制等方面取得了多項技術(shù)突破，成為科研成果實現(xiàn)工程化應用的又一個成功范例。

       國內(nèi)外電力專家常常把微電網(wǎng)比喻成利用綠色能源破解能源棋局的一步“活棋”。作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，智能微電網(wǎng)的核心作用是充分消納清潔能源，促進節(jié)能減排，對于我國實現(xiàn)能源優(yōu)化配置，提高用電效率，推進低碳經(jīng)濟等具有積極的意義。

       智能微電網(wǎng)的接入控制技術(shù)將分布式發(fā)電與強大的電網(wǎng)結(jié)合了起來，但分布式發(fā)電并網(wǎng)的綠色之路并不平坦。分布式發(fā)電/儲能及微電網(wǎng)的大量、高滲透率接入電網(wǎng)，既面臨著自身穩(wěn)定性的問題，同時改變了傳統(tǒng)配電網(wǎng)功率單向流動的現(xiàn)實，將大大增加配電網(wǎng)調(diào)度與運行管理的復雜性。由于難以對眾多的分布式電源進行控制，停電檢修計劃安排的難度增加，配電網(wǎng)施工安全風險加大。

       對分布式發(fā)電/儲能及微電網(wǎng)接入控制技術(shù)開展超前研究與探索勢在必行。只有給眾多“不聽話”的小烈馬套上龍頭，才能更好發(fā)展智能電網(wǎng)和微電網(wǎng)。

      “麻雀雖小，五臟俱全”——這是眾多專家對微網(wǎng)公認的評價。承德項目包含村莊集中供電和單戶獨立供電兩種模式，其中村莊模式微電網(wǎng)由50kW光伏發(fā)電、60kW風力發(fā)電、80kW/128kWh鋰電池儲能系統(tǒng)以及60kW農(nóng)家樂村莊負荷組成，清潔能源發(fā)電量占用電負荷80%以上，平時主要工作在并網(wǎng)運行模式，大電網(wǎng)故障時可以切換為離網(wǎng)運行模式。

       微網(wǎng)雖小，但要對它進行高效控制卻難度很大。它涉及包括風電、光伏等分布式發(fā)電單元、儲能和控制裝置，以及保護、測控、配網(wǎng)等多個技術(shù)領(lǐng)域。而在分布式發(fā)電及微網(wǎng)運行控制技術(shù)、微網(wǎng)保護技術(shù)、微網(wǎng)接入控制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)基本處于空白狀態(tài)，即使在國外也鮮有應用。

       憑借在保護、控制、電能質(zhì)量監(jiān)測、清潔能源功率預測等領(lǐng)域多年來深厚的技術(shù)積累，國網(wǎng)電科院的科技工作者們開始攀登集成創(chuàng)新的技術(shù)高峰。“那段時間，我們帶著攻關(guān)小組到高校尋求理論支持，查閱國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)資料，組織開展了多次技術(shù)考察和交流。”國電南瑞配電/農(nóng)電公司總經(jīng)理、項目負責人沈浩東說。

       攻克微網(wǎng)控制技術(shù)

       沒有現(xiàn)成仿真系統(tǒng)，自己編程模擬；沒有試驗條件，就在現(xiàn)場自己搭建。從冬到秋，經(jīng)過全體項目組成員的艱苦努力，終于克服了一個又一個困難，攻克了一個又一個技術(shù)難題，風機系統(tǒng)調(diào)試成功，光伏系統(tǒng)調(diào)試成功，儲能系統(tǒng)調(diào)試成功，控制器開發(fā)成功，控制策略調(diào)試成功，微網(wǎng)保護裝置開發(fā)成功，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)成功……2011年8月20日，整套系統(tǒng)順利通過168小時帶功率實際測試，各項功能和性能指標均達到設計要求。

       微型化、自平衡、清潔高效，是微電網(wǎng)的三個重要特征。國網(wǎng)電科院研發(fā)的具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的微電網(wǎng)運行控制系統(tǒng)，集微電網(wǎng)的運行控制、能量管理、發(fā)電預測、負荷管理、協(xié)調(diào)調(diào)度等功能于一體，在國內(nèi)率先實現(xiàn)微電網(wǎng)安全可靠經(jīng)濟運行。同時還研制成功了電能質(zhì)量監(jiān)測及治理裝置，可實現(xiàn)對微電網(wǎng)電能質(zhì)量的動態(tài)監(jiān)測及在線補償。

       在系統(tǒng)測控技術(shù)方面，攻關(guān)團隊創(chuàng)造性的將保證大電網(wǎng)安全穩(wěn)定的同步相量監(jiān)測技術(shù)應用于微電網(wǎng)，實現(xiàn)微電網(wǎng)的動態(tài)及暫態(tài)運行的全景監(jiān)測、記錄及綜合分析，為微電網(wǎng)的優(yōu)化配置及參數(shù)校核提供了有力支撐。

       微網(wǎng)在實現(xiàn)自身穩(wěn)定運行的同時，還需要能支撐并網(wǎng)運行，要能接受主網(wǎng)的有序管理及接入控制，因此，微電網(wǎng)接入控制系統(tǒng)是必須啃的“硬骨頭”。

      “這是國內(nèi)首套具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的分布式發(fā)電/儲能及微電網(wǎng)接入控制系統(tǒng)，這一系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對微網(wǎng)的定功率控制，保證微網(wǎng)安全并入配電網(wǎng)。”項目主要研制人杜紅衛(wèi)博士向記者介紹。

      “國內(nèi)外很多專家學者對微網(wǎng)保護機理眾說紛紜，有說微網(wǎng)保護可能很簡單，也有說微網(wǎng)保護很復雜。要知道梨子的滋味就得自己嘗一嘗。經(jīng)過艱苦攻關(guān)，我們對微電網(wǎng)內(nèi)各種保護原理、實現(xiàn)方式、協(xié)調(diào)配合等方面的研究也取得了重大突破，形成了完整的微電網(wǎng)整體監(jiān)測保護方案，研制了微電網(wǎng)保護裝置、微電網(wǎng)監(jiān)測裝置及分布式電源智能終端等關(guān)鍵設備。”微網(wǎng)專家孫國城說。

       在電池儲能系統(tǒng)領(lǐng)域，國網(wǎng)電科院清潔能源發(fā)電研究所依托江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化項目——“太陽能發(fā)電和風力發(fā)電大容量儲能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)”，攻克了電池儲能系統(tǒng)并網(wǎng)充放電控制、離網(wǎng)黑啟動、離網(wǎng)電壓頻率控制、并/離網(wǎng)平滑切換等核心控制技術(shù)，并在現(xiàn)場試運行中較好地解決了風電/光伏發(fā)電的功率波動性問題，實現(xiàn)了重大技術(shù)突破。

       根據(jù)沈浩東介紹，該項目的順利實施，其意義不僅在于分布式發(fā)電及微網(wǎng)接入控制技術(shù)的研究，同時對于探索解決邊遠農(nóng)村的供電問題也提供了一個新的思路，可謂一舉兩得。因為邊遠農(nóng)村往往供電區(qū)域分散，處于供電網(wǎng)末端，同時光伏、風電、秸稈、沼氣等分布式發(fā)電資源豐富，通過智能微電網(wǎng)的建設，對于解決邊遠地區(qū)的供電難題，提高電能質(zhì)量有著重要意義。

      “隨著國家大力支持可再生能源的開發(fā)利用，未來的城市配電網(wǎng)也將面臨大量分布式發(fā)電的并網(wǎng)接入需求。目前國電南瑞依托這一課題所取得的技術(shù)成果，已分別在南京、杭州、青島等城市配電網(wǎng)項目中開展了分布式電源的接入控制管理應用。我們相信這一市場具有廣闊的應用前景。”沈浩東說。