泛在电力物联网环境下微网的发展方向程紫玉

泛在电力物联网环境下微网的发展方向程紫玉

程紫玉

国网太原供电公司山西太原030000

摘要：目前，我国的电力发展十分迅速，国家电网有限公司2019年1号文件提出推动电网与互联网深度融合，着力构建能源互联网，并于2019年3月8日做出全面建设泛在电力物联网的战略部署。微网作为能源互联网的“有机细胞”，是能源互联网中能源流的主要载体；泛在电力物联网属于能源互联网的重要组成部分，是能源互联网中数据流的主要载体。在新形势下，如何借助泛在电力物联网的建设，实现微网的新发展，实现能源流和数据流的双向流通，对于支撑“公司、区域、园区”三级智慧能源服务体系建设具有重要的战略意义。

关键词：泛在电力物联网；环境；微网；发展方向

引言

一个多世纪之前的那一场交之战(Warofcurrents1)，以特斯拉为代表的西屋(Westinghouse)公司完胜爱迪生及其供电系统。特斯拉发明的交流系统通过变压器升压，实现了远距离输电，奠定了今天交流电力系统的主导地位。爱迪生当初的系统，其实就是今天不含可再生能源的微网，其供电半径只是一公里左右，受制于当时无法升压的现实。随着电子技术的日益成熟和广泛应用，我们的日常生活已离不开电子设备。电视、电话、计算机等电子设备成为今天不可或缺的生活必需品。然而，电子设备的工作离不开电源。晶体管、集成电路正常工作都需经交流(220V/110V)转换成电源供电。电能的多程交转换所产生的损耗，是目前构成配网网损的最大占比。我国能源正向清洁可再生能源转型。电动汽车的优先发展政策，充电基础设施的建设与规划，分布式光伏发电的推出，是清洁替代、电能替代、社会可持续发展的需要。国家能源局十三五规划强调配网改造建设，投资超2万亿以全面加快配网现代化建设。南方电网将在2020年实现非化石能源占一次能源比重的27%，装机占比达50%。直面可再生能源特有的间歇性，分散性和不稳定性，提升电网对可再生能源的就地消纳能力，确保电网的安全稳定可靠运行，是目前两个转型、节能环保所面临的严重挑战。

1智能微网技术发展现状

智能微电网是微型配电系统走向智能化的一种发展模式，通过植入智能化的模块系统，可对能量、负荷以及微能源进行独立的管理。智能微电网的发展是在信息通信技术发展的基础上应运而生的，通过信息技术和通信技术的集成应用，可实现对电力系统中发电、用电、配电及电力输送等各个环节的智能化信息交流和管理，提高电力生产、调节及输送系统的优化。面对电力需求的激增以及能源的日益短缺，智能化微网技术发展前景十分广阔。目前，结合分布式光伏发电技术，智能微网发展主要有三种模式：其一为园区模式，此种模式主要针对工业园区、大学城等用电群体相对集中的地区，通过安装光伏太阳能面板，结合智能微网管理，为园区提供电力保障；其二为农村模式，农村居民生产生活也较为集中，对于山区、高原等偏远地区，利用分布式光伏发电站可有效解决农村用电问题，如在我国西沙群岛建立光伏发电站，利用智能微网管理，满足岛内居民用电绰绰有余，十分便利；其三是城市模式，主要针对城市中的大型商场、居民小区、大型写字楼、医院等用电量大且较为集中的用户用电，在周边建立微网管理系统，满足该区域的用电管理和电力需求。

2泛在电力物联网环境下微网的发展方向

2.1综合能源微网的发展

城市能源供求体系呈现多元化、复杂化发展态势，传统的单向、孤立的能源服务模式已不能适应城市可持续发展需求。在此背景下，通过对既有能源供应系统（如供电、供气、供冷、供热等）进行整体协调、配合和优化，综合能源系统应运而生。综合能源系统与分布式能源系统的耦合，将进一步促进多源—多网—多荷互联共融的“综合能源微网”理念的形成与发展。综合能源微网是以分布式能源产消者为节点，以电、气、冷、热能源网络为纽带，连接能源生产、输配、储存和使用等诸环节而形成的多元、立体的能源互联网系统。新时期，随着“大云物移智”、区块链、边缘计算等信息通信技术的应用，综合能源微网作为能源互联网的关键节点，其运行模式和业务内涵将不断延伸。借助泛在电力物联网平台打造新型区域综合能源微网，提高可再生能源比重，促进能源结构转型，提高能源综合利用效率，提升能源综合价值，转变经济增长方式，带动产业升级，利于国家推进能源改革。从供能体系来看，综合能源微网体现了一种互通、互动、互助的立体能源解决方案。横向多能互补、多户共享、互为备份；纵向源、网、荷、储一体，相互协调。源可以是基于化石能源的冷热电联供，也可以是太阳能、风能等可再生能源；网包括电网、热网、气网等；荷包括电力负荷、热力负荷等；储包括蓄电、蓄热、蓄冷等。

2.2微网储能系统

微网有并网和孤网两种运行模式，储能系统在微网在两种运行模式中都非常重要。分布式能源的接入形式有：逆变器接入系统，如电池组、燃料电池、光伏电池、风力发电机；并连接如配电网系统，常用语削峰、紧急功率支撑、主力供电，需要与系统同步。当微网处于并网模式时，对于大电网来说，直流微网相当于一个可控负荷或电源，保证不对电网产生负面影响，甚至为大电网提供支持。储能系统可以平抑微网内功率波动，这些波动主要由于分布式电源和负荷投切所造成。使微网成为一个稳定的负荷或电源。当微网处于孤网模式时，储能系统应成为微网的主电源支撑微网母线电压，保证微网内重要负荷的供电。储能装置的种类有很多种，不同的储能装置在工作性能上也不同，需要根据具体的应用选择合适的储能装置。常用储能技术有：超级电容储能、飞轮储能、蓄电池储能等。

2.3微网与泛在电力物理网的融合发展

“微网+泛在电力物理网”是典型的多维复杂信息物理系统，其一系列更高层次能源服务的提供离不开信息通信技术与所依附能源系统的深度融合。未来继续强化信息通信技术与能源技术，尤其是电力技术的深度融合，同时沿信息和电气两条主线探索新技术新功能，打通信息化孤岛，建设连接所有电力设备、电力运行人员、发电商与用户的开放、共享的网络平台，提供端对端即时信息交互服务，优化微网运行模式，实现微网供能智能化、灵活化、高效化。随着新能源、智能电网技术、泛在电力物理网技术等的发展，微网将具备如下新特征——微网将满足多种能源综合利用需求并面临更多新问题。大量的入户式单相光伏、小型风机、冷热电三联供、电动汽车、蓄电池、氢能等家庭式分布式电源、大量柔性电力电子装置的出现将进一步增加微网的复杂性；屋顶电站、电动汽车充放电、智能用电楼宇和智能家居带来微网形式的灵活多样化、多种微电源响应时间的协调问题；微网配置分布式电源/储能接口标准化问题、微网建设环境评价等都将成为未来微网研究的新问题。

结语

微网将承载信息和能源双重功能。未来智能配网、泛在电力物联网业务需求会对微网提出更高要求，微网靠近负荷和用户，与社会的生产和生活息息相关。以家庭、办公室建筑等为单位的灵活发电和配用电终端、企业、电动汽车充电站以及物流等将在微网中相互影响，分享信息资源。承载信息和能源双重功能的微网，使得可再生能源能够通过对等网络的方式分享彼此的能源和信息。

参考文献

[1] 张永明，丁宝，傅卫东. 基于直流配电与直流微网的电气节能研究[J]. 电工技术学报, 2015, 30(1): 39-42.

[2] 范元亮. 微网发电技术若干问题研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2012.