微电网关键技术发展现状综述

微电网关键技术发展现状综述

毛盾

汉口学院     430212

摘要:微电网作为电力系统的重要组成部分,其关键技术发展对电网转型至关重要。文章从发电技术、能量管理技术、电气设备技术三个方面分析微电网关键技术发展现状。发电技术方面,可再生能源发电与储能技术获得长足发展;能量管理技术方面,微电网能量管理系统框架逐步完善,管理模式日趋智能化;电气设备技术方面,电力电子设备技术突破和新型变电设备研发取得重大进展。未来,可再生能源成为微电网发电的主要来源,能量管理系统实现全时全过程智能运营,电力电子技术与新型电气设备加速普及,微电网技术整体水平大幅提升。

关键词:微电网;可再生能源;智能化;电力电子技术;新型电气设备 

随着低碳、环保理念的深入人心以及电力系统转型与升级的需要,微电网技术成为国际能源互联网研究的热点之一。本文分析微电网关键技术发展现状,总结技术应用趋势,为微电网后续发展规划提供参考。
一、发电技术方面

(一)可再生能源发电技术成为微电网发电的主要方式 

微电网以分布式可再生能源为主要电源,以光伏发电和风电技术为代表。光伏发电单元效率和稳定性大幅提高,成本显著下降,并网技术成熟,已实现大规模并网。风电机组容量增加到兆瓦级,功率系数提高30%以上,可靠性大幅增强,并网问题得到很好解决。可再生能源发电成本在逐年下降,是微电网最重要的发电选择。

今后,可再生能源将成为微电网发电的主力。发电结构将由火电主导转变为风光互补,可再生能源渗透率超过50%。这要求不断提高单台容量和系统效率,优化并网控制策略,加强电能质量管理,构建新型发电结构和运营模式。风光互补发电成为推动电网脱碳和产业转型的有力抓手。

未来,可再生能源技术创新与提升将不断超出预期。光伏与风电相结合、海洋能开发起来,再生能源将成为微电网发电的绝对主导。这将彻底改变电网的发电结构与运行模式,带来深远影响。可再生能源与储能的深度融合,将成为实现高渗透并稳定运行的重要保障。

(二)储能技术不断优化,与可再生能源深度融合  

储能技术是实现可再生能源高比例并网的关键,微电网常用的储能方式有抽蓄储能、电化学储能和超级电容等。抽蓄储能规模大但效率及循环寿命有限;电池储能密度高,效率较高,但投资大;超级电容响应迅速但密度低。

储能技术在不断创新,超级电容和锂电池等相结合,提高动态响应和储能密度。规模化储能成本下降,储能装置将不断扩大,与风电、光伏实现深度协同,为微电网提供有效载荷,实现平滑输出,是未来发展主流。

储能技术发展将与可再生能源深度融合,超级电容解决快速响应,电池解决大容量存储,抽蓄能解决长周期需求。多种储能相结合,优化其匹配与控制,将极大提高可再生能源系统稳定性,实现更高渗透率。这需要加大对储能装置及其系统集成的技术创新与推广应用。

储能技术的发展与优化,是实现可再生能源高渗透的重要前提。它将彻底改变电网运行模式,实现电力高质量供应,成为能源体系转型的关键支撑。这需要推动相关政策出台,加大投入力度,实现规模化应用。

二、能量管理技术方面

(一)微电网能量管理系统框架日益完善

微电网能量管理系统要实现多源协调与优化控制,框架日趋完善。包括信息采集层、通信层、主控层、执行层等。信息采集层采集各源发电与负荷数据;通信层将信息传输至主控中心;主控层根据预设置算法与模型进行计算与决策;执行层将控制指令发送至各设备。

系统框架进一步加强微电网多能互联互通功能。实现风光等多种发电与不同区域负荷的协调控制,快速响应并自适应多种运行方式。这需要进一步加强对系统拓扑结构与运行机制的研究,构建支持多种微电网互联与交互的系统架构,实现更大范围内的协同与优化。

(二)管理模式加速智能化,实现全时全过程智能调度

微电网管理模式正加速向智能化演变。传统的规则控制与手动调度模式无法适应复杂多变的运行情况。人工智能、大数据与云计算技术使微电网实现全时全过程智能监控、预测控制与优化调度。

基于大数据分析的预测算法可以预测各类负荷变化和可再生能源输出,人工智能实现自动辨识与自适应控制。云计算平台整合信息实现高效运算与控制,人机协作管理模式逐步形成。这将最大限度减少人工干预,提高系统自动化与灵活性,实现精细化管理与动态优化,大幅降低系统运营成本。

未来,人工智能将深度介入微电网管理与控制。实现场景感知、异常检测与自动修复,实施精准预测与最优控制,人机高度协作,管理方式实现自主化演变。这需要加强数据采集与算法创新,云计算与人工智能深度融合,构建自主管理与控制体系,实现“无人值守”运维,为实现微电网智能化提供有力支撑。

微电网的智能化管理是实现其规模化发展的必然选择。它将彻底改变电网的管理模式,实现全自动化、低成本、高质量运行,为构建新型能源系统奠定基础。这是推动电网变革的重要抓手,也是行业实现数字化转型的重要方向。

三、电气设备技术方面

(一)电力电子技术突破实现可再生能源并网与系统互操作

电力电子技术为可再生能源并网运行提供关键支撑,实现微电网系统互联互通。当前电力电子设备效率提高,响应速度加快,成本不断下降。这为可再生能源并网与微电网互联创造条件。

风电机组采用异步变频控制,逆变器实现产生高功率与高电压,并具有低电能损耗等特点。光伏逆变器采用高频隔离并具有追踪MPPT最大功率点控制功能,稳定并网运行。在微电网互联中,变频器与柔性直流输电相结合,实现不同电压等级和频率的系统互联互通。

未来,电力电子技术将实现新一代可再生能源并网与微电网深度融合。光伏与风电一体化与储能深度融合并网将成主流,电力电子设备将具有更高功率密度和响应灵敏度,电能质量控制水平显著提高,微电网互联实现简单高效。这需要加大对新型电力电子设备与控制技术的研发投入力度。

电力电子技术的发展为新型电网与新能源系统提供关键支撑,推动电力生产运营方式变革,实现能源体系深度融合与优化重构。这是行业实现低碳转型的重要技术手段,也是构建智能电网的关键要素。

(二)新型变电设备加速开发,提高微电网运行灵活性

微电网需要新型变电设备提高系统灵活性与可靠性。微电网用智能开关、微型断路器和新型变压器等方兴未艾。智能开关和微型断路器体积小、响应迅速、可实现远程监控,适合微电网分布式应用。新型变压器高效节能,智能化程度高,容量小等特征适合微电网。

未来,新型变电设备将快速普及。智能开关与微型断路器将实现广泛应用,在线监测与故障预测功能进一步增强;新型变压器实现高功率密度,智能化程度进一步提高,成套设备开发推广;新型电气产品将实现规模化定制与应用,显著提高微电网灵活性、可靠性与经济性。 

新型电气设备是构建新一代电网的关键要素,其开发与应用将彻底改变电网的基础设施,提高系统智能化与灵活性,实现简单化运维与管理。这是推动产业变革的重要抓手,需要统筹规划和政策支持,实现关键设备研发与产业培育。电气设备技术创新,将带来广泛影响,推动相关产业高质量发展。

结论

微电网关键技术发展势头强劲,可再生能源与能量管理技术实现深度融合,电力电子技术与新型电气设备加速普及,微电网技术水平和系统智能化程度显著提高。未来,微电网将实现低碳、高效、智能、灵活运营,为构建智慧能源体系提供技术支撑。

参考文献: 
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