为烈马套上笼头—国网电科院微网控制技术研发纪实

       一个个分布式电源和微网就像是一匹匹自由奔腾的烈马。而接入控制技术就像是给烈马套上了笼头。

      1月中旬的河北承德围场御道口村，农户院子前一个个小风机在旋转，屋顶上一排排光伏面板吸纳着冬天的阳光。自从去年12月16日顺利通过华北电网公司组织的工程验收，国网电科院研制建设的“分布式发电/储能及微电网接入控制试点工程”已经安全稳定运行一个月了。时近春节，国网电科院的研发人员还在开始忙着对现场运行结果进行分析，对各种运行控制策略进行试验。

       能源棋局亟待破解

       承德项目是国家电网公司2011年智能电网第三批试点项目，是国内第一个对分布式清洁能源发电进行并网接入控制的项目，也是农网智能化建设领域内的首个微电网项目。

       这个当年立项、当年设计、当年研制建成并通过验收的项目，成为分布式发电及微电网建设的宏伟蓝图的精彩起笔。同时，该项目在分布式清洁能源发电及并网接入控制及有序管理、微电网与农网的协调运行管理以及关键设备研制等方面取得了多项技术突破，成为科研成果实现工程化应用的又一个成功范例。

       国内外电力专家常常把微电网比喻成利用绿色能源破解能源棋局的一步“活棋”。作为智能电网的重要组成部分，智能微电网的核心作用是充分消纳清洁能源，促进节能减排，对于我国实现能源优化配置，提高用电效率，推进低碳经济等具有积极的意义。

       智能微电网的接入控制技术将分布式发电与强大的电网结合了起来，但分布式发电并网的绿色之路并不平坦。分布式发电/储能及微电网的大量、高渗透率接入电网，既面临着自身稳定性的问题，同时改变了传统配电网功率单向流动的现实，将大大增加配电网调度与运行管理的复杂性。由于难以对众多的分布式电源进行控制，停电检修计划安排的难度增加，配电网施工安全风险加大。

       对分布式发电/储能及微电网接入控制技术开展超前研究与探索势在必行。只有给众多“不听话”的小烈马套上龙头，才能更好发展智能电网和微电网。

      “麻雀虽小，五脏俱全”——这是众多专家对微网公认的评价。承德项目包含村庄集中供电和单户独立供电两种模式，其中村庄模式微电网由50kW光伏发电、60kW风力发电、80kW/128kWh锂电池储能系统以及60kW农家乐村庄负荷组成，清洁能源发电量占用电负荷80%以上，平时主要工作在并网运行模式，大电网故障时可以切换为离网运行模式。

       微网虽小，但要对它进行高效控制却难度很大。它涉及包括风电、光伏等分布式发电单元、储能和控制装置，以及保护、测控、配网等多个技术领域。而在分布式发电及微网运行控制技术、微网保护技术、微网接入控制技术等关键技术领域，国内基本处于空白状态，即使在国外也鲜有应用。

       凭借在保护、控制、电能质量监测、清洁能源功率预测等领域多年来深厚的技术积累，国网电科院的科技工作者们开始攀登集成创新的技术高峰。“那段时间，我们带着攻关小组到高校寻求理论支持，查阅国内外相关技术资料，组织开展了多次技术考察和交流。”国电南瑞配电/农电公司总经理、项目负责人沈浩东说。

       攻克微网控制技术

       没有现成仿真系统，自己编程模拟；没有试验条件，就在现场自己搭建。从冬到秋，经过全体项目组成员的艰苦努力，终于克服了一个又一个困难，攻克了一个又一个技术难题，风机系统调试成功，光伏系统调试成功，储能系统调试成功，控制器开发成功，控制策略调试成功，微网保护装置开发成功，系统联调成功……2011年8月20日，整套系统顺利通过168小时带功率实际测试，各项功能和性能指标均达到设计要求。

       微型化、自平衡、清洁高效，是微电网的三个重要特征。国网电科院研发的具有完全自主知识产权的微电网运行控制系统，集微电网的运行控制、能量管理、发电预测、负荷管理、协调调度等功能于一体，在国内率先实现微电网安全可靠经济运行。同时还研制成功了电能质量监测及治理装置，可实现对微电网电能质量的动态监测及在线补偿。

       在系统测控技术方面，攻关团队创造性的将保证大电网安全稳定的同步相量监测技术应用于微电网，实现微电网的动态及暂态运行的全景监测、记录及综合分析，为微电网的优化配置及参数校核提供了有力支撑。

       微网在实现自身稳定运行的同时，还需要能支撑并网运行，要能接受主网的有序管理及接入控制，因此，微电网接入控制系统是必须啃的“硬骨头”。

      “这是国内首套具有完全自主知识产权的分布式发电/储能及微电网接入控制系统，这一系统能够实现对微网的定功率控制，保证微网安全并入配电网。”项目主要研制人杜红卫博士向记者介绍。

      “国内外很多专家学者对微网保护机理众说纷纭，有说微网保护可能很简单，也有说微网保护很复杂。要知道梨子的滋味就得自己尝一尝。经过艰苦攻关，我们对微电网内各种保护原理、实现方式、协调配合等方面的研究也取得了重大突破，形成了完整的微电网整体监测保护方案，研制了微电网保护装置、微电网监测装置及分布式电源智能终端等关键设备。”微网专家孙国城说。

       在电池储能系统领域，国网电科院清洁能源发电研究所依托江苏省科技成果转化项目——“太阳能发电和风力发电大容量储能系统关键技术”，攻克了电池储能系统并网充放电控制、离网黑启动、离网电压频率控制、并/离网平滑切换等核心控制技术，并在现场试运行中较好地解决了风电/光伏发电的功率波动性问题，实现了重大技术突破。

       根据沈浩东介绍，该项目的顺利实施，其意义不仅在于分布式发电及微网接入控制技术的研究，同时对于探索解决边远农村的供电问题也提供了一个新的思路，可谓一举两得。因为边远农村往往供电区域分散，处于供电网末端，同时光伏、风电、秸秆、沼气等分布式发电资源丰富，通过智能微电网的建设，对于解决边远地区的供电难题，提高电能质量有着重要意义。

      “随着国家大力支持可再生能源的开发利用，未来的城市配电网也将面临大量分布式发电的并网接入需求。目前国电南瑞依托这一课题所取得的技术成果，已分别在南京、杭州、青岛等城市配电网项目中开展了分布式电源的接入控制管理应用。我们相信这一市场具有广阔的应用前景。”沈浩东说。