電力系統(tǒng)大改造：微電網并網效益如何確保？

2013-11-12 09:55:20 北極星電力網　點擊量：評論 (0)

微電網(Microgrid)系統(tǒng)為近年世界各國電力科技發(fā)展重點，主要效益歸納為二，首先，由于再生能源為間歇性能源，大量的再生能源并入電網將造成電壓浮動的問題，影響區(qū)域電網供電穩(wěn)定度;微電網具穩(wěn)定電壓及頻率功能

微電網(Microgrid)系統(tǒng)為近年世界各國電力科技發(fā)展重點，主要效益歸納為二，首先，由于再生能源為間歇性能源，大量的再生能源并入電網將造成電壓浮動的問題，影響區(qū)域電網供電穩(wěn)定度;微電網具穩(wěn)定電壓及頻率功能，可有效引入再生能源進入電網，提升區(qū)域電網再生能源之使用率。其次，微電網具有尖峰用電調節(jié)(Peak Shaving)作用，可降低尖峰用電的系統(tǒng)設備需求規(guī)格及成本，配合時間電價制度抑制用電行為，達到節(jié)能減碳目的。

事實上，日本于2010年即成立智慧社區(qū)(Smart Community)聯(lián)盟，由新能源及工業(yè)技術發(fā)展組織(NEDO)于橫濱、豐田、京都府與北九州等四個都市進行微電網示范計劃;中國大陸則將微電網試點列入十二五計劃，國家電網電力公司已于南麂島和鹿西島分別建置離網型及并網型微電網示范工程。

2012年美國再生能源國家實驗室(NREL)亦與沙加緬度市電力公司(SMUD)于加州建置微電網示范系統(tǒng);韓國國網更進一步在濟州島上建置智慧電網 (Smart Grid)測試區(qū)。至于歐盟則提出第七期架構方案(Framework Programme 7)，由雅典科技大學領導團隊于Kythnos島內建置微電網測試系統(tǒng);另外，西班牙、葡萄牙、德國和法國等也都有微電網示范計劃正在運行。

實現(xiàn)節(jié)能減碳目的核研所加速微電網測試

為接軌國際間節(jié)能減碳風潮，臺灣核能研究所(簡稱核研所)亦致力發(fā)展自主式(Autonomous)微電網技術，并規(guī)畫分叁個階段進行，以有效提升國內再生能源利用率。第一階段系統(tǒng)將著重分析與關鍵技術研發(fā)，第二階段則進行系統(tǒng)工程整合，以能源電子技術配合微電網能源管理及儲能技術，發(fā)展區(qū)域電網再生能源滲透率達10%(裝置容量20%)的電力控制技術。

第三階段將進行系統(tǒng)試運轉，以分散式發(fā)電架構，示范并推廣自主式控制的微電網系統(tǒng)，于市電并聯(lián)與孤島運轉平穩(wěn)切換，有效控制微電網再生能源發(fā)電滲透率達 20%(裝置容量達40%)，提升國家能源安全、開發(fā)新興國家市場與加入先進國家市場供應鏈，同時創(chuàng)造綠色就業(yè)機會及能源新興產業(yè)的契機。

目前，核研所已完成建置國家級首座一百瓩(kW)級自主式低壓380伏特(V)微型電網示范系統(tǒng)及測試平臺，提供產業(yè)、學術單位、研究機構、電力公司等進行研究與測試，并發(fā)展微電網相關核心技術，包含能源電子、電力系統(tǒng)、智慧控制與能源管理、電網級儲能系統(tǒng)與應用工程技術等四大關鍵技術。

微電網經由靜態(tài)開關與市電并聯(lián)，當內部發(fā)生故障或外部市電故障時，靜態(tài)開關運用主動式孤島偵測技術，快速確認故障并完成隔離動作;而儲能系統(tǒng)藉由雙向功率轉換器連結微電網電力匯流排，于一個周期內，由電流源快速轉換為一穩(wěn)定電壓源，提供能量給予負載使用。

當靜態(tài)開關跳脫瞬間，微電網電力匯流排電壓將驟降，此時分散式電源搭配具實、虛功率控制及低電壓穿越功能(LVRT)的再生能源電力轉換器，仍在可容忍電壓范圍內，持續(xù)與微電網的電力匯流排連接，使微電網內部持續(xù)供電，達成市電并聯(lián)模式與孤島運轉模式間之平穩(wěn)切換。當微電網內部故障排除或外部市電恢復時，靜態(tài)開關判斷市電正常，則利用雙向功率轉換器調整實、虛功率輸出至微電網電力匯流排，當內外部的電力匯流排電壓、頻率同步后(圖4)令靜態(tài)開關閉合，微電網再重新并網。

目前核電所微電網已完成前述具主動式孤島偵測技術的靜態(tài)開關、實虛功率輸出控制的雙向功率轉換器、電流源轉換電壓源平穩(wěn)切換技術，及具有低電壓穿越功能的再生能源電力轉換器等設備開發(fā)及功能測試。

有別傳統(tǒng)電網微電網電力系統(tǒng)大改造

微電網內部包含再生能源系統(tǒng)、分散式電源，如微渦輪機、燃料電池及各類負載組成，當處于孤島運轉時，其電力潮流方向、系統(tǒng)暫態(tài)現(xiàn)象、電力品質分析及保護協(xié)調機制，均與傳統(tǒng)電網的需求不同。

目前核研所開發(fā)的微電網叁相潮流解析法，適用于低電壓、高R/X比的叁相不平衡系統(tǒng)或電壓控制型匯流排過多的微電網系統(tǒng)，不論于微電網在并網或孤島運轉下，皆能保持強健性及快速收斂、求解的效果。另外，為分析微電網并網、孤島及N-1事件時的系統(tǒng)暫態(tài)響應，核研所亦已建立高聚光太陽能電池(HCPV)、風力機組、電力轉換器及電子負載等微電網細部元件的數(shù)學模型。

由于再生能源使用的電力轉換器大多含有電容及電感元件，容易產生系統(tǒng)