DQZHAN訊：微網(wǎng)—未來能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的“有機(jī)細(xì)胞”

作為未來智能電網(wǎng)的有機(jī)單元，微網(wǎng)技術(shù)自上世紀(jì)九十年代末期提出以來，特別是經(jīng)近十年來國(guó)內(nèi)外廣泛深入的研究、開發(fā)與技術(shù)示范，得到了快速的發(fā)展。同時(shí)，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)也經(jīng)歷了可再生能源滲透率不斷提高，需求側(cè)管理技術(shù)、信息技術(shù)和控制技術(shù)廣泛應(yīng)用的重大變革，并正向能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)(energy interconnection system,EIS)演變。本文從微網(wǎng)與能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在內(nèi)涵上互相滲透、聯(lián)系的視角，綜述了二者發(fā)展現(xiàn)狀，并分別總結(jié)了二者的典型特征。進(jìn)一步從位置本地性、源荷多元性、結(jié)構(gòu)多樣性、運(yùn)行靈活性、整體可控性、電網(wǎng)交互性等方面分析了微網(wǎng)在未來能源互聯(lián)網(wǎng)中的“有機(jī)細(xì)胞”作用，包括改善電能質(zhì)量，提高電網(wǎng)可靠性與彈性，增加不同區(qū)域之間能量的協(xié)調(diào)調(diào)度、增加負(fù)荷的主動(dòng)調(diào)控能力、承載信息雙向流動(dòng)、提高能源總體利用效率等；總結(jié)了微網(wǎng)互聯(lián)構(gòu)成能源互聯(lián)網(wǎng)的可能的幾種典型形式，*后對(duì)支撐能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的微網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備進(jìn)行了評(píng)述和展望。

1EIS和微網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀和典型特征

在需求牽引、技術(shù)支持和機(jī)制驅(qū)動(dòng)三駕馬車?yán)瓌?dòng)下，EIS得到了世界廣泛關(guān)注，發(fā)展迅速。根據(jù)信息與能源系統(tǒng)融合緊密程度和各自特點(diǎn)，本文將現(xiàn)有EIS概念劃分成兩類：一類主要側(cè)重能源網(wǎng)，以信息互聯(lián)網(wǎng)體系為指導(dǎo)或是少量利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的EIS，稱為能源優(yōu)先EIS，記做I類EIS；另一類主要側(cè)重信息互聯(lián)網(wǎng)，利用信息通信技術(shù)（information and communication technology，ICT）實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的EIS，稱之為信息優(yōu)先EIS，記為II類EIS。圖1梳理了2008年以來國(guó)內(nèi)外主要EIS項(xiàng)目及其分類。

圖1 EIS概念發(fā)展總況

從現(xiàn)有EIS系統(tǒng)可進(jìn)一步總結(jié)EIS的典型特征，包括：ICT技術(shù)廣泛應(yīng)用、能源互聯(lián)互補(bǔ)、可再生能源高滲透、雙向能量和信息流、以電力系統(tǒng)為核心。

微網(wǎng)是可實(shí)現(xiàn)本地能量供需平衡的獨(dú)立可控系統(tǒng)，既可以是僅包含電能終端的微網(wǎng)，也可以是包含冷/熱/電/氣等多種終端的多能源微網(wǎng)。自微網(wǎng)概念提出以來，特別是經(jīng)近十年來國(guó)內(nèi)外廣泛深入的研究、開發(fā)與技術(shù)示范，微網(wǎng)得到了快速發(fā)展。截至2017年6月，全球共建有1842個(gè)微網(wǎng)項(xiàng)目，已投運(yùn)微網(wǎng)容量達(dá)19.3GW。微網(wǎng)的典型特征可總結(jié)為位置本地性、源荷多元性、結(jié)構(gòu)多樣性、運(yùn)行靈活性、整體可控性以及電網(wǎng)交互性等六大典型特征。

2微網(wǎng)在EIS中的“有機(jī)細(xì)胞”作用

微網(wǎng)經(jīng)十幾年的發(fā)展，具備了EIS所有必備要素，如多能互補(bǔ)、雙向能流、借助微網(wǎng)能量管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)雙向信息流指導(dǎo)微網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行等，可自主實(shí)現(xiàn)“細(xì)胞”內(nèi)能量平衡，初步實(shí)現(xiàn)了EIS功能化，因而建設(shè)微網(wǎng)是構(gòu)建EIS的優(yōu)選和先遣方案。每個(gè)獨(dú)立微網(wǎng)是廣域EIS的“有機(jī)細(xì)胞”，宏觀上“細(xì)胞”可看作整體可控的虛擬源/荷，互連而成的“細(xì)胞群”具有更大靈活性和可控性。微網(wǎng)具有的六大特征與EIS的建設(shè)要點(diǎn)高度契合，具體如表1所示。

微網(wǎng)在EIS中發(fā)揮的具體作用包括：①微網(wǎng)改善電能質(zhì)量；②微網(wǎng)可提高電網(wǎng)可靠性和彈性；③微網(wǎng)可增強(qiáng)不同區(qū)域間能量協(xié)調(diào)互動(dòng)能力；④微網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的主動(dòng)調(diào)控；⑤微網(wǎng)是信息雙向流動(dòng)的有效載體。

微網(wǎng)需通過“細(xì)胞”間的互聯(lián)才能組成EIS這一有機(jī)“組織”。本文將微網(wǎng)互聯(lián)形式分成三類，并給出含三種微網(wǎng)互聯(lián)形式的典型EIS場(chǎng)景，如圖2所示。

圖2基于互聯(lián)微網(wǎng)的典型EIS場(chǎng)景

3支撐EIS的微網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)和裝備

從微網(wǎng)到EIS需要能源產(chǎn)、輸、配、儲(chǔ)、用一系列革新性技術(shù)及設(shè)備提供支持，本節(jié)將對(duì)微網(wǎng)中支撐EIS發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行梳理，對(duì)未來需繼續(xù)深入探索的領(lǐng)域進(jìn)行展望。

1）微網(wǎng)可再生能源消納技術(shù)的**。包括微網(wǎng)多能源系統(tǒng)優(yōu)化配置方法，高精度、多時(shí)間尺度風(fēng)光功率等可再生能源出力及負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)，面向EIS的運(yùn)行控制和能量管理技術(shù)。

2）能源變換新技術(shù)新裝備的開發(fā)。EIS能源變換包括電-電變換以及電-非電變換新技術(shù)新設(shè)備將助力EIS可再生能源高滲透、各主體對(duì)等接入、能量雙向流動(dòng)、結(jié)構(gòu)靈活多樣和用戶友好管理，主要新技術(shù)趨勢(shì)包括：基于新型器件如碳化硅、氮化鎵和新型拓?fù)涞目稍偕茉锤咝Р⒕W(wǎng)變換器和EV入網(wǎng)接口研制，兼有電網(wǎng)穩(wěn)定支撐、電能質(zhì)量管理、故障穿越能力、信息交互等多功能集成的統(tǒng)一控制算法開發(fā)，多機(jī)并聯(lián)諧振機(jī)理及抑制策略研究，基于電力電子變換器的智能軟開關(guān)（softopenpoint,SOP）拓?fù)?、控制及?yīng)用，基于“電氣彈簧（electricspring,ES）”的智能負(fù)荷控制技術(shù)，高效能量路由器（energyrouter,ER）拓?fù)浜涂刂?，能量集線器（energyhub,EH）技術(shù)。

3）傳統(tǒng)儲(chǔ)能和廣義虛擬儲(chǔ)能技術(shù)的協(xié)同。儲(chǔ)能是EIS的關(guān)鍵使能技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)能量的時(shí)空轉(zhuǎn)移，應(yīng)繼續(xù)關(guān)注傳統(tǒng)儲(chǔ)能并積極探索廣義虛擬儲(chǔ)能技術(shù)，注重二者協(xié)同互補(bǔ)，并探索可能的新型儲(chǔ)能商業(yè)模式如云儲(chǔ)能等。

4）信息通信技術(shù)與能源系統(tǒng)的融合。EIS是典型的多維復(fù)雜信息物理系統(tǒng)，其一系列更高層次能源服務(wù)的提供離不開信息通信技術(shù)與所依附能源系統(tǒng)的深度融合，主要新技術(shù)新趨勢(shì)包括：信息快速準(zhǔn)確獲取和傳輸共享技術(shù)，大數(shù)據(jù)和云技術(shù)在EIS中的應(yīng)用，區(qū)塊鏈技術(shù)在EIS中的應(yīng)用，信息物理混雜系統(tǒng)融合建模方法。

5）能源交易模式的**。EIS發(fā)展的一個(gè)愿景是在能源共享平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)能源靈活交易，基于區(qū)塊鏈的TransActiveGrid系統(tǒng)及transactiveenergy交易模式值得探索。未來可研究將基于多因子評(píng)價(jià)方法的合同網(wǎng)競(jìng)標(biāo)機(jī)制作為transanctiveenergy節(jié)點(diǎn)間的交易機(jī)制的可行性，在解決多節(jié)點(diǎn)之間供求狀態(tài)平衡的同時(shí)保證參與者與系統(tǒng)的整體利益相容。

6）EIS經(jīng)濟(jì)性分析。經(jīng)濟(jì)性是影響未來EIS發(fā)展的重要因素之一。要進(jìn)一步完善含建設(shè)成本、運(yùn)維成本和能源交易等直接經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和環(huán)境效益、可靠性指標(biāo)等間接經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的指標(biāo)體系，建立健全多場(chǎng)景EIS適用的統(tǒng)一經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法；另外在EIS中，能量和信息可以雙向流動(dòng)，使得能源交易在子微網(wǎng)內(nèi)、多子微網(wǎng)間、子微網(wǎng)與上層電網(wǎng)間成為可能，且儲(chǔ)能系統(tǒng)（含電動(dòng)汽車）的加入使得EIS運(yùn)行更靈活，應(yīng)在**性能源交易模式和儲(chǔ)能商業(yè)模式基礎(chǔ)上進(jìn)一步探索兼顧各主體利益的經(jīng)濟(jì)性改善策略。

4結(jié)語

本文通過對(duì)近十年來國(guó)內(nèi)外微網(wǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的梳理并與EIS技術(shù)內(nèi)涵的對(duì)比分析，預(yù)計(jì)微網(wǎng)未來將演化為可以復(fù)制的EIS的“有機(jī)細(xì)胞”。在拓展微網(wǎng)向EIS互聯(lián)、演變過程中，還需要發(fā)展新的支撐技術(shù)與裝備，尤其應(yīng)重視多能源系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、多能變換、多能耦合機(jī)理分析、多能能量管理等技術(shù)攻關(guān)，打破單一能源系統(tǒng)間藩籬，并同時(shí)構(gòu)建與多能EIS系統(tǒng)匹配的商業(yè)模式和能源交易平臺(tái)，真正推動(dòng)源-網(wǎng)-儲(chǔ)-荷協(xié)調(diào)發(fā)展、多能集成互補(bǔ)、能量梯級(jí)利用的EIS系統(tǒng)健康、有序發(fā)展。