一、政策與技術(shù)背景
近年來，我國國務(wù)院及科技部等部委陸續(xù)制定了系列能源發(fā)展戰(zhàn)略，頂層設(shè)計了新能源微電網(wǎng)規(guī)模化應(yīng)用的發(fā)展目標和路線圖。2015年7月，國家能源局發(fā)布了《關(guān)于推進新能源微電網(wǎng)示范項目建設(shè)的指導(dǎo)意見》；2016年11月，國家能源委員會會議提出要集中力量在可再生能源開發(fā)利用特別是新能源并網(wǎng)技術(shù)和儲能、微電網(wǎng)技術(shù)上取得突破；2017年7月，能源局印發(fā)《推進并網(wǎng)型微電網(wǎng)建設(shè)試行辦法》；2018年2月，國家能源局印發(fā)《2018年能源工作指導(dǎo)意見》明確指出扎實推進多能互補集成優(yōu)化、新能源微電網(wǎng)、并網(wǎng)型微電網(wǎng)等示范項目建設(shè)，在試點基礎(chǔ)上積極推廣應(yīng)用。由此可見，微電網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為我國能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要布局之一。
直流微電網(wǎng)作為微電網(wǎng)的另一種構(gòu)網(wǎng)方式，如圖1示例，近年受到更多關(guān)注。直流微電網(wǎng)技術(shù)與直流微源、儲能介質(zhì)、用電負荷具有內(nèi)在相容性，可實現(xiàn)直發(fā)、直儲、直用一體化，相較于交流微電網(wǎng)更為結(jié)構(gòu)簡潔、變換高效，為智能直流配電網(wǎng)的基礎(chǔ)應(yīng)用研究提供了一種新契機。
直流微電網(wǎng)作為新興的供電形式，其前瞻性基礎(chǔ)技術(shù)的研究和應(yīng)用仍處于起步階段。在低壓大電流場合，為了減小儲能單元輸入輸出電流紋波，延長其使用壽命，會結(jié)合使用交錯并聯(lián)技術(shù)和同步整流技術(shù)；在高壓大功率場合多電平技術(shù)和鏈式變流技術(shù)將會扮演著重要的角色；軟開關(guān)技術(shù)作為提高轉(zhuǎn)換效率的有效手段，尤其是在多數(shù)雙向功率變換拓撲中較容易實現(xiàn)控制型軟開關(guān)技術(shù)；模塊化和磁集成技術(shù)會伴隨著交錯并聯(lián)技術(shù)和鏈式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用而發(fā)揮重要的作用。因此，直流微電網(wǎng)將作為另外一種組網(wǎng)形式與交流微電網(wǎng)并存，同樣存在類似交流微電網(wǎng)中的能量管理、變換器交互、系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，需要研究基于直流變換器的分布式改善與抑制方法。
圖1 直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意
二 、直流微電網(wǎng)的電力變換關(guān)鍵技術(shù)
面向直流微電網(wǎng)的電能變換關(guān)鍵技術(shù)，主要圍繞三個方向開展，
1）核心基礎(chǔ)部件–高可靠功率變換器；
2）集群致穩(wěn)控制–多變換器集群穩(wěn)定性；
3）**運行保障–微電網(wǎng)系統(tǒng)運行控制，從而形成“自下而上”的三層次技術(shù)體系,具體如下：
圖2 微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)
1）底層的并網(wǎng)接口變換器基本控制，包括變換器拓撲及其控制、多變電網(wǎng)條件的適應(yīng)性、長壽命與可靠性研究。
主要針對各類應(yīng)用場合下，考慮分布式源或用電負載的特性，聚焦功率變換器的電路拓撲結(jié)構(gòu)及其控制，提高能效、功率密度，豐富多樣性功能；面對電能質(zhì)量多變的接入公共電網(wǎng)，研究例如電網(wǎng)電壓波動、跌落等條件下的并網(wǎng)魯棒性與應(yīng)對控制策略；在底層設(shè)備級功能研發(fā)逐漸走向成熟的同時，實現(xiàn)電能變換器的全壽命周期狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、健康管理等，延長運行壽命，提高系統(tǒng)可靠性。
2）交互層的網(wǎng)側(cè)支撐、交互影響與應(yīng)對控制，包括分布式電能質(zhì)量補償、網(wǎng)側(cè)支撐、故障穿越、集群諧振抑制與穩(wěn)定性改善。
考慮微電網(wǎng)中的各類分布式并網(wǎng)變換器大多時間里并未工作在額定容量，因此在原有的分布式發(fā)電功能基礎(chǔ)上，通過設(shè)計分布式電能質(zhì)量補償功能，例如瞬態(tài)有功支撐、電壓波動補償?shù)炔煌刂撇呗裕蓪崿F(xiàn)對直流微電網(wǎng)的網(wǎng)側(cè)支撐。
同時，分布式發(fā)電的規(guī)模化應(yīng)用和網(wǎng)側(cè)滲透容易在微電網(wǎng)中引發(fā)電力電子變換器的高頻諧波交互，甚至集群振蕩的系統(tǒng)失穩(wěn)問題。因此，微電網(wǎng)面臨著如何識別該類問題的挑戰(zhàn)。只有探明交互影響的本質(zhì)機理與激勵原因，才能從破壞諧振條件的本質(zhì)出發(fā)，即消除激勵源、改變失穩(wěn)條件等方面提出穩(wěn)定性改善方案。
3）上層微電網(wǎng)接入與互聯(lián)、系統(tǒng)層面的運行管理，包括微網(wǎng)互聯(lián)接口變換器（潮流控制器、故障隔離控制器等）、基于發(fā)電預(yù)測、儲能、負荷控制、網(wǎng)側(cè)需求的能量/功率管理。
微電網(wǎng)并網(wǎng)接入與微電網(wǎng)互聯(lián)中需要重點研究的是微電網(wǎng)互聯(lián)接口變換系統(tǒng)。在系統(tǒng)層面的另一個重要方向是微電網(wǎng)系統(tǒng)的運行管理，其中運行優(yōu)化研究的關(guān)鍵在于基于優(yōu)化模型與算法尋找到微網(wǎng)內(nèi)可控設(shè)備的*優(yōu)運行計劃和與外網(wǎng)的功率交互,實現(xiàn)分布式能源發(fā)電成本*低、供電可靠性*高等。其研究手段將越來越多的依賴實時仿真設(shè)備，以便快速靈活地開展多模態(tài)微電網(wǎng)架構(gòu)、多目標控制策略、多運行工況的研究，而后將研究成果應(yīng)用于可編程的“源-網(wǎng)-荷-儲”實驗平臺或?qū)嶋H微電網(wǎng)系統(tǒng)進行原理性驗證。
三、直流微電網(wǎng)的智能終端關(guān)鍵技術(shù)
在低壓配電的終端用戶層面，其為面向泛在電力聯(lián)網(wǎng)的終端供電智能化提供了全新的應(yīng)用平臺。
主要在低壓直流漏電檢測保護技術(shù)方面，考慮到直流微電網(wǎng)將與交流微電網(wǎng)并存，對于低壓交直流復(fù)雜條件下的漏電保護將成為新的挑戰(zhàn)。在交直流混合電網(wǎng)中，普通的AC型漏電保護裝置無法對包含大量直流成分的漏電電流做出有效反映。針對剩余電流成分復(fù)雜的剩余電流保護器，需要使用B型剩余電流保護器。B型剩余電流保護器不僅能夠?qū)涣魇Ｓ嚯娏鳌⒚}動直流剩余電流進行保護,此外,還能對1000Hz及以下的正弦交流剩余電流、交流剩余電流疊加平滑直流剩余電流、脈動直流剩余電流疊加平滑剩余電流、兩相或多相整流電路產(chǎn)生的脈動直流剩余電流、平滑直流剩余電流確保脫扣,能夠非常好的應(yīng)用在交直流混合微電網(wǎng)中。
基于這種實際應(yīng)用環(huán)境，目前有兩種測量方案。
圖3. 開口式小電流
圖4: 100mA小電流測量
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