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user: 2. 区域微网可拓式设计 本文按照微网的供能区域，以及我国现阶段国民经济的发展特点，将微网划分为农村微网、城市微网以及偏远地区微网。这样的划分，考虑了目前我国分布式电源尚不能大范围并网的现状，也考虑了微网的灵活性，以及微网的可控可拓性。既满足当前我国不同地区对微网的要求，也满足未来微网的发展需要。 2.1. 区域微网概念 以分布式能源作为微网的供电电源，再根据供能区域将微网进行划分，并且考虑不同地域的特点将多类型分布式电源进行合理有效的组合，构建成灵活、可拓、具有地区特色的区域微网。结合我国区域特点，将区域微网分为三个大区，即农村微网、城市微网以及偏远地区微网。 2.1.1. 农村微网 农村微网建设可以考虑热电联供的方式。同时，对于农村微网设计考虑两种情况：一是相对发达地区的农村，负荷较大、电网建设成熟、人口比较集中，此类农村微网考虑并网运行与孤网运行协调调度控制，但分布式能源主要对本地负荷供能，减少上网电量，同时考虑主网功率支持和计划解列；二是相对落后地区的农村，负荷较小、电网建设相对滞后，此类农村微网，当前阶段以孤网运行方式为主，随着电气化进程的深入，逐步拓展为并网与孤网协调运行。 农村微网的建设可以优先开始，以加快农村的城镇化进程为契机，合理分批的投入分布式能源的建设，实现以微网为主要供能方式的农村电气化。农村微网的建设要依据当地资源优势开展，比如日照量丰富，可以优先采用太阳能；还可以考虑在农村地区使用沼气作为供能的手段；风资源丰富的地区，考虑将风能作为主要供能手段，等等。在农村地区，目前尚不具备建设电动汽车充电站的条件。但是，在微网的规划设计中，需要考虑电动汽车步入农村的可能性。因此，在设计微网时，需预留足够的电源空间和建设空地。 2.1.2. 城市区域微网 城市区域微网可以划分为三类。一类区域为特殊负荷区域，包括医院、政府机关、信息中心等相关机构，此类负荷负荷量不大，但属于重要保障性负荷，需要不间断供电；二类区域为城市的工商业区域，此类负荷供电集中、负荷量大、耗能多，一般要保证不间断供电；三类区域为城市居民及公共类负荷，包括住宅小区、学校、图书馆等，此类负荷相对分散、负荷量居于一、二类区域之间，允许存在短时的意外停电或计划性停电。 针对这三类区域，可利用不同类型的分布式电源组成多种类多功能区域微网，满足用户定制的多种需求。比如在住宅小区、别墅等区域可以采用电热联供为主的供能结构；在学校区域采用以供电为主的供能结构；在图书馆采用冷热电联供的供能结构；对于大耗能企业，采用冷热电联供的方式，及保证企业需要也实现了节能降耗。对于城市区域微网采用并网与孤网协调运行的方式，区域微网首先保证本地负荷的需要，可适量并网发电，依据调度的指令，向主网供电。 城市区域微网的建设规划，笔者认为可先由高耗能企业开始，因为分布式能源的使用，对于高耗能企业的节能降耗起到极大的推动作用。当然，目前阶段必须由政府辅之相应政策，比如3~5年内根据企业节能、降耗、减排的成效进行政策性补贴，逐步降低补贴金额甚至取消补贴，以此推动分布式能源在高耗能企业中的应用。图书馆、公园等公共区域也可优先开展微网建设，此类地区改造难度相对较小，对主电网和民众生活的影响也较小，可以先行。然后，将微网的建设拓展到学校、居民小区等区域。最后，依据实际需要对保障性区域进行适当改造，比如医院，部分医院已具有后备电源，那么可以考虑利用太阳能采集电能对储能装置进行供电，以此减少主网的电力支持。 2.1.3. 偏远地区微网 偏远地区微网主要指偏远山区、林区以及远离大陆的岛屿等。利用微网对这些地区进行供电，可以利用可再生能源发电或者利用其它分布式电源形成孤网，既可满足当地居民的需要，降低用电成本，也可减少传统化石能源的消耗。 2.2. 可拓式概念 可拓工程 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] 指的是可拓方法在实际领域中的应用方法与技术。可拓方法包括可拓控制技术、可拓故障诊断方法、可拓策划方法、可拓策略生成技术、可拓信息技术、可拓搜索技术、可拓刑侦技术、可拓设计技术、可拓决策方法、可拓营销方法、可拓检测技术。可拓方法应用到各个部门会出现可拓工业、可拓工程医学、可拓工程农业和可拓工程军事等。 电力工程中微网系统的可拓指的是：1) 对电源容量的可扩性。也就是在设计分布式电源容量时，既要考虑未来负荷量增长的可能，也要考虑到未来负荷量下降的可能。所谓可扩性也就是灵活布置电源，合理计划容量，减少成本投资。当负荷增长时，分布式电源可做到扩容；当负荷下降时，分布式电源可做到退出运行，或者向其它区域供电。2) 对负荷类型、性质的适应性。针对不同区域的环境、资源，以及不同的负荷特点，安排不同类型的分布式电源，满足能量需求。3) 施工扩建的预置性。设计微网时，除了考虑电源的增容也要预留出相应的场地，作为扩建用地。如果负荷没有出现预期的增长或者明显逐年下降，预留地可以改造成其他设施用地，比如电动汽车充电站，这样的改建工程相对容易实现，也不需要长距离架设新的输电线路，既可以减少投资，也可以做到资源的最大化利用。 区域微网在规划设计及建设过程中，应充分考虑其可拓性，以期建成可靠灵活的区域微网。 2.3. 区域微网结构设计与运行方案 由可再生能源和清洁能源组成的微网应具备五个部分，即具备五个主要功能 [ 9 ] - [ 15 ] 。该系统的第一部分具备的功能是能源预测和需求分析，即具备环境分析、分布式电源(RER)分析和需求分析三大功能，准确的掌握天气情况(光照情况、风速等)、分布式电源供能情况以及负荷情况(供电、采暖、热水和冷却空气等)。第二部分是系统优化，即具备DER灵活配置、组建网络的功能。在第一部分的基础上，实现微网供能系统的构成。第三部分是网络分析功能，也就是进行网络的潮流计算、稳定分析等，实现在线监控的功能。第四部分是微网能量管理功能，依靠微网能量管理系统对微网进行灵活调度，并与主网调度进行信息互换，实现优化调度和计划调度等功能。第五部分是状态估计、经济评估功能，对微网的各个元件状态、经济效率等进行评估、优化。微网的功能示意图如图1所示。 本文设计的区域微网结构和区域微网运行控制过程如图2和图3所示。 微电源的组合是灵活多样的，如图2所示。要考虑区域特点使用不同的电源进行能量供应。考虑到微网的可拓性，对于微电源的容量设计要考虑元件设备的更换以及所在区域未来的发展。但是，发展不应只考虑负荷增长，还需考虑在负荷减少的情况下，微电源能量的消纳问题甚至电源的移除、功能置换(改为电动汽车充电桩等)。最终，根据区域的发展，考虑是否需要预留扩建空间。 图1. 微网功能示意图 图2. 区域微网结构示意图 图3. 区域微网运行控制示意图 微网的运行首先要保证安全可靠，其次要追求灵活高效。如图3所示，首先是分布式能源的预测，根据季节、天气、降雨、风速等数据，数据归一化后确定微网可输出容量。然后，对负荷进行预测，此部分既要考虑到天气的变化，也要综合考虑负荷的历史数据，以保证负荷预测的准确性(系统的运行经验有助于实现负荷追踪)。接下来，由调度确定运行方式，传达指令至微网能量管理系统，对微网进行相应的操作。运行方式主要分为并网运行和孤网运行两种。如果调度确认的初始运行方式为并网运行，当主网故障或者微网出现问题时，自动解列，变为孤网运行。并网运行时，首先判断DER设备状态，DER正常运行时，由DER对区域微网进行供电，并且对储能设备浮充电；如果DER故障，则向能量管理系统发出信号，改由主网供电，并对储能浮充电；如果负荷变大，DER功率不足，可由储能装置或者主网协助供电，如果DER功率过剩，且储能无法消纳，根据调度的要求，选择功率上传主网或者退出部分DER。孤网运行方式，DER工作正常时，DER对区域供电，并对储能装置浮充电；如果DER故障，则由储能装置进行电力供应，并向调度发信号，请求主网的功率支持，以保证系统正常供电。