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小议智能微电网在建筑电气系统中的应用

时间:2013-06-01来源:易品网 点击:
0引言 
  随着电力系统的不断发展,智能电网(Smart Power Grids)被提上日程,目前已成为世界各国在电力行业重点研究发展的方向。智能电网具有坚强、自愈、兼容、经济、集成、优化等主要特征。智能电网的目标是实现电网运行的可靠、安全、经济、高效和环境友好,电网能够实现这些目标,就可以称其为智能电网。智能电网可分为智能输电网和智能配电网,其中智能配电网的组成包含了智能微电网。微电网是由分布式电源、储能装置、负荷与各种监控装置组成的微型电网,可以灵活地实现并网和孤岛运行,是智能电网的重要组成部分。1分布式电源的概念及特点 
  不管是近年来在世界范围内发生的几次大停电事故,还是在我国的冰灾和震灾期间出现的大面积停电事故,都为目前的电网结构及其发展敲响了警钟。这种规模不断扩大的大电网使受端电网对外来电网的依赖程度增加,大电网在可靠性和灵活性等方面存在的缺陷也日益显现。不仅如此,在目前能源发展面临着容量和环保受限的巨大压力下,分布式发电无疑是一个很好的解决手段,从而受到电力和能源界的普遍关注和重视。 
  分布式发电(DG)是指规模不大(几十kW到几十MW)且靠近负荷的电源高效、经济、可靠地发电。分布式发电技术包括太阳能发电、风力发电、燃料电池发电、微型燃气轮机发电等技术。近年来,欧美DG技术的发展和应用都在不断增大,DG技术的发展和应用已经成为美国和欧盟国家未来电力和能源的重点发展计划。同时,日本、韩国以及亚洲其他一些地区也把DG作为满足电能与热能需求的最重要来源之一。在我国,已将“分布式供能技术”列入2006—2020年中长期科学和技术发展规划纲要。因此,电力建设也应积极适应国家的整体发展目标,发展分布式电源技术。 
  分布式电源大都采用风电、太阳能等高效的新能源,节能和环保性能好,解决了能源紧缺和环保问题。分布式电源在电网中的大规模发展,使电网的可靠性、灵活性和经济性都大大提高。 
  2微电网的概念和优势 
  尽管分布式电源可靠性好、灵活性高、经济性高、节能环保,但是研究表明它对大电网的规划、运行控制和潮流等具有重要的影响,是对传统电网的运行、计算、规划的一个很大的挑战。正是由于分布式发电的这些不足,近年来提出了微电网的概念。微电网作为大电网的一个主要支撑和后备,无疑将成为未来电网发展的一大趋势。而且随着智能电网概念的提出,微电网作为一种可以进行智能化控制的单元,也将是未来智能电网的重要组成部分。美国的CERTS最早提出了这一概念,接着在欧美很多国家都开始广泛地研究微电网。 
  根据CERTS的定义,微电网是一种由负荷和微型电源共同组成的系统,它可同时提供电能和热量。微电网内部的电源由电力电子器件负责主要的能量转换,并提供必需的控制。微电网相对外部大电网是一个单一的可控元件,并可同时满足用户对电网质量和安全的要求。 
  微电网将发电机机、负荷、储能装置、电力电子控制装置相结合,对外网来说,是一个单一、可控的元件,对用户来说又是一个灵活、可调节的电源。微电网具有自主运行和并网运行两种运行方式,能够灵活地实现孤立运行和并网。外网故障时,孤立运行可以保证微电网内的负荷不断电,不受外网的影响;并网时可以支撑上级电网。 
  根据各国的不同国情,微电网的发展具有不同的特点。其中美国电网以提高重要负荷的供电可靠性、满足用户定制的多种电能质量需求、降低成本、实现智能化为发展重点;日本的微电网发展目标主要定位于能源供给多样化,减少污染,满足用户的个性化电力需求;欧洲规划的未来电网则以智能性、能量利用多元化,满足电力市场的需求为主要特点。我国的微电网发展尚处在起步阶段,但是其带来的电网技术改革和经济效益是不容忽视的。 
  3MAS概念及其在微电网中的优势 
  Agent是MAS的基本单元,传统人工智能技术只是着重对这种单元的研究,如单个专家系统的知识表示、推理机制等。随着对MAS研究的深入,MAS赋予所拥有的各个智能体不同的结构、信息内容和推理、规划能力,因此对单个A-gent的研究仍然是一个重要的基础性研究内容。MAS是由多个代理(Agent)组成的系统,它是为了解决单个代理不能解决的复杂问题,由多个代理协调合作形成问题的求解网络。在该网络中,每个代理能够预测其他代理的作用,也能影响其他代理的动作。因此,在多代理系统中要研究一个代理对另一个代理的建模方法。同时,为了能影响另一个代理,需要建立代理间的通信方法,即多个代理组成一个松散耦合又协作共事的系统,就是一个多代理系统。为了使代理间能够合理、高效地进行协作,代理间的通信和协调机制成为多代理系统的重点问题。同时,值得强调的是,前面讨论的代理的特性大多也是多代理系统所具有的特点,如交互性、社会性、协作性、适应性和分布性等。此外,多代理系统还具有如下特点:数据分布性或分散性,计算过程异步、并发或并行,每个代理都具有不完全的信息和问题求解能力,不存在全局控制。 
  4智能微电网应用于建筑电气的优势及技术难点 
  4. 1智能微电网应用于建筑电气的优势 
  在现代建筑电气系统中,对电能质量的要求越来越高。由于微电网可以作为一个可定制的电源,以满足用户多样化的需求,因此它在建筑电气中的应用将具有独特的优势。 
  (1)增强供电可靠性。微电网能够快速地跟踪负荷的变化,并及时作出反应。储能装置也 
  能对发电设备的突然故障迅速作出反应,弥补供电有功的缺失。 
  (2)支持当地电压。微电网采用大量的先进电力电子技术,对于由全控器件绝缘栅双极型晶体管(IGBT)组成的换流器可以有效地控制有功和无功,因此对于每一个分布式电源(如PV),都可以当作一个独立的无功补偿设备,发挥静止同步补偿器(STATCOM)的作用。这可对当地电压起很好的支撑作用。 
   (3)提高电能质量。新型的电力电子器件及脉宽调制(PWM)技术,不仅可以补偿无功,更 
  可以发挥有源滤波器的作用,减少谐波污染,向用户提供更高质量的电能。 
  4. 2技术难点 
  结合MAS的控制,将智能微电网应用到建筑电气中有其独有的优势,但是也存在以下技术难点: 
  (1)如何协调各底层元件Agent进行控制。微电网Agent将对底层元件Agent进行协调,合理地进行协调控制策略就显得尤为重要,既要保证微电网运行稳定的同时,也要考虑经济效益最大化。 
  (2)如何实现Agent的快速反应性。Agent的特点之一就是对环境的快速反应性,这使它在故障环境或者大扰动情况下,能够及时地作出响应,以应对环境的突变,避免问题的进一步恶化。 
  5结语 
  微电网是目前研究的热点,它不仅可以有效地管理分布式电源,更是将来智能电网的重要组成部分之一。将智能微电网用于建筑电气中,具有增加供电可靠性、改善电能质量等优点。MAS分布式控制的特点能够更加有效地管理微电网各负荷和电源,协调微电网与上级电网之间的控制。 
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