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智能微電網(wǎng)系統(tǒng)分析

 1 微型電網(wǎng)

    微型電網(wǎng)MG是為了發(fā)揮分布式電站的優(yōu)勢，避免分布式發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)的沖擊和負面影響而提出的一種新能源分布式發(fā)電的組織方式和結(jié)構(gòu)。在負荷中心建立MG模式的終端電網(wǎng)，將本地能源和負荷結(jié)合起來進行協(xié)調(diào)控制和運行，成為大電網(wǎng)的有力補充和有效支撐。

    1.1 微型電網(wǎng)背景 
    在受端電網(wǎng)和負荷中心建設(shè)一定容量的分布式發(fā)電廠(Distributed generation, DG)，以減少大功率、長距離的輸送，減少輸配電損耗，支撐本地電網(wǎng)，增強系統(tǒng)穩(wěn)定性。這些分布式發(fā)電廠可利用多種一次能源，特別是生物質(zhì)能、風能、太陽能等進行發(fā)電。隨著技術(shù)進步，這些分布式發(fā)電站的儲能技術(shù)發(fā)展出多種新型環(huán)保的設(shè)備，除了新型蓄電池，還有飛輪儲能、超級電容器、超導儲能等。

    面對越來越多的分布式發(fā)電要求就近并網(wǎng)的壓力，一方面為了減少小電力生產(chǎn)者并網(wǎng)后對電網(wǎng)的沖擊；另一方面，在電網(wǎng)故障時，分布式發(fā)電必須退出運行，限制了分布式發(fā)電的利用。在2002年，美國CERTS(可靠性技術(shù)解決方案協(xié)會)提出了能更好發(fā)揮分布式電站的潛能的一種特殊的電網(wǎng)——微型電網(wǎng)MG的概念。MG綜合的多種技術(shù)措施中，重要的關(guān)鍵技術(shù)是儲能技術(shù)。MG通過儲能裝置，儲存分布式電源的多余能源，以彌補分布式發(fā)電系統(tǒng)的功率缺額。 

    1.2 微型電網(wǎng)相關(guān)概念

    目前，國際上對MG尚未形成統(tǒng)一的定義，各種表述不全相同。美國CERTS的定義是，MG是一種由負荷和微型電源共同組成的系統(tǒng)，它可同時提供電能和熱量；MG內(nèi)部的電源主要由電力電子器件負責能量的轉(zhuǎn)換和控制；它相對于外部電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的受控單元，滿足用戶對電能質(zhì)量和供電安全的要求。

    MG的基本特點有：

    (1) 由可再生能源、分布式能源為一次能源發(fā)電，儲能設(shè)備、電力電子控制設(shè)備是MG必不可少的組成部分；

    (2) MG可接入外部大電網(wǎng)，相對外部大電網(wǎng)MG表現(xiàn)為相對獨立的受控單元；

    (3) MG的容量一般很小，電壓等級為低壓和中壓等級；

    (4) MG接近用戶，是一個分散的即插即用的系統(tǒng)，為本地提供電能和熱能；

    (5) MG可滿足用戶對電能質(zhì)量和供電安全的要求；

    (6) MG能與外部電網(wǎng)進行能量交換；

    (7) MG與公共電網(wǎng)單點連接，即可并網(wǎng)運行，又可獨立運行。

    MG結(jié)構(gòu)有多種形式。但是，MG的基本單元通常應(yīng)包括：微能源、儲能裝置、管理系統(tǒng)和負荷。其中，微能源通常是基于電力電子的，保證MG作為相對獨立的單元運行的靈活性和可靠性。 

    2 智能微網(wǎng)系統(tǒng)抽象及分析

    系統(tǒng)抽象是進行系統(tǒng)分析與設(shè)計的基礎(chǔ)，是在某種計算模式的方法論指導下，理解目標問題與復雜性。常用的一種方法是建立系統(tǒng)的層次模型。在計算機科學和系統(tǒng)科學界已認可“智能系統(tǒng)應(yīng)該是分層的”這一思想。

    2.1面向組織的抽象框架

    開放復雜智能系統(tǒng)問題表現(xiàn)出明顯的社會性，特別是人作為問題求解的主導因素與系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)件之一，需要充分考慮并建立有效的抽象框架，形成開放復雜智能系統(tǒng)的抽象機制。開放復雜智能系統(tǒng)抽象的原則是按照綜合集成的思想，將自上而下和自下而上的方法結(jié)合起來，獲得問題的全面認識。

    在系統(tǒng)抽象方法論的指導下，形成基于多智能體設(shè)計系統(tǒng)的成員劃分步驟、成員類型清單、成員實體清單、成員關(guān)系清單。

    在研究開放復雜智能體系統(tǒng)過程中，定義了ORGANISED框架。ORGANISED框架定義了開放復雜智能體系統(tǒng)中的基本組織成員與關(guān)系：組織、組織規(guī)則、目標、角色、法則、交互、組織結(jié)構(gòu)、環(huán)境以及系統(tǒng)動力學等。

全球能源危機頻現(xiàn)，而數(shù)據(jù)中心一直以來都被帶上"耗能大戶"的帽子，減少數(shù)據(jù)中心能耗，提高能源與設(shè)備能效。一直都是數(shù)據(jù)中心所努力的方向。據(jù)美國節(jié)能聯(lián)盟資料顯示，如果數(shù)據(jù)中心的能效保持不變，那么數(shù)據(jù)中心的電費和用電量需求將在不到10年內(nèi)翻倍。電力資源將會變得更加稀缺與昂貴，那么如果提高數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的供電效率呢?小編為大家總結(jié)了一下幾點建議：

1、提高設(shè)備容量利用率

(1)精細系統(tǒng)容量規(guī)劃設(shè)計，避免設(shè)備過渡規(guī)劃。

(2)采用模塊化設(shè)計，實現(xiàn)設(shè)備容量的動態(tài)增長(up設(shè)備本身效率調(diào)高8%左右)

(3)供電方案優(yōu)化設(shè)計，降方案的復雜性。

2、配置高效"高頻機"設(shè)備

(1)提高設(shè)備本身效率(2%~3%左右)

(2)降低交流輸入系統(tǒng)供電設(shè)備和線纜的容量和傳輸耗損(效率提高3%~5%左右)

3、采用380V直流UPS供電系統(tǒng)

提高UPS設(shè)備本身和IT設(shè)備內(nèi)開關(guān)電源運行效率

4、UPS系統(tǒng)設(shè)置"經(jīng)濟運行"模式

提高系統(tǒng)運行效率(10%~12%左右)

5、采用"機架自主儲能UPS"或"動態(tài)儲能UPS"

去掉傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)，大幅度簡化供電方案，提高系統(tǒng)運行效率.

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UPS電源蓄電池使用壽命短原因分析及預(yù)防措施.

UPS的分類方法多種多樣，按功率大小可以分為大中小三種功率容量;按輸出波形可以分為方波、梯形波或者正弦波;按輸入輸出方式可以分為單相入單相出、三相入單相出或三相入三相出;按工作原理還可以分為動態(tài)UPS和靜態(tài)UPS兩大類。動態(tài)不間斷電源是依靠慣性飛輪存儲的動能來維持負載電能供應(yīng)的連續(xù)性的，這種不間斷電源具有笨重、噪聲大、效率低、切換時間長等缺點，已被靜態(tài)不間斷電源所取代。靜態(tài)UPS以蓄電池組為儲能工具，市電正常時交流市電經(jīng)整流后變?yōu)橹绷麟姴�將電能存儲在蓄電池組中，當市電中斷時再由逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟妬砭S持向負載供電。根據(jù)工作方式的不同，靜態(tài)UPS又可分為后備式UPS、在線式UPS、在線互動式UPS和Delta變換型UPS四種類型，下面分別加以介紹。

1.后備式UPS

后備式UPS主要由充電器、蓄電池、逆變器和變壓器抽頭調(diào)壓式穩(wěn)壓電源四部分組成。后備式UPS的工作原理如圖2所示。后備式UPS具有電路簡單、成本低、可靠性高的優(yōu)點，但是其輸出電壓穩(wěn)定精度差，市電掉電時負載供電有一段時間的中斷。另外受切換電流和動作時間的限制，輸出功率一般較小，一般后備式正弦波輸出UPS，容量在2kVA以下，后備式方波輸出UPS容量在lkvA以下。

圖2　 后備式UPS原理圖

2.在線互動式UPS

在線互動式UPS，與在線式UPS相比，它省去了整流器和充電器，而由一個身兼二職的逆變器/充電器模塊配以蓄電池組構(gòu)成，其原理框圖如圖3所示。

圖3　在線互動式UPS原理圖

在線互動式UPS具有效率高(可達98%以上)、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高的優(yōu)點，但是它大部分時間由市電直接給負載供電，輸出電壓質(zhì)量差，市電掉電時交流旁路開關(guān)存在斷開時間，導致UPS輸出存在一定時間的電能中斷。

3.Delta變換型UPS

Delta變換型UPS又稱串并聯(lián)UPS，它主要由低通濾波器、Delta變換器和主變換器構(gòu)成，其原理框圖如圖4所示。

圖4　 Delta變換型UPS原理圖

Delta變換型UPS的優(yōu)點是：①、負載電壓由主變換器的輸出電壓決定，輸出電能質(zhì)量好。②、主變換器和Delta變換器只對輸出電壓的差值進行調(diào)整和補償，它們承擔的最大功率僅為輸出功率的20%(相當于輸入市電電壓的變化范圍)，所以整機效率高，功率余量大，系統(tǒng)抗過載能力強。③、輸入功率因數(shù)高，可達99%，輸入諧波電流小。但是Delta變換型UPS主電路和控制電路相對復雜，可靠性差。