（CS24 通用电气（中国）有限公司）

1.概述

随着近年来分布式发电（DG）概念的快速普及，同时以太阳能为代表的DG系统成本的不断下降，发展以居民小区为单位的太阳能DG系统将成为发展可再生能源的一个良好途径。通常所说的太阳能发电系统是利用光生伏打效应（photovoltaic）将太阳光辐射转换成电能，传统的太阳能光伏电池板制作材料为单晶硅或多晶硅，而新型的太阳能电池板使用如碲化镉等非硅基材料制造，也正是这些新材料使得新一代太阳电池板更薄，成本更低，而效率更高。但是即便是采用最新的材料这种转换的效率最高只有百分之十几，仍然处于一个较低的水平，这就要求光伏发出的电能最好能就地消纳。这使得在居民小区中安装DG系统就地给小区提供电能成为较经济的方案。另外，大量分散的DG接入电网也给电网的稳定运行造成一定的压力，因此电网公司对DG的控制策略是并网不上网——即电能不能逆向流回电网。这就要求小区中必须有储能装置在负载低谷的时期将DG发出的电能储存起来，同时还需要一套电能管理系统来调配电能的存储与合理利用。

2.小区电力系统的概念

1）传统小区配电网

居民小区配电网处于配电系统最末端，属于低压配电系统，通常为树形结构，如图1所示。每个小区有一个或几个10kV/0.4kV配电变压器构成整个小区的总电源，变电站的每根0.4kV出线引入楼宇构成户用单相电源，同时也是小区内照明，水泵等公共设施的电源。

2）接入DG和储能装置后的小区电力系统

图1 小区配电网

在传统小区配电网中不存在发电装置，电能仅从电网流向用户端。接入DG后，小区电网形成了一个由发电，用电共同组成的有机系统。小区电力系统与传统的配电网的另一个区别是引入储能装置。DG和储能装置都通过开关接入小区交流母线，它们与配电变压器共同构成小区电源，如图2所示。

3.小区智能电力系统

1）电能管理

整个小区电网受控于一个能量管理系统（EMS），配电网在这个系统中提供电压支撑与主要能源，DG产生的能量作为辅助能源。能量管理系统要在小区电力系统与配电网的连接点安装双向电能表，必须保证小区中DG产生的所有能量都能够在小区内部消纳，不向配电网回流，从而满足并网不上网的要求。小区电力系统的运行可分为以下几种模式：

图2 接入DG后的小区电力系统

① 当DG产生的能量与用户的负载相平衡时，用户所需电能由DG提供。

② 当DG产生的能量超过用户的负载时，超出的这部分能量在能量管理系统的控制下供给水泵、路灯等小区公共设备，还可以用来为电动汽车充电，如果仍然存在超出这些应用的剩余能量，这些剩余的能量将被存入储能装置中，用以调节整个小区的对外负载特性以及作为公共设施的备用电源。

③ 当DG产生的能量不足以满足用户的需要时，小区由配电网和DG同时向用户供电。在DG无法输出能量时，由配电网和储能电源向用户供电。(www.daowen.com)

一般情况下，储能装置仅由DG进行充电，储能装置的容量要根据小区的负载量、负载特性以及DG的能量特性选取。既要保证有足够的容量以满足前述第②点中的能量存储要求，又不能取得过大造成浪费。

在DG系统长时间不能提供能量的情况下，储能装置可由配电网进行充电。

能量管理系统可以根据小区的负载特点优化整个小区电力系统的运行效率，使DG产生的能量得到最大化的利用。

2）保护

小区电力系统中的DG和储能装置都必须配备两种保护功能：

① 系统内部故障保护：这种情况下必须及时切除DG和储能装置与交流母线的连接，这样小区电力系统就退化为传统小区配电网，不影响配电网中原有的继电保护设备动作切除故障。这种保护要求小区电力系统对内部的故障具有极快的检测能力，同时DG和储能装置具有很快的响应能力。

② 孤岛保护：当配电网发生故障切断对小区的供电时，小区电力系统失去电压支撑，这时系统处于孤岛运行状态，系统的电压和频率无法得到保证。这要求DG和储能装置必须具有孤岛保护功能，在孤岛发生时及时切除，储能装置仅保留对路灯等照明设备或应急公共设施的备用供电，如图3所示。这要求储能装置的控制设备具有UPS功能。

图3 孤岛保护后储能装置仅对公共设施供电

3）计费

在小区中建设智能电力系统的投资费用以及日常维护费用可由小区居民分摊承担。小区电力系统可作为一个整体根据配电网向小区提供的电能向电网公司付费，这部分费用可根据每户居民的用电量，DG发出的电能与配电网提供的电能的比例进行合理分配，最终得出每户居民所需要缴纳的金额。

4.结论与展望

小区智能电力系统对于提高配电网、DG系统和储能装置相结合的小区电网的经济运行，改善小区的负载特性有着积极的作用。并且对配电网而言起到减小损耗，提高效率的作用。

文中提出的小区智能电力系统的不足是当系统检测到孤岛时必须将DG和储能装置脱网，这虽然可以将DG和储能对配电网的影响减到最小，但是无法为整个小区提供备用电源。

微网运行是小区智能电力系统的未来目标。在实现这个目标的道路上小区智能电力系统还有许多运行、保护的问题需要研究解决。

（作者：GE中国研究中心 段佳杰、谭卓辉）