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摘 要：随着世界能源紧缺、气候变化和环境污染等问题日益严峻，清洁能源的推广应用已成必然趋势。本文从清洁能源与智能电网两方面入手，通过对二者基本含义与分类的概述，将智能电网引入到清洁能源并网研究当中，并对相应的并网控制技术进行了较为详细的分析与阐述，。
关键词：清洁能源；智能电网；并网；控制方法
引言
能源紧缺、气候变化和环境污染问题是21世纪人类所面临的重大课题。目前，全球80%以上的能源消费依赖煤炭、石油、天然气等化石能源，大量温室气体排放带来了气候变化、环境污染等一系列问题，严重威胁了人类社会的可持续发展。新一代的清洁能源的研究与应用成为了必然的发展趋势。但在电网系统运行中，清洁能源受自身随意性、间歇性影响，很容易导致电网电压失衡、系统短路等一系列问题的发生。据此，如何实现智能电网与清洁能源的并网应用已成为当下相关工作人员最亟待解决的问题之一。
1 清洁能源的特点
1.1规模小分布广
以风电场和光伏产业为主要发展方向的新兴清洁能源企业，发电容量普遍较小，最大的风力发电场目前也只能做到600MW左右，仅相当于一个中型火力发电厂的规模。而且，光伏发电场和风力发电厂普遍具有分布面积大，单机装机功率小，厂内总线复杂，故障率较高的现实困难，导致其并网工作难度远超过火力发电厂。
1.2运营成本高
以光伏产业为例，其发综合发电成本每千瓦时远超过1元人民币，而平时工业用电的供应价格也不过1元人民币，这种发电成本下，如果没有政策的反向补贴，光伏电厂难以维持生计。且光伏发电场受到光照度的营销较高，目前在东部地区较重的雾霭影响下，光伏发电场的生存受到较严峻的挑战。生物质电厂也受到燃料成本较高，燃料难以收集等实际困难的影响。风电场也受到了当地风能分布状态的影响。所以，各种新兴的清洁能源的发电成本，受其开机率和固定维护成本和设备折旧的影响，成本往往高于国家电网的收购价格，普遍依靠国家相关补贴生存。
1.3发展潜力大
1.3.1企业投资。目前，特别是水电和风电产业，企业投资的热情日益高涨。诸多企业在当前的短暂困难的表面现象下，看到了产业发展的契机。抢占水能和风能资源，成为了不少资源投资企业最为看重的问题。国家电网除了电网建设，目前最宏伟的战略调整就是从煤炭能源为主的火力发电向风力和水力发电的产业进行转型。目前，国家电网旗下的发电企业中，风力和水力发电的装机容量，已经远超过了火力发电的装机容量。
1.3.2家庭投资。在智能计量技术的支持下，家庭投资储能电站和光伏电站的兴趣大幅度提高。因为在智能计量技术的支持下，夜间的电价远低于日间的电价。所以，不少家庭投资电池储能系统，在夜间储备电能而在日间向电网反馈，这种模式下，不少家庭不但实现了免费用电，还能有所收益。
2 智能电网的基本概述
2.1高级量测体系
这一体系在智能电网中肩负着对双向通信网络的远程调动与监控任务，对系统各关键部分的工作状态起到实时的监测。整个体系的核心是高级数字化仪表设备。
2.2高级配电运行
这一子系统的核心技术为高级配电自动化，它所具备的配电仿真模拟与保护控制功能都为电网的智能化控制与电网自愈功能的实现提供了技术支持。
2.3高级输电运行
这部分技术通过对广域测量系统的合理应用不仅能够实现输电系统乃至变电站的自动化管理与运行，同时还能为智能电网中各相应组成部分提供功能参照与配合。
2.4高级资产管理
这一技术的实现要求系统配备有大量的高级传感设备，这些设备对有关智能电网运行与发展的信息数据进行持续且全面的收集，据此为资产优化与电网战略规划的制定提供可靠的数据支持。
3 基于智能电网的清洁能源并网控制方法
3.1基于电力电子技术的控制方法
风机、光伏电池、燃料电池、储能组件等都需要通过电力电子变换器才能与电网系统相连接。变换器由于其响应速度快、惯性小、过流能力弱等特性，使得其能量管理的控制理念将与常规系统有很大的不同。同时，适用于清洁能源并网中的逆变器除了需要具备常规逆变器的功能以及能够并联运行之外，还需要根据清洁能源的特殊需求具备一些控制功能，例如电压/频率（u/f）控制和有功无功（PQ）控制。基于下垂特性的u/F控制能实现负荷功率变化时不同清洁电源间变化功率的共享，且在清洁能源发电单元孤岛运行时为智能电网系统提供频率支撑；PQ控制可根据实际运行情况实现清洁电源有功和无功功率的指定控制。在基于电力电子技术的控制方法基础上，Katiraei提出了对可调度能源的有功无功潮流控制方法。该方法采用不同的控制模块，分别对有功、无功进行控制，在基于频率下垂特性的基础上加入了频率恢复算法，能很好地满足频率的质量要求。另外，针对并网发电单元中对无功的不同需求，该法采用了3种不同的控制手段，分别基于电压下垂特性、电压调整策略和潮流因子进行校正。算例表明，该法能够增加智能电网控制的灵活性。
3.2基于多代理系统的控制方法
太阳能与风能在时间和地域上具有很强的互补性，风光互补混合供电系统是可再生能源独立供电系统的一种重要形式。采用基于多代理系统的协调优化技术，能够实现风-光发电系统的电压优化控制，保证发电厂电压的稳定与安全，使电网运行可靠平稳。在现代智能电网中，多代理系统由控制代理、发电单元代理、用户代理和数据库代理组成。各代理之间通过TCP/IP协议交换数据，各代理在自身环境中互动，并由控制代理发送主网控制信息至相应的代理。一方面，用户代理传送负荷信息与需求指令至发电单元代理；另一方面，发电单元代理将电能生产信息传送至用户代理。可视化信息平台收集各代理发送的信息以便调度员进行下一步处理。该法兼顾发电单元所需电能质量和能量管理的要求，采用集中管理和分散独立运行相结合的控制策略，运用多代理技术对各个清洁电源、负荷和开关状态进行监控，使得智能电网的信息更容易获取，系统稳定性更容易分析，控制器更容易设计。
3.3基于智能电网的虚拟发电厂控制技术
为适应清洁能源、分布式能源的特性，需要研究结合了电网频率、联络线潮流和电压控制技术、发电预测模型和方法等为一体的高级控制技术。其中，虚拟发电厂技术是解决清洁能源发电接入与控制的有效途径之一。虛拟发电厂技术将配电网中分散安装的清洁电源、受控负荷和储能系统合并作为一个特别的电厂参与电网运行。在虚拟电厂中，每一部分均与能量管理系统（EMS）相连，控制中心通过智能电网的双向信息传送，利用EMS系统进行统一调度协调机端潮流、受端负荷以及储能系统，以达到降低发电损耗、减少温室气体排放、优化资源利用、降低电网峰值负荷和提高供电可靠性的目的。电厂的高级监测功能，测量和计算各节点动态电压以及故障数据，监测系统的异步运行、频率波动、低频振荡、同步发电机短时失磁异步运行等动态过程。虚拟电厂利用PMU技术，可为电网实时动态监控提供信息平台，进一步对互联电网的动态过程特性进行分析和评估，辨识系统的失稳现象，向调度运行部门提供预警、预防控制的在线决策和紧急控制决策，提高电网安全运行水平。
4 结束语
综上所述，在智能电网的支持下，清洁能源虽然具有其非常明显的经济劣势和技术难题，但是，通过合理的政策支持，清洁能源不但能够成为矿石能源枯竭之后的替代品，还可以作为治理大气污染等环境问题的良药。因此，我国在相关领域研究引起工业和学术领域的充分重视。
参考文献
[1]吴贵辉.大力发展清洁能源 推进电力可持续发展[J].电网与清洁能源，2008，09：1-2.
[2]张红光，张粒子，陈树勇，安宁.大容量风电场接入电网的暂态稳定特性和调度对策研究[J]. 中国电机工程学报，2007，31：45-51.
[3]符力文.清洁能源发电并网经济外部性分析及电价形成机制研究[D].华北电力大学，2012.
关键词：清洁能源；智能电网；并网；控制方法
引言
能源紧缺、气候变化和环境污染问题是21世纪人类所面临的重大课题。目前，全球80%以上的能源消费依赖煤炭、石油、天然气等化石能源，大量温室气体排放带来了气候变化、环境污染等一系列问题，严重威胁了人类社会的可持续发展。新一代的清洁能源的研究与应用成为了必然的发展趋势。但在电网系统运行中，清洁能源受自身随意性、间歇性影响，很容易导致电网电压失衡、系统短路等一系列问题的发生。据此，如何实现智能电网与清洁能源的并网应用已成为当下相关工作人员最亟待解决的问题之一。
1 清洁能源的特点
1.1规模小分布广
以风电场和光伏产业为主要发展方向的新兴清洁能源企业，发电容量普遍较小，最大的风力发电场目前也只能做到600MW左右，仅相当于一个中型火力发电厂的规模。而且，光伏发电场和风力发电厂普遍具有分布面积大，单机装机功率小，厂内总线复杂，故障率较高的现实困难，导致其并网工作难度远超过火力发电厂。
1.2运营成本高
以光伏产业为例，其发综合发电成本每千瓦时远超过1元人民币，而平时工业用电的供应价格也不过1元人民币，这种发电成本下，如果没有政策的反向补贴，光伏电厂难以维持生计。且光伏发电场受到光照度的营销较高，目前在东部地区较重的雾霭影响下，光伏发电场的生存受到较严峻的挑战。生物质电厂也受到燃料成本较高，燃料难以收集等实际困难的影响。风电场也受到了当地风能分布状态的影响。所以，各种新兴的清洁能源的发电成本，受其开机率和固定维护成本和设备折旧的影响，成本往往高于国家电网的收购价格，普遍依靠国家相关补贴生存。
1.3发展潜力大
1.3.1企业投资。目前，特别是水电和风电产业，企业投资的热情日益高涨。诸多企业在当前的短暂困难的表面现象下，看到了产业发展的契机。抢占水能和风能资源，成为了不少资源投资企业最为看重的问题。国家电网除了电网建设，目前最宏伟的战略调整就是从煤炭能源为主的火力发电向风力和水力发电的产业进行转型。目前，国家电网旗下的发电企业中，风力和水力发电的装机容量，已经远超过了火力发电的装机容量。
1.3.2家庭投资。在智能计量技术的支持下，家庭投资储能电站和光伏电站的兴趣大幅度提高。因为在智能计量技术的支持下，夜间的电价远低于日间的电价。所以，不少家庭投资电池储能系统，在夜间储备电能而在日间向电网反馈，这种模式下，不少家庭不但实现了免费用电，还能有所收益。
2 智能电网的基本概述
2.1高级量测体系
这一体系在智能电网中肩负着对双向通信网络的远程调动与监控任务，对系统各关键部分的工作状态起到实时的监测。整个体系的核心是高级数字化仪表设备。
2.2高级配电运行
这一子系统的核心技术为高级配电自动化，它所具备的配电仿真模拟与保护控制功能都为电网的智能化控制与电网自愈功能的实现提供了技术支持。
2.3高级输电运行
这部分技术通过对广域测量系统的合理应用不仅能够实现输电系统乃至变电站的自动化管理与运行，同时还能为智能电网中各相应组成部分提供功能参照与配合。
2.4高级资产管理
这一技术的实现要求系统配备有大量的高级传感设备，这些设备对有关智能电网运行与发展的信息数据进行持续且全面的收集，据此为资产优化与电网战略规划的制定提供可靠的数据支持。
3 基于智能电网的清洁能源并网控制方法
3.1基于电力电子技术的控制方法
风机、光伏电池、燃料电池、储能组件等都需要通过电力电子变换器才能与电网系统相连接。变换器由于其响应速度快、惯性小、过流能力弱等特性，使得其能量管理的控制理念将与常规系统有很大的不同。同时，适用于清洁能源并网中的逆变器除了需要具备常规逆变器的功能以及能够并联运行之外，还需要根据清洁能源的特殊需求具备一些控制功能，例如电压/频率（u/f）控制和有功无功（PQ）控制。基于下垂特性的u/F控制能实现负荷功率变化时不同清洁电源间变化功率的共享，且在清洁能源发电单元孤岛运行时为智能电网系统提供频率支撑；PQ控制可根据实际运行情况实现清洁电源有功和无功功率的指定控制。在基于电力电子技术的控制方法基础上，Katiraei提出了对可调度能源的有功无功潮流控制方法。该方法采用不同的控制模块，分别对有功、无功进行控制，在基于频率下垂特性的基础上加入了频率恢复算法，能很好地满足频率的质量要求。另外，针对并网发电单元中对无功的不同需求，该法采用了3种不同的控制手段，分别基于电压下垂特性、电压调整策略和潮流因子进行校正。算例表明，该法能够增加智能电网控制的灵活性。
3.2基于多代理系统的控制方法
太阳能与风能在时间和地域上具有很强的互补性，风光互补混合供电系统是可再生能源独立供电系统的一种重要形式。采用基于多代理系统的协调优化技术，能够实现风-光发电系统的电压优化控制，保证发电厂电压的稳定与安全，使电网运行可靠平稳。在现代智能电网中，多代理系统由控制代理、发电单元代理、用户代理和数据库代理组成。各代理之间通过TCP/IP协议交换数据，各代理在自身环境中互动，并由控制代理发送主网控制信息至相应的代理。一方面，用户代理传送负荷信息与需求指令至发电单元代理；另一方面，发电单元代理将电能生产信息传送至用户代理。可视化信息平台收集各代理发送的信息以便调度员进行下一步处理。该法兼顾发电单元所需电能质量和能量管理的要求，采用集中管理和分散独立运行相结合的控制策略，运用多代理技术对各个清洁电源、负荷和开关状态进行监控，使得智能电网的信息更容易获取，系统稳定性更容易分析，控制器更容易设计。
3.3基于智能电网的虚拟发电厂控制技术
为适应清洁能源、分布式能源的特性，需要研究结合了电网频率、联络线潮流和电压控制技术、发电预测模型和方法等为一体的高级控制技术。其中，虚拟发电厂技术是解决清洁能源发电接入与控制的有效途径之一。虛拟发电厂技术将配电网中分散安装的清洁电源、受控负荷和储能系统合并作为一个特别的电厂参与电网运行。在虚拟电厂中，每一部分均与能量管理系统（EMS）相连，控制中心通过智能电网的双向信息传送，利用EMS系统进行统一调度协调机端潮流、受端负荷以及储能系统，以达到降低发电损耗、减少温室气体排放、优化资源利用、降低电网峰值负荷和提高供电可靠性的目的。电厂的高级监测功能，测量和计算各节点动态电压以及故障数据，监测系统的异步运行、频率波动、低频振荡、同步发电机短时失磁异步运行等动态过程。虚拟电厂利用PMU技术，可为电网实时动态监控提供信息平台，进一步对互联电网的动态过程特性进行分析和评估，辨识系统的失稳现象，向调度运行部门提供预警、预防控制的在线决策和紧急控制决策，提高电网安全运行水平。
4 结束语
综上所述，在智能电网的支持下，清洁能源虽然具有其非常明显的经济劣势和技术难题，但是，通过合理的政策支持，清洁能源不但能够成为矿石能源枯竭之后的替代品，还可以作为治理大气污染等环境问题的良药。因此，我国在相关领域研究引起工业和学术领域的充分重视。
参考文献
[1]吴贵辉.大力发展清洁能源 推进电力可持续发展[J].电网与清洁能源，2008，09：1-2.
[2]张红光，张粒子，陈树勇，安宁.大容量风电场接入电网的暂态稳定特性和调度对策研究[J]. 中国电机工程学报，2007，31：45-51.
[3]符力文.清洁能源发电并网经济外部性分析及电价形成机制研究[D].华北电力大学，2012.