微電網構成及控制技術

摘 要：微電網是充分發揮分布式電源眾多優越性的有效途徑之一。該文首先給出微電網典型輻射狀結構，并對微電網構成元件分布式電源、儲能裝置、靜態開關和電力電子器件進行詳細介紹；其次對微電網控制策略進行分類，并闡述了集中控制、分散控制和混合控制各種方法的特點；最后對微電網重要意義進行總結。

關鍵詞：微電網 分布式電源 集中控制 分散控制 混合控制

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）12（c）-0053-01

隨著對太陽能、風能等可再生能源的日益重視，分布式供電系統逐漸增多。大量性能不同、分散的分布式電源簡單并網給電力系統帶來了諸多不良影響，如保護誤動、電能質量不滿足要求和運行可靠性下降等。為充分利用分布式電源的優越性，將分布式電源、負荷、儲能以及控制裝置等整合成為單一可控的單元即微電網，既滿足用戶對于電能的需求，又對用戶供應冷、熱能。正常情況下微電網與配電網并聯運行，配電網發生故障時微電網快速斷開聯接孤網運行，并繼續對微電網內重要負荷供電；配電網故障切除后，微電網進行同期后重新與配電網并聯運行。

1 微電網構成

1.1 微電網結構

微電網一般呈輻射狀，經一主隔離設備與上級電網相連，相對于上級電網表現為可控單元，可實現孤網或并網運行及兩種運行模式間的無縫切換。

整個微電網裝設潮流控制器、保護協調器、能量管理器等控制裝置，能量管理器負責接受調度指令及優化微電網運行。饋線裝設熱電聯供分布式電源，向敏感負荷和熱負荷提供電能和熱能，實現對負荷的分層分級控制。當外部電網發生故障或電能質量不能滿足要求時，微電網斷開與外部電網聯接孤網運行，微電網內負荷全部由分布式電源供電，若不能保持微電網內部電能供需平衡，則切除對非敏感負荷的供電。故障消除后，微電網經平滑無縫切換，重新恢復和外部電網并聯運行。

1.2 微電網元件

微電網的元件主要包括：分布式電源、儲能裝置、靜態開關和電力電子器件等。

分布式電源指分散安裝在負荷附近的電源，可分為可再生和不可再生兩類。可再生分布式電源包括風力發電、光伏發電、潮汐發電等；不可再生分布式電源包括微型燃氣輪機、柴油發電機、燃料電池等。

常用的儲能裝置包括超級電容器、蓄電池、和飛輪儲能等。分布式電源輸出有功功率大于負荷需求時，儲能裝置可將多余電能儲存；反之，將儲存電能釋放以維護系統的供需平衡。當微電網孤網運行時，儲能裝置可實現一次調頻，保證微電網正常運行。

靜態開關又名固態轉換開關，在用戶低壓母線處裝設，用于外部電網與微電網聯接。靜態開關通過測量開關兩側電壓、頻率和通過電流，發現電能質量問題、內部或外部故障，自動斷開微電網與外部電網聯接；符合同步并網條件時，重新將微電網與外部電網聯接。

電力電子器件主要包括整流器、逆變器、濾波器等，其對分布式電源輸出高頻或直流電能進行變換或濾波，滿足頻率和諧波的要求后送入微電網。

2 微電網控制技術

良好運行控制是實現微電網諸多技術經濟優越性的前提和保證，也是微電網研究領域需重點關注的問題之一。微電網控制必須保證在并網和孤島運行方式下，都能控制頻率和局部電壓，使系統安全穩定運行；提供或者吸收電源和負荷之間的暫態功率差額；按照系統需要或故障情況，自主平滑地實現微電網與外部電網分離、并列或兩者間的過渡。按照微電網控制方式，其控制策略可分為三大類主從控制、對等控制和分層控制。

2.1 主從控制策略

主從控制策略可分為單主或多主控制，僅一個或多個分布式電源作主控電源，提供參考電壓和參考頻率，由具備較高的旋轉備用容量的分布式電源承擔。孤網運行時，主控分布式電源調整出力實現微電網系統電能平衡，同時保證較高的頻率和電壓質量。微電網再次并網時，主分布式電源使微電網系統的頻率和電壓與孤網運行前相當，并經鎖相環處理后確保微電網與外部電網同期，實現平滑、無縫并網。微電網采用單主控制策略時，對主控分布式電源依賴性較高，而多主控制策略則不存在此問題。

2.2 對等控制策略

每個分布式電源不區分主、從關系，具有同等地位。所有分布式電源均采用下垂控制方法，利用其有功頻率下垂特性將微電網系統不平衡功率動態的分配給各分布式電源來承擔，保證孤網運行時微電網內電力供需平衡和頻率的統一。該控制策略簡單、可靠，無須電源間的通信協調，可實現分布式電源即插即用，但沒有考慮微電網系統頻率和電壓的恢復問題。因此，當微電網受到嚴重的干擾或功率缺額較大時，系統頻率質量很難保證，而且再次并網時微電網沒進行同期操作，將對外部電網的頻率和電壓產生一定的沖擊。另外，該控制策略僅對電力電子接口型分布式電源構成的微電網系統可行，不適用于逆變型分布式電源與傳統發電機并存微電網的協調控制。

2.3 分層控制策略

分層控制策略是將控制權分散到微電網各元件，根據微電網的調度自行改變運行狀態的分布式協調控制方式，適合微電網靈活多變的運行方式、分布式特性及海量的控制數據等特點。微電網分層控制策略一般可分為三層控制，頂層的配電網管理系統根據調度指令和市場需求對多個微電網進行管理；中間層的微電網中央控制器負責優化微電網運行，實現經濟效益最大化；下層控制器主要包括分布式電源控制器和負荷控制器，負責實現微電網電能供需平衡。

3 結語

微電網是實現分布式電源可靠、高效、優質供電的一個重要途徑，是對大電網的有力支撐。在我國能源現狀和電網建設背景下，發展中國特色微電網具有重要意義，可克服部分分布式電源間歇性和隨機性的缺點，提高分布式電源滲透率；既能滿足用戶電能需求，又能供冷、熱，實現能源高效利用；有助于解決農村偏遠地區缺電和無電問題；對供電需求進行分級管理，可滿足不同用戶對電能質量要求；作為備用電源向受端電網提供電能支撐，提高電網抗災及災后應急供電能力。

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