基于分布式電源的微電網控制與保護研究

虞黎華

摘 要 隨著全球能源和環(huán)境問題的日益突出，電力供應在日常生活中的重要性越來越明顯，但是傳統(tǒng)電網卻存在很大的弊端，因此，微電網技術應運而生。文章從微電網的基本構成出發(fā)，分析了分布式電源的種類和特點，在此基礎上進一步分析了微電網的控制與保護問題，所得結果具有一定的參考價值。

關鍵詞 微電網；分布式電源；控制；保護

中圖分類號 TM6 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）163-0135-01

隨著經濟的不斷發(fā)展，電力供應在日常生活中的重要性日益明顯。電力作為一種清潔的能源，不僅可以解決能源短缺問題，還可以幫助解決日益嚴峻的環(huán)境保護問題，因此，人們對電力的需求也越來越大。經過這些年的不斷發(fā)展，我國基本形成了規(guī)模巨大的集中式大電網，電力需求也在一定程度上得到了滿足。但是，大電網的缺點也是明顯的，那就是一旦發(fā)生故障，影響是巨大的，最明顯的例子就是2008年的南方雪災，那次故障造成了大范圍的停電，嚴重影響了人們的日常生活。因此，需要尋求新的方式作為大電網的補充和改進。

微電網就是為了解決這樣的問題而誕生的，它可以有效的彌補大電網的不足之處，并可以充分挖掘電能的利用方式，最大限度的提高能源的利用率。除此之外，微電網的出現(xiàn)還將促進新能源的利用和智能電網的建設，前景十分看好。

1 微電網的基本定義和構成

微電網的出現(xiàn)也就是近些年的事情，因此到目前為止還沒有形成一個統(tǒng)一的定義。一般而言，微電網通常包括這樣幾層含義：微電網是相對獨立的系統(tǒng)，通常由分布式電源和負荷組成，可以對外界提供電和熱；微電網可以并入外界的大電網中并可以控制；微電網中分布式電源的來源多樣并有相應的能量轉換裝置。根據這樣的定義，一個完整的微電網通常包括3個部分，即分布式電源、電力電子接口設備和儲能裝置，每個部分都包含有不同的設備和系統(tǒng)。

根據電流的形式，可以將微電網劃分為3種類型，即直流微電網、交流微電網和交直流混合微電網。直流微電網的優(yōu)勢是不需要考慮不同電源之間的同步問題，可以簡化控制環(huán)節(jié)，也可以節(jié)約建設成本，缺點是應用受限。交流微電網是目前研究得最多、應用也最為廣泛的微電網，也是目前微電網的主要發(fā)展形式。交直流微電網雖然可以同時向交流和直流負荷提供電能，但是其直流部分也可以當作一個獨特的電源部分，因此本質上還是交流微電網。本文的研究也基于目前應用最為廣泛的交流微電網。

2 分布式電源的種類和特點

分布式電源是微電網中十分重要的一個組成部分，其自身的種類也非常多，根據不同的劃分方法可以將其劃分為不同的種類。根據能源的不同特性，可以將分布式電源劃分為間歇性電源、連續(xù)性電源和儲能裝置；根據能量的來源，可以將分布式電源劃分為水電、火電、風電、太陽能發(fā)電等；根據具體的使用設備來劃分，則有水電機組、火電機組、風電機組、光伏電池、燃料電池、蓄電池等。這些分類也不是單一的，比如間歇性電源就包括風電和太陽能發(fā)電等，連續(xù)性電源就包括水電、火電以及燃料電池等，儲能裝置則包括蓄電池、超級電容器等。

分布式電源的種類雖然很多，但是一般都具有這樣的一些特點：1）與傳統(tǒng)電源相比，分布式電源的能量輸出有限，因此當負荷發(fā)生突變時，其過載能力不足以滿足要求，所以通常需要設置一定容量的儲能設備，以保證微電網內能量的平衡；2）分布式電源的輸出頻率一般各不相同，需要通過一定的整流設備將其頻率進行相應的轉換，統(tǒng)一后再接入母線；3）對間歇性分布式電源而言，由于存在不可控的外在條件，其輸出功率是不可持續(xù)的，因此需要在這些系統(tǒng)中安裝一定的儲能設備，作為后備電源；4）分布式電源的分布廣泛，使用起來方便靈活。

3 基于分布式電源的微電網控制分析

在微電網中，由于存在大量的分布式電源，每種分布式電源都各不相同，其電壓等級區(qū)分得也不是那么明顯，因此控制起來并不容易。另外，由于微電網有2種運行方式，即并網運行和孤網運行方式，在這2種運行方式之間要實現(xiàn)輕松的轉換也不是一件易事。所以微電網的控制問題就比較復雜，需要對傳統(tǒng)的控制方法加以改變才能滿足其要求。

根據微電網運行的要求，結合分布式電源的特點，可以從這樣幾個方面實現(xiàn)微電網的控制，即主從控制、參考電壓控制和智能控制。

3.1 主從控制

主從控制是微電網的一種基本控制方式，可以實現(xiàn)微電網的優(yōu)化管理。這種控制方式通常要設置管理層和實施層，并通過通訊網絡將二者進行連接。管理層位于頂端，主要負責整個微電網的運行管理；實施層則位于底端，主要對分布式電源或負載進行控制。在微電網并網運行時，管理層根據優(yōu)化目標對負載的功率變動做出適當調整，分布式電源通常都按照設定值輸出恒定的有功功率和無功功率，或者通過修改實施層的控制數據實現(xiàn)微電網的優(yōu)化運行。在微電網孤網運行時，管理層則切換到電壓控制模式，并由分布式電源為微電網提供電壓支撐。

3.2 參考電壓控制

參考電壓控制的基本思想是針對微電網孤網運行時，由于此時的參考電壓會消失，所以這個時候需要由分布式電源為微電網提供電壓支撐，并保持微電網的運行，參考電壓控制有著結構簡單、控制直接等優(yōu)點。

3.3 智能控制

隨著分布式電源數量的不斷增加，其控制變得越來越重要，因此智能化的控制方法也是微電網發(fā)展的一個趨勢。所謂智能控制，就是利用人工智能實現(xiàn)對變流器等的有效控制。智能控制可以采用分散式的獨立控制形式，也可以采用人工智能網絡的形式，最終目標都是實現(xiàn)對微電網能量的優(yōu)化管理。

4 微電網的保護分析

過電保護是電力系統(tǒng)中必不可少的部分，微電網也不例外。由于微電網存在2種運行方式，所以要分別從這兩種運行方式來分析其保護問題。

4.1 微電網并網運行時的保護

在微電網并網運行時，相對于主電網來說，微電網的容量是比較小的，此時的故障電流還是比較大，所以此時的保護可以按照傳統(tǒng)的繼電保護來設計。但是，對于個別部分而言，則有可能是雙側電源在供電，所以這些部分的保護就要重新設計了，此時可以采用限時過流保護、電流速斷保護和方向性電流保護等方式。

4.2 微電網孤網運行時的保護

在孤網運行時，由于微電網中分布式電源的種類繁多，每種電源提供的故障電流有限，此時不適合按傳統(tǒng)的方法來設置保護值。有人提出了微電網故障快速檢測方法，其主要原理就是通過檢查分布式電源輸出電壓的擾動情況，判斷是否出現(xiàn)故障，并由故障來確定保護。

5 結論

從微電網的基本結構出發(fā)，分析了分布式電源的種類和特點，在此基礎上進一步分析了微電網的控制與保護問題，所得結果具有一定的參考價值。

參考文獻

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