微電網研究綜述

甘梓寧

摘? 要：微電網是未來智能電網的重要組成部分，微電網的研究與應用是高滲透率新能源接入電網的有效途徑。該文緊緊圍繞微電網特點進行深入細致的研究，主要工作有：總結了微電網的研究現狀及技術發展趨勢，主要包括微電網的協調控制、設備的優化配置以及微電網的功率控制方式，對微電網的形式特點進行介紹，并對相關研究存在的問題進行了總結。

關鍵詞：微電網? 功率控制? 優化配置

當前，化石能源匱乏、環境保護問題突出及城市化進程的需求，促使了以清潔能源發電為代表的分布式電源技術的興起及大力發展。而分布式電源輸出功率固有的波動性、間歇性特點使其無法直接接入配電網，否則會對配電網的可靠性、經濟性以及安全性造成影響。而微電網能夠將這些分布式電源、儲能單元以及負荷進行組網，從而形成一個獨立的小型發—輸—配—用電系統，然后再通過電力電子接口接入配電網，通過對微電網進行優化運行控制，可以大大減小分布式電源輸出功率的波動性對配電網的影響，從而形成“配電網-微電網”良好互動的新型組網形態[1，2]。因此目前世界各國都已相繼開展了對于微電網拓撲、控制以及保護等方面研究。

微電網是未來能源產業的重要發展方向，是對大電網的有益補充，目前己成為電力系統與電力電子領域研究熱點。泛在電力物聯網作為互聯網與電網的融合，微電網對泛在電力物聯網的發展同樣具有推動作用。該文主要介紹微電網及的特點、研究現狀以及其技術發展趨勢。

1? 研究現狀

目前，世界電力行業內還沒有對微電網給出明確而統一的定義，但國內外對微電網的研究已經取得了很大的進展，形成了相關理論知識、仿真及實驗分析、微電網實驗室、示范工程等一系列成果。美國是最早提出微電網概念并著手研究的國家，由一些科技公司主導建立了一批微電網工程，促進了微電網基本控制運行理論的逐步完善，同時還形成了一套比較完整的微電網運營管理規則。能源匱乏的韓國和日本重點針對直流微電網開展研究，研究內容包括如何實現微電網能量供需平衡、能量管理系統和高效功率變流器的設計、微電網如何實現分布式能源與本地配電網互聯等方面[3]。歐洲科技強國對微電網技術的研究更關注微電網是否能保證用戶電能質量，以及如何保證連接微電網的配電網自身穩定性方等方面。2015年6月IEEE在美國亞特蘭大組織召開了第一屆直流微電網國際會議，介紹了直流微電網相關研究技術和工程實踐的最新研究進展。

近年來，我國各大高校及科研院所均對微電網開展了深入研究，國內已建成和在建的微電網示范工程多達數十個。2011年中新天津生態城智能電網綜合示范工程投入運營;2014年廈門大學投運我國第一個太陽能建筑一體化的直流微電網，浙江溫州鹿西島微電網示范工程建成[4];2015年河北電力科技園風、儲、熱一體化示范工程建成，許多技術達到國際先進水平。

由于微電網的組成部分較多，其協調控制技術一直是研究的難點。針對含有多種分布式能源的混合微電網的協調控制策略開展研究，其在并網和離網運行狀態下，研究各接口變換器的協調控制，實現了微網功率平衡、微源的最大功率輸出、交直流母線能量交互最少的運行效果，在微網孤島運行時，研究多種分布式電源的主從控制策略，科學配置可提高系統的穩定性和經濟性。

同時，微電網設備的優化配置問題也得到廣泛研究，通過對系統中各單元經濟性分析，研究容量優化配置、各類型電源及機組最優組合、不同微電源的功率輸出優化分配問題。針對這些研究，已提出采用目標逼近與二次序列相結合的優化規劃求解方法，根據不同的能源類型、負荷類型目標，構建了單目標和多目標微電網容量優化函數，提出了相應的優化算法，還提出了一些最優的經濟調度策略。

微電網并網運行與離網運行時，主電源與從電源的控制方式并不相同。并網運行時，主電源和從電源均采用PQ控制;離網運行時，主電源采用V/f控制，用以維持系統電壓和頻率穩定，而從電源仍然采用PQ控制。由此可知，主電源在不同的運行方式下的控制目標和控制策略各不相同。微電網控制方式也是重點研究內容之一，針對多微電源組成微電網，研究其在并網模式、孤網模式以及過渡模式下的運行、控制和保護策略。

2? 微電網的特點

由于傳統電網為交流網，為了便于連接且不改變原有配電網結構形式，所以微電網中，交流微電網是目前的主要形式。交流微電網中的分布式電源、儲能單元、部分負荷等無法直接與交流母線連接，需通過電力電子變換裝置接入交流母線，再通過公共連接點接入大電網。然而，隨著分布式電源的發展以及電動充電汽車等直流負荷的増加，直流微電網的研究開始活躍。直流微電網中的分布式電源、直流負荷同樣需通過電能轉換裝置接入直流母線，再通過公共連接點與大電網進行連接。直流微電網的系統結構更加簡單，交直流變換裝置減少，成本降低且變換效率更高;并不需要考慮系統中諧波、無功功率補償的影響，直流負荷可直接通過直流微電網供電。

若同一地區有多種分布式能源和負荷，要想獲得最大的經濟效益，需將其分別接入不同供電類型的微電網。所以，將交流微電網與直流微電網互聯構成交直流混合微電網可同時接入包括光伏、風機、儲能裝置、小型發電機、直流負荷、交流負荷等多種交直流能源形式。交直流混合微電網是適應新的分布式電源形式及負荷而建立，圖1為交直流混合微電網拓撲結構圖，其接入電網的形式與交流微電網或直流微電網并無差別，均需通過公共連接點接入大電網。在圖1中，在交直流母線之間安裝電力電子變流器，可以實現交流母線和直流母線之間的能量雙向流動。交直流混合微電網與單一供電形式的微電網相比具有多個優勢。首先，將交直流微電網互聯后，在系統供需功率不平衡時，交直流微電網可互為備用，互相支撐維持系統功率平衡，降低電壓和頻率的波動幅值，減少敏感設備損壞，改善系統的電能質量，保證系統穩定運行。其次，對比相同的交流分布式電源和負荷數量、直流電源和負荷數量，混合微電網顯著地減少了電力電子變流器，確保不同類型的負荷分別接入，增強接入形式的靈活性，降低建設和運營成本。同時，交直流混合微電網的系統范圍和容量相比單一微電網都大，是二者之和;在負荷投切時，引起的波動對系統的沖擊會因為系統容量的增加而得到一定的“稀釋”，提高重要負荷的供電可靠性，這對于整個系統的供電質量都是有利的。同時，交直流混合微電網相比單一微電網還提高了系統的最大接納容量，系統內共同分擔接入容量。

3? 結論與展望

微電網對支撐以分布式能源為主要的多種能源形式及負荷的電網具有重要意義，促進城市區域配電網的發展，其并網特性、柔性電力特性、電能質量定制化、能量信息流等特征在泛在電力物聯網構建中起到重要作用。該文對微網的特點、研究現狀及關鍵技術等進行總結分析，并給出以下建議：（1）隨著技術的發展，微電網的經濟性方面應該得到重視，經濟性的運營方案有待進一步研究和完善，以提高系統的經濟性。（2）互聯變流器接入交直流混合微電網中時，其濾波裝置的設計通常比較簡單無法應對變化多端的運行情況，不能達到足夠滿意的濾波效果，這將影響微電網的穩定運行，因此控制模型應進行改進。

參考文獻

[1] 杜少飛.混合微電網運行模式及切換控制策略研究[D].華北電力大學（北京），2017.

[2] 賈利虎.直流混合微電網拓撲與控制策略研究[D].華北電力大學（北京），2017.

[3] 張偉偉.交直流混合微網三電平變換器控制研究[D].北京交通大學（北京），2015.

[4] 郭雅娟，陳錦銘，何紅玉，等.交直流混合微電網接入分布式新能源的關鍵技術研究綜述[J].電力建設，2017，38（3）：9-18.