智能微電網特點及關鍵技術分析

吳佳驁　王世榮　孫赫陽

摘要：在國際能源形勢和國家能源政策的背景下，智能微電網的產生為解決能源危機提供了有效途徑，本文通過對智能微電網的特點和研究關鍵技術進行了集中分析，為其在實際應用中提供了有效的理論基礎和研究方向。

關鍵詞：智能微電網;特點;關鍵技術

中圖分類號：TM727?????????文獻標識碼：A

收稿日期：2020-04-21

作者簡介：吳佳驁（1996-），男，碩士研究生，研究方向：電力變換與新能源開發;王世榮（1962-），男，副教授，碩士研究生導師，研究方向：電力變換與新能源開發。

在全球性能源危機的局勢下，各國都在尋找清潔可再生能源來完善和發展電力系統，近年來我國政府也對電力系統的研究投入了大量的人力物力財力，鑒于我國地廣物博，地域形勢各不相同，電力系統的搭建和配置都面臨著極大的挑戰，這時，智能微電網概念的提出為電力系統的研究提供了一個全新方向，一個微電網系統中可以有多個單獨運行的微電源，彼此之間互不影響，這樣可以有效地利用地形和當地的清潔能源來建設電網系統，使電網的運行更加安全穩定，電能效益更加高效，所以智能微電網的研究勢在必行。

1 智能微電網結構分析

在現有的研究范圍內，微電網可分為交流微電網、直流微電網和交直流微電網[1]。交直流微電網在現實使用中穩定性不易控制，研究尚淺。相比較下，直流微電網，在資金投入相同的情況下，直流微電網可提供的能效高，且在相同條件下，直流微電網的損耗低，便于控制。本文將以直流微電網為研究對象進行分析，直流微電網結構圖如圖1所示。

在直流微電網系統中，直流負荷可以在條件允許（電壓相匹配）的情況下，可以直接接入電網，系統中的微電源、儲能系統裝置等大多數裝置可以通過DC/AC或DC/DC變流器接入電網。為了使系統的有功功率達到平衡，需對母線電壓進行實時調控，這樣，各個模塊之間既獨立運行又相互配合，可以有效的配合當地的地勢和氣候情況，利用當地高產的清潔新能源，來建設適合當地情況的智能微電網系統，再并入大電網使用，不但能夠提高當地供電系統的穩定性，還可以有效的提升電能質量，此舉可以積極響應國家政策并滿足用戶側對電能的需求。在系統運行出現故障時，由于各個模塊的獨立性，不會影響到整個系統的平衡，且容易找到故障點所在，加快了排除故障的時間和能力，對保護整個微電網系統和大電網系統都有著積極的作用。

2 智能微電網特點及關鍵技術分析

2.1 微電網運行特點

智能微電網在運行過程中，通過監測電網系統的運行狀態而做出自身的反應，即微電網可以進行孤島獨立運行，也可以并入大電網運行[2]。當微電網并入的大電網突發故障或無法實現調節內部系統時，微電網系統會自動選擇斷開與大電網的連接，防止發生大的故障產生。在并網運行的過程中，在大電網電壓處于峰值時，微電網向大電網輸送電能，緩解大電網的運行壓力，反之，當大電網峰谷時，大電網向微電網輸電，維持整個供電系統的電能平衡，也排除了由于系統誤動作和電壓降落差過大導致的系統的故障的影響，實時監控整體電網的運行狀態，對大電網起著高效的調節作用。

直流微電網具有如下特點：（1）具有靈活性。直流微電網系統內部可含有多個微電源獨立又統一的控制系統運行，與儲能模塊和負載共同為大電網的穩定運行提供保障，對大電網內部狀態進行分析，可以自身決定與電網之間的連接和關斷，系統結構復雜卻具有極強的控制靈活性。（2）具有高效性和穩定性。鑒于智能微電網與配電網之間的相互協作，能夠實時監控整個系統的運行狀態，在出現故障時，由于微電網模塊之間獨立運行，所以不會產生交叉影響，也能有效地提高系統的穩定性。二者協同運行，彼此之間相互調節，使大電網避免了大量的無功功率損耗，可以有效地提高電能利用率和電能質量，使系統具有高效性。（3）具有經濟實用性。為了貫徹我國減排目標和任務，直流微電網均在當地采用可再生的清潔能源為主要發電能源，既滿足當地電能需求，又減少了遠距離大功率輸電帶來的電能損耗和環境污染，建設過程中利用當地地勢特點，建設有當地特點的微電網系統，能夠有效縮減預算資金投入，具有極好的經濟實用性。

2.2?微電網關鍵技術分析

2.2.1 保護技術

在系統運行時易遇到的問題：（1）微電網系統結構復雜，根據不同的地域氣候選擇搭建不同拓撲結構;（2）系統微電源分別獨立運行，在故障時產生的故障電流各不相同;（3）兩種運行狀態下，產生不同性質的短路電流;（4）在系統內部，短路電流潮流方向雙向;（5）微電網和大電網在遇到故障時，反應速度不同。

為了保證微電網系統的準確運行，應對以上出現的問題，微電網保護技術分析如下：（1）分析系統接地方式，模擬系統故障類型，模擬不同的微電源模塊，針對不同的類型找出故障點，實現點對點的問題解決模式，找到合適高效的解決辦法并加以研究，找出故障類型的預防方法。（2）針對性研究系統故障的識別技術，快速的識別可以幫助系統以最快的速度對故障進行處理;（3）研究多種拓撲結構，要將不同拓撲結構應用在合適的電網系統中，滿足當地應用能力。（4）建立高效智能的通信系統，以解決全天無間斷對系統的監控以及保證在系統運行期間能夠正確識別信息的傳送。

綜上分析，直流微電網的保護技術在基于對故障分析的基礎上，還有著很大的研究空間，在目前的保護技術研究中，有過流保護、差動保護、距離保護、自適應保護、基于智能算法的保護和基于電壓量的保護等，為了系統的安全性，微電網的保護技術研究勢在必行。

2.2.2 控制技術

微電網的控制技術在實際應用中有著重要作用，鑒于微電網系統中分布式電源的獨立性，在系統中應用最廣泛的是控制方式是分層控制，即PQ控制、恒壓恒頻V/f控制、下垂控制三種。

PQ控制應用于變流控制，V/f控制應用于孤島運行狀態中的控制，二者都有控制的局限性。下垂控制可以應用于兩種運行狀態中，既可以實現對系統電壓頻率的協調控制，也可以滿足系統電壓、頻率的輸出特性[3]，有效的控制微電網與大電網之間的切換運行，使切換過程更加平滑，穩定性更高，所以，下垂控制在微電網的應用中使用頻率最高。

2.2.3 微電源接入和反饋技術

微電網的任一微電源都具有獨立性，接入系統后需要對微電源的各個參數進行準確的調控，各個微電源也可以自主調整接入和斷開，這樣的自動化判斷功能能夠有效地滿足微電網發展現狀，體現微電網的智能化。隨著在微電網系統中應用高水平的通信技術，使系統識別信號能力有著顯著增強，也使系統各個模塊能夠得到有效準確的系統運行反饋，很好地提升了系統的自愈性。

3 總結與展望

在國家和政府的有力領導下，我國的減排工作取得了明顯的成果。這離不開微電網在我國的大力發展，本文通過對微電網的特點和研究的關鍵技術分析，能夠在現實中得到有效應用。在保護和控制技術上，更加關注二者的結合應用，在不同的保護技術下應用不同的控制技術，解決母線電壓諧波問題，在未來探尋出更好的技術來完善電網系統。

參考文獻：

[1]簡志惠.一種直流微電網的分層能量管理控制策略研究[D].西南交通大學，2014.

[2]楊俊虎.基于逆變器下垂控制的微電網運行特性及其控制系統研究[D].太原理工大學，2012.

[3]許興柱.微電網中電能質量問題及諧波抑制的研究[D].遼寧工業大學，2016.

Abstract： In the context of international energy situation and national energy policy， the emergence of smart micro grid provides an effective way to solve the energy crisis. This paper focuses on the characteristics and research key technologies of smart micro grid， and provides an effective theoretical basis and research direction for its practical application.

Key words： Smart micro grid; Features; Key Technologies