微电网构成及控制技术

摘 要：微电网是充分发挥分布式电源众多优越性的有效途径之一。该文首先给出微电网典型辐射状结构，并对微电网构成元件分布式电源、储能装置、静态开关和电力电子器件进行详细介绍；其次对微电网控制策略进行分类，并阐述了集中控制、分散控制和混合控制各种方法的特点；最后对微电网重要意义进行总结。

关键词：微电网 分布式电源 集中控制 分散控制 混合控制

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）12（c）-0053-01

随着对太阳能、风能等可再生能源的日益重视，分布式供电系统逐渐增多。大量性能不同、分散的分布式电源简单并网给电力系统带来了诸多不良影响，如保护误动、电能质量不满足要求和运行可靠性下降等。为充分利用分布式电源的优越性，将分布式电源、负荷、储能以及控制装置等整合成为单一可控的单元即微电网，既满足用户对于电能的需求，又对用户供应冷、热能。正常情况下微电网与配电网并联运行，配电网发生故障时微电网快速断开联接孤网运行，并继续对微电网内重要负荷供电；配电网故障切除后，微电网进行同期后重新与配电网并联运行。

1 微电网构成

1.1 微电网结构

微电网一般呈辐射状，经一主隔离设备与上级电网相连，相对于上级电网表现为可控单元，可实现孤网或并网运行及两种运行模式间的无缝切换。

整个微电网装设潮流控制器、保护协调器、能量管理器等控制装置，能量管理器负责接受调度指令及优化微电网运行。馈线装设热电联供分布式电源，向敏感负荷和热负荷提供电能和热能，实现对负荷的分层分级控制。当外部电网发生故障或电能质量不能满足要求时，微电网断开与外部电网联接孤网运行，微电网内负荷全部由分布式电源供电，若不能保持微电网内部电能供需平衡，则切除对非敏感负荷的供电。故障消除后，微电网经平滑无缝切换，重新恢复和外部电网并联运行。

1.2 微电网元件

微电网的元件主要包括：分布式电源、储能装置、静态开关和电力电子器件等。

分布式电源指分散安装在负荷附近的电源，可分为可再生和不可再生两类。可再生分布式电源包括风力发电、光伏发电、潮汐发电等；不可再生分布式电源包括微型燃气轮机、柴油发电机、燃料电池等。

常用的储能装置包括超级电容器、蓄电池、和飞轮储能等。分布式电源输出有功功率大于负荷需求时，储能装置可将多余电能储存；反之，将储存电能释放以维护系统的供需平衡。当微电网孤网运行时，储能装置可实现一次调频，保证微电网正常运行。

静态开关又名固态转换开关，在用户低压母线处装设，用于外部电网与微电网联接。静态开关通过测量开关两侧电压、频率和通过电流，发现电能质量问题、内部或外部故障，自动断开微电网与外部电网联接；符合同步并网条件时，重新将微电网与外部电网联接。

电力电子器件主要包括整流器、逆变器、滤波器等，其对分布式电源输出高频或直流电能进行变换或滤波，满足频率和谐波的要求后送入微电网。

2 微电网控制技术

良好运行控制是实现微电网诸多技术经济优越性的前提和保证，也是微电网研究领域需重点关注的问题之一。微电网控制必须保证在并网和孤岛运行方式下，都能控制频率和局部电压，使系统安全稳定运行；提供或者吸收电源和负荷之间的暂态功率差额；按照系统需要或故障情况，自主平滑地实现微电网与外部电网分离、并列或两者间的过渡。按照微电网控制方式，其控制策略可分为三大类主从控制、对等控制和分层控制。

2.1 主从控制策略

主从控制策略可分为单主或多主控制，仅一个或多个分布式电源作主控电源，提供参考电压和参考频率，由具备较高的旋转备用容量的分布式电源承担。孤网运行时，主控分布式电源调整出力实现微电网系统电能平衡，同时保证较高的频率和电压质量。微电网再次并网时，主分布式电源使微电网系统的频率和电压与孤网运行前相当，并经锁相环处理后确保微电网与外部电网同期，实现平滑、无缝并网。微电网采用单主控制策略时，对主控分布式电源依赖性较高，而多主控制策略则不存在此问题。

2.2 对等控制策略

每个分布式电源不区分主、从关系，具有同等地位。所有分布式电源均采用下垂控制方法，利用其有功频率下垂特性将微电网系统不平衡功率动态的分配给各分布式电源来承担，保证孤网运行时微电网内电力供需平衡和频率的统一。该控制策略简单、可靠，无须电源间的通信协调，可实现分布式电源即插即用，但没有考虑微电网系统频率和电压的恢复问题。因此，当微电网受到严重的干扰或功率缺额较大时，系统频率质量很难保证，而且再次并网时微电网没进行同期操作，将对外部电网的频率和电压产生一定的冲击。另外，该控制策略仅对电力电子接口型分布式电源构成的微电网系统可行，不适用于逆变型分布式电源与传统发电机并存微电网的协调控制。

2.3 分层控制策略

分层控制策略是将控制权分散到微电网各元件，根据微电网的调度自行改变运行状态的分布式协调控制方式，适合微电网灵活多变的运行方式、分布式特性及海量的控制数据等特点。微电网分层控制策略一般可分为三层控制，顶层的配电网管理系统根据调度指令和市场需求对多个微电网进行管理；中间层的微电网中央控制器负责优化微电网运行，实现经济效益最大化；下层控制器主要包括分布式电源控制器和负荷控制器，负责实现微电网电能供需平衡。

3 结语

微电网是实现分布式电源可靠、高效、优质供电的一个重要途径，是对大电网的有力支撑。在我国能源现状和电网建设背景下，发展中国特色微电网具有重要意义，可克服部分分布式电源间歇性和随机性的缺点，提高分布式电源渗透率；既能满足用户电能需求，又能供冷、热，实现能源高效利用；有助于解决农村偏远地区缺电和无电问题；对供电需求进行分级管理，可满足不同用户对电能质量要求；作为备用电源向受端电网提供电能支撑，提高电网抗灾及灾后应急供电能力。

参考文献

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