微电网技术及其应用关键问题综述

摘 要 电力系统运行过程中最受关注的问题是稳定性与安全性，由于分布式电源的不可控性以及随机波动性，对电力系统的稳定性带来很大影响，当前国际上通用的电力标准一般都对分布式电源进行限制和隔离，减少其对电力系统的冲击与影响。微电网是一种能够实现自我控制和保护的自动化系统，是一个完整的电力系统。本文对微电网技术的发展以及应用进行分析和探讨。

关键词 微电网技术；分布式电源；应用

中图分类号 TM7 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2017）182-0092-02

分布式电源是电力系统中电源的一种，指的是在用户现场或者靠近用电现场配置一个功率较小的发电机组，确保配电网的经济运行。关于分布式电源当前并没有统一的定义，一般都认为是为了满足终端用户的特殊用电需求而接载的一个小型供电系统。分布式发电技术的投资较小、环保性高，能够利用一些可再生能源，并且能够对未来的规模较大的电网提供充足的电力支撑，因此分布式电源在电力系统中的应用十分广泛。尽管分布式电源具有很多优势，但是分布式电源在使用过程中也存在一些问题，比如对分布式电源进行控制的难度较大，分布式电源本身就有不可控性，分布式电源的渗透率加高，这些问题的存在，会导致分布式电源对电力系统带来较大的冲击，如果系统出现了故障，则分布式电源一般都是立即退出的，不能与电网进行连接，因此分布式电源就不能发挥相应作用。微电网技术是对分布式电源和电网之间的矛盾进行解决的重要技术，微电网技术的优势体现在自动控制和管理上，能够有效地解决分布式电源存在的各种缺陷。

1 微电网概述

微電网是一种新型的电网结构，其关键字是“微”，即小型电网，与传统的大规模电网相比较而言，其功能性不差，只是规模相对较小。微电网包括几个主要部分，分别是微电源、负荷、储能系统、控制装置，可以实现自我控制、自我保护、自我管理，并且能够和其他的电网实现并网运行，同时也能独立于其他电网运行。在微电网中有多个分布式结构，能够通过开关与常规的微电网进行连接，从而实现对整个电网的控制。在微电网中，就地控制器是一个十分关键的部分，包括分布式电源以及相应荷载，能够实现对微电网的暂态控制，使得微电网的能量高管理变得更加稳定、安全。

从系统角度来看，微电网是一种现代电子技术，可以将各种设备、装置组在一起。对于规模较大的电网来讲，可以将微电网看成是一个可控制的小型电网单元，其反应制动灵敏性更高，能够在较短的时间内就完成对其他装置和设备的控制，并且能够满足外部元件的配电要求。当然，从用户的角度来讲，微电网则可以满足用户的一些要求，尤其是一个个性化需求，例如降低电能损耗、节约成本、提高电压稳定性等，都可以通过微电网技术实现。

正是由于微电网可以与大电网并网运行也能实现独立运行，因此当配电网出现故障的时候微电网仍然能够正常运行，所以提高了电力系统的稳定性，防止由于电力故障导致各种电气设备不能运转。根据当前使用较多的一种关于微电网的定义得知，微电网中的电源可以实现同时提供电力和热力，而且微电源大多是电子型的，具有一定的灵活性，能够确保以一个集成系统运行，正是由于微电源的灵活性，使得整个微电网成为一个可以独立运行的单元，能够提高电器元件对电源的需求。另有学者在对微电网进行研究的时候认为，微电网与主电网之间的关系，是相互联系也相互独立的，当主电网出现故障的时候微电网独立运行，但是当主电网恢复正常之后微电网要及时与配电系统进行连接，保证用户的电力供应一直不间断，提高供电可靠性。因此，微电网技术中避免了传统的分布式电源对配电网带来的负面影响，而且还能对接入了微电网的配电网起到支持作用。

当前我国微电网技术中，应用比较广泛的是功率范围在100kW以下的微型燃气轮机，其转速较高，采用空气轴承，发出的电流信号频率较高，经过交流、直流、交流变化之后可以形成50Hz的工频交流电，并且供给相应的荷载单元使用。但是有一个问题需要注意，传统微型燃气轮机的燃料燃烧时会产生污染环境的气体，因此要摒弃这种方式，可以采用燃料电池，具有高效、低排特点，尤其是对于一些高温环境比较适用，但是燃料电池的价格比较贵，在实际应用中的经济可行性不高，未来还应该要加强对这类电池的研究。

2 微电网的结构

相对于电力系统而言，微电网的独立性更强，每一个微电源都可以实现自主控制，具有即拔即插功能，能实现实时控制，微电网中的每一个电源都能实现对微电网的电压控制、潮流控制，并且能够维持微电网运行的稳定性。在微电网中，配电网与微电网之间如果突然解除连接，则可能会对电网中的设备产生很大的冲击，为了减少这种冲击，则可以对微电网结构进行重新设计，对设备进行分别连接，例如将一些不是太重要的设备连接在同一条馈线上，将一些重要的或者比较敏感的荷载连接在另外的馈线上，对于连接了重要以及敏感荷载的馈线上装设分布式电源、储能元件及相应的控制、调节和保护设备。采用这种结构设计，当微电网与主电网解除连接的时候，隔离装置可以发挥相应作用，确保重要的、敏感的荷载元件依旧可以正常运转。微电网的控制能够主要通过以下几个部分实现。

2.1 微电源控制器

微电源控制器是微电网中的一个重要元件，微电网的控制功能主要依靠微电源控制器实现，通过微电源控制器可以对馈线电流、母线电压级与主电网之间的并网和解网运行进行控制，而且微电源本身能够实现即插即拔，主要是通过就地信号对设备进行控制的，反应时间是毫秒级，十分灵敏。

2.2 饱和协调器

饱和协调器在主电网的故障和微电网故障处理过程中都比较适用，当主电网出现故障的时候，饱和协调器可以将微电网中的一些重要荷载元件与主电网隔离开，在某些情况下，微电网中的一些重要的荷载元件可以暂时降低电压，并且通过系统的一系列补偿措施，使得主电网与微电网不分离。

2.3 能量管理器

能量管理器主要是对系统进行调度的元件，其调度的标准是预先对电压和功率进行设置的数值。

3 微电网的控制与运行方式

3.1 微电网的控制技术

微电网的基本控制功能有：如果微电网中接入了新的电源，要确保原始设备工作情况的稳定，由于微电网本身能够快速地与电网之间进行并网和解网，所以微电网的控制技术更加灵活，能够带来更加良好的控制效能。具体说来微电网控制技术主要有以下几个方面：

第一，基本的有功和无功功率控制。微电网中的微电源大多是电力电子型，因此微电网对电网中的不同性质的功率是分开调节的，例如逆变器主要实现对无功功率的控制，而通过逆变器的电压以及网络电压的相角则可以实现对有功功率的控制。

第二，基于调差的电压调节。在一些规模较大的电网中，各个电源之间的阻抗较大，因此不会出现无功环流现象，但是微电网中的电压整定值相对较小，如果微电网中有大量的微电源接入，而不能进行就地电压控制，则可能会产生电压以及无功振荡，对电压进行控制的要求就是要保证微电网中不会出现无功环流。

因此，要对微电网中微电源所发出的电流进行分析，看电流是属于感性还是容性的，根据电流性质再确定电压整定值，一般产生的电流为容性时，其电压整定值要相应降低，而产生的电流为感性时，其电压整定值要相应升高。

第三，快速负荷跟踪和储能。在一个规模较大的电网中，当接入一个新的荷载时，为了实现能量平衡，则主要是依赖于大型发电机的惯性，此时系统频率略微降低，外界几乎无法察觉，同时，由于微电网中的发电机的惯量相对较小，加上有的电源的响应时间较长，因此当微电网与主电网之间接触连接，分别独立运行的时候，微电网必须要借助蓄电池、超级电容器、飞轮等储能设备，对系统的惯性进行增加，才能确保电网的正常运行。

第四，频率调差控制。当微电网与主电网断开连接独立运行的时候，微电网中各个机组所承担的荷载比例不相同，要通过频率调差控制，对各个机组承担的负荷进行调整，从而使得各个机组得到有效调配，对资源进行充分利用，防止某个机组荷载过大的现象。

3.2 微电网的运行方式

1）微电网的并网运行。微电网的并网运行指的是微电网与主电网进行并网连接运行的方式，要根据微电网中的荷载情况来确定具体的保护方案，同时要根据微电网中负荷对电压变化的敏感度来设置相应的保护装置，例如当配电网中出现故障的时候，要采用高速开关类隔离装置，将微电网中的一些重要的敏感的元件隔离开。此时，微电网中的DR应该要保持闭合状态，确保配电网出现故障之后依旧能够给微电网中的一些重要的负荷进行供电。如果微电网中出现故障，除了进行隔离之外，还应该要及时做好与主电网之间的连接，一旦配电网恢复了正常运转，则还应该要通过测量对电压的幅值和角度进行确定，采用手动或者自动的方式将微电网重新接入主电网中。如果微电网中的微电源数量为一个，则可以采用手动方式重新接入，如果有多个微电源，则可以采取自动方式重新接入。

2）微电网的独立运行。当微电网与主电网独立的时候，为了使得微电网中隔离的故障区域更小，则要对微电网中的保护装置进行有效地协调和分配，从而使得微电网能够独立运行，提高运行效率。当前微电网中的设备大多是电子型设备，当电网出现故障的时候，其发出的故障电流大小不强，不能有效地启动电网保护装置使其制动，对电网进行保护，为了解决这个问题，只能从改变微电网中的保护装置和保护策略着手，例如在微电网中可以采用一些阻抗型、零序电流型、差分型保护装置，对微电网进行保护，另外，还要做好微电网的接地设计，提高微电网继电保护的稳定性与准确性。

4 结论

综上所述，能源危机和环境问题促使我们要不断开发新能源，分布式电源具有较大的空间和前景，但是分布式电源自身的限制决定了要对电网结构进行改善和调整。微电网是一种全新的电网技术，可以实现对多种荷载的电能供给，并且提高电网运行的稳定性，从而实现传统电网向智能电网的过渡。

参考文献

[1]高超，杨其国，李永星.微電网关键控制技术综述[J].自动化技术与应用，2015（3）.

[2]李智，李元林.微型电网关键技术应用综述[J].城市建设理论研究：电子版，2013（20）.

[3]王归新，李杨，王元皓.微电网技术研究综述[J].电源技术应用，2014（7）：31-34.

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