微电网潮流问题

微电网的潮流问题
徐航宇
内容
1.微电网产生的背景及定义
2.微电网的结构和特点 3.研究现状 4.潮流问题 5.总结
微电网背景


1）大电网的弊端日益明显： 大电网过去几十年的快速发展，成为主要的电力供应渠道。 但随着社会对电力依赖的增强，电网规模的不断扩大，超大 规模电力系统的弊端也日益显现：成本高，运行难度大，难 以适应用户越来越高的安全、可靠性以及多样化的供电需求。
2）能源短缺： 进入21世纪以来，随着石油价格的日益上涨，世界范围内的 能源供应持续紧张，合理开发利用绿色能源已经成为一个重 要课题。开发利用清洁高效的可再生能源是解决未来世纪能 源问题的主要出路。


3）考虑分布式电源对电网的影响： 分布式发电具有污染少、可靠性高、能源利用效率高、安 装地点灵活等多方面优点，有效解决了大型集中电网的许 多潜在问题。所以，分布式发电被提上了日程。分布式电 源尽管优点突出，但本身存在诸多问题，例如，分布式电 源单机接入成本高、控制困难等。另外，分布式电源相对 大电网来说是一个不可控源，因此大系统往往采取限制、 隔离的方式来处置分布式电源，以期减小其对大电网的冲 击。 此外，IEEE 1547对分布式能源的入网标准做了规定：当 电力系统发生故障时，分布式电源必须马上退出运行。这 就大大限制了分布式能源效能的充分发挥。为协调大电网 与分布式电源间的矛盾，充分挖掘分布式能源为电网和用 户所带来的价值和效益，所以，学者们提出了微电网的概 念。
国外研究现状的比较



美国近年来发生了几次较大的停电事故，使美国电力工业十 分关注电能质量和供电可靠性，因此美国对微电网的研究着 重于利用微电网提高电能质量和供电可靠性。 日本本土资源匮乏，其对可再生能源的重视程度高于其他国 家，但很多新ห้องสมุดไป่ตู้源具有随机性，穿透功率极限限制了新能源 的应用，所以日本在微电网方面的研究更强调控制与电储能。 欧洲希望通过优化从电源到用户的价值链来推动和发展 DERs，以使用户、电力系统及环境受益。欧洲互联电网中 的电源大体上靠近负荷，比较容易形成多个微电网，所以欧 洲微电网的研究更多关注于多个微电网的互联问题。


该模型也反映了微电网与分布式发电得不同： （1）微电网能有效地管理分布式发电。分布式电源DG通 过电力电子接口接入微电网，分布式电源DG的控制速度 更快，短路点故障电流受到限制。从而保证电网运行的灵 活性和稳定性。（2）敏感负荷电源的双重配置，既可以 通过静态开关从公共电网取电，也可以由DG供电，保证 了敏感负荷对电力可靠性和电能质量的要求。（3）敏感 负荷通过静态开关（SS）与公共电网连接，当公共电网 发生故障时，静态开关迅速动作，微电网进入孤网运行， 保证对敏感负荷的持续电力供应。（4）微电网是一个整 体，它的控制保护复杂，传统继电保护原理不适用于微电 网，必需新的保护技术。（5）微电网并网运行模式和传 统分布式发电都与公共电网相连，但微电网PCC处静态开 关（SS）的设置使得微电网对公共电网的影响降至最低。
主要问题的总结
但是，中国微电网的发展尚处在起步阶段，在今后 微电网的研究和发展中，以下几个方面的问题需要 给予更多的关注： （1）微电网中含有多个微电源，各微电源之间的 协调控制是一个需要重点考虑的问题。（2）微电 网中引入了很多先进的电力电子设备，它们大都是 灵活可控的，如何实现对这些设备的智能控制和最 优控制也是一个很重要的问题。 （3）微电网中的 微电源，如风电、光伏发电等，大都采用全控型换 流器，这些电力电子设备的引入很可能会带来一些 谐波方面的问题。

微电网的概念


CERTS给出的微电网定义是：微电网是一种由负荷和微 型电源共同组成的系统，它可同时提供电能和热量；微电 网内部的电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提 供必要的控制；微电网相对于外部大电网表现为单一的受 控单元，并可同时满足用户对电能质量和供电安全等方面 的要求。 微电网从系统观点看问题，将发电机、负荷、储能装置及 控制装置等结合，形成一个单一可控的单元，同时向用户 供给电能和热能。微电网中的电源多为微电源，包括微型 燃气轮机、燃料电池、光伏电池以及超级电容、飞轮、蓄 电池等储能装置。它们接在用户侧，具有低成本、低电压、 低污染等特点。

微电网通过合适的控制策略对微电源及储能装置等 的优化控制，可以为用户提供高质量电能，而上述 装置大多通过电力电子变换器与微电网连接，因此 电力电子变换器是微电网控制的基础，潮流计算方 法必须考虑微电源变换器的稳态潮流模型。目前大 电网系统潮流计算中高压直流输电变换器模型已经 比较成熟，但对微电网中电力电子变换器的稳态潮 流模型研究较少，因微电网系统结构及运行方式的 复杂性，使得微电网中电力电子变换器的稳态潮流 模型建立比较复杂

微电网既可与大电网联网运行，也可在电网故障 或需要时与主网断开单独运行。它还具有双重角 色：对于公用电力企业，微电网可视为电力系统 可控的“细胞”，例如，这个“细胞”可以被控 制为一个简单的可调度负荷，可以在数秒内做出 响应以满足传输系统的需要；对于用户，微电网 可以作为一个可定制的电源，以满足用户多样化 的需求，例如，增强局部供电可靠性，降低馈电 损耗，支持当地电压，通过利用废热提高效率， 提供电压下陷的校正，或作为不可中断电源。 在接入问题上，微电网的入网标准只针对微电网 与大电网的公共连接点(PCC)，而不针对各个具 体的微电源。微电网不仅解决了分布式电源的大 规模接入问题，充分发挥了分布式电源的各项优 势，还为用户带来了其他多方面的效益。

微电网中含有诸如风力发电、光伏发电等多种间歇 性微电源，受自然天气条件影响较大，其微电源间 歇性输出会造成系统潮流的突然变化。目前主要有 两种方法解决间歇性微电源对潮流计算的影响:一种 是利用储能系统与间歇性电源相结合，补偿间歇性 微电源的有功与无功缺额，使其输出保持稳定，此 时系统的潮流计算方法与确定性潮流计算方法一致 另一种则是考虑微电源的随机特性，采用新的潮流 算法对微电网进行考虑微电源间歇特性的潮流计算， 对微电网进行更精确的评估。
微电网的潮流计算问题

潮流计算是微电网分析与控制的基础，是微电网能量管理系统地重要组 成部分。微电网由于运动方式及微电源的多样性等特点使其潮流计算不 同于配电网。配电网内的潮流都是单向流动的，而微电网含有多个微电 源，微电网内的潮流流向不再单一；当微电网并网运行时，潮流从母线 流向负荷，微电源影响着线路潮流的方向和大小，当微电网孤岛运行时， 线路潮流的方向和大小由微电源决定。微电网的这些特点使得微电网潮 流计算更加复杂，为满足为电源分析及控制的需要，必须结合如上特点 对传统配电网络潮流算法进行改进。传统配电网潮流计算的应用前提是 系统中没有PV节点，但对微电网而言，网中各处都可能有发电单元，即 存在多个PV节点，因此，用于配电网的潮流计算方法并不能简单的推广 应用于微电网。再者，微电网中含有输出功率可能快速变动的发电单元 （如光伏发电、风力发电、潮汐发电等），故对潮流计算的实时性性有 要求，需要在线计算出功率需求量。

微电网结构

图中包括3条馈线A，B和C及1条负荷母线，网络整体呈辐 射状结构。馈线通过主分隔装置(通常是一个静态开关)与配 电系统相连，可实现孤网与并网运行模式间的平滑切换。 该开关点即PCC所在的位置，一般选择为配电变压器的原 边侧或主网与微电网的分离点。



图1展示了光伏发电、微型燃气轮机和燃料电池等微电源 形式，其中一些接在热力用户附近，为当地提供热源。微 电网中配置能量管理器和潮流控制器，前者可实现对整个 微电网的综合分析控制，而后者可实现对微电源的就地控 制。当负荷变化时，潮流控制器根据本地频率和电压信息 进行潮流调节，当地微电源相应增加或减少其功率输出以 保持功率平衡。 图1还示范了针对3类负荷的微电源供电方案。①对于连接 在馈线A上的敏感负荷，采用光伏电池供电;②对于连接在 馈线C上的可调节负荷，采用燃料电池和微型燃气轮机混 合供电;③对于连接在馈线B上的可中断负荷，没有设置专 门的微电源，而直接由配电网供电。 这样，对于敏感负荷和可调节负荷都是采用双源供电模式， 外部配电网故障时，馈线A，C上的静态开关会快速动作 使重要负荷与故障隔离且不间断向其正常供电，而对于馈 线B上的可中断负荷，系统则会根据网络功率平衡的需求， 在必要时将其切除。