微电网并网控制与保护论述

微电网并网控制与保护论述

摘要：介绍了微电网概述及其发展现状，并对其控制和保护方面进行了分析。

关键词：微电网；控制；保护

中图分类号：tm77

0引言

微电网从系统来看，是将发电机、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。与传统集中式能源供电系统相比，微电网接近负荷，可以减少线损，节省输配电建设投资和运行费用；微电网有以下几方面特点，首先由于分布式电源的灵活性可就地供电，解决了电力系统输配电中存在的一些问题提高了供电可靠性。其次，微电网中电源包括风力发电机、光伏电池、小型燃气轮机以及超级电容等，随着微网的运用有利于可再生能源在我国的发展。再次，微电网采取电能在靠近用户的地方生产并直接为用户供电的方式能够有效减少对集中式大

型发电厂电力生产的依赖以及远距离电能传输、多级变送的损耗，从而延缓电网投资，降低网损有利于建设节约型社会。微电网的特点适应中国电力发展的需求与方向，在中国有着广阔的发展前景。但是微网接入大电网还存在很多问题，如分布式电源供电的可靠性、电能质量和供电效率等问题，为了保证稳定、可靠的系统运行，需要对接入电网的微源发电系统进行有效的控制是解决问题的有

效方法之一。

欧盟把微网定义为：“充分利用一次能源，将小的、模块化的分布式电源互联，能实现冷、热、电联供，配有储能装置，连接到低压配电网的系统”。光伏、燃料电池和微型燃气轮机通过电力电子接口连接到微网，小的风力发电机直接连接到微网，中心储能单元被安装在交流母线侧。美国电气可靠性技术解决方案联合会（certs）和威斯康辛大学定义微网为：“微网是一个由负载和分布式电源组成的独立可控系统，对当地提供电能和热能”。采用微型燃气轮机和燃料电池作为主要的电源，储能装置连接在直流侧与分布式电源一起作为一个整体通过电力电子接口连接到微网。其控制方案相关研究重点是分布式电源的“即插即用”式控制方法。到目前为止，他们不允许微网向大电网供电。日本没有明确给出微网定义，但是在发展微网展示平台方面做出了重要贡献。

2微电网控制与保护的研究

2.1控制

微网运行有三种状态：并网运行、孤岛运行、并网运行和孤岛运行之间转换的过渡过程。为保证微网安全有效的运行，在微网结构和负荷发生变化时仍能发挥最大效能，对微网的控制则显得尤为重要。微网并网模式下的控制技术：微网中微源大多是通过逆变器接入电网的，对微网的控制即转变为对逆变器的控制。而微网是基于不间断电源（ups）并联思想提出来的，在实际中，基于传统发电机系统下垂特性的逆变器并联技术得到了广泛的运用。微网孤岛模式下的控制技术：基于多代理技术的控制策略，该方法将传统

电力系统中的多代理技术应用于微网系统中。微网控制系统使用多代理系统，可以比集中式控制包含更多的信息，在优化方法和决策控制过程上提高效率，由于每个代理都是相互独立的，每一个代理加入电网时，其他代理就会根据所设定的逻辑关系迅速地调整控制策略。但是其优越性仅仅是在管理层面，至于微网电能质量的控制在多代理系统中没有深入。现阶段对多代理系统的研究还不够成熟，没有形成完整的体系，但是其策略还是比较新颖的，应该能够成为日后研究的热点；主从控制，至少应该有一个微源为整个系统提供电压和频率支持，并且电压和频率的变化应该在规定的范围之内；其他微源采用pq控制策略。

一般微网综合控制目标为：

（l）由故障反馈情况或微网自身的需要，与主网之间实现平滑自主的分离、并列或是两者的过渡转化运行，从而保证其在并网和孤岛运行方式之间的平滑、可控的切换，并能灵活调节微网内的馈线潮流对无功和有功进行独立解耦控制，实现不同模式下微网内负荷和微型电源间供需平衡；

（2）确保较大的感性电流环流不会出现在电源之间，因此需调节每个微型电源接口处的电压，保证电压的稳定性；

（3）在孤网运行时确保电压、频率或调差控制微型电源能快速响应并分担由主网提供的负荷。

2.2保护

与大电网不同，微网的保护与运行具有自己的特殊性：

（1）微网潮流

内部的结构决定了微网的双向潮流特性，传统保护中的选择性原则在微网保护中较难满足。微网中一般根据不同电源的特点采取不同的控制方式，对于风力发电和光伏发电这些输出功率受天气影响比较大的电源，若通过配备储能装置的方法使这类电源根据负荷需求调整发电量，则需要配备较大容量的储能装置，这会降低系统的经济性，因此这类可再生能源的目标是保持最大的利用率，分布式电源能输出多少功率就输出多少功率，微网设计时一般会满足此类电源“即插即用”的特点。这就加剧了微网中潮流流动的不确定性，设计保护方法时应尽可能做到不受潮流的影响。

（2）通信

在同等电压等级配电网中一般较少采用基于通信的保护。微网中，故障的判断较为复杂，有时需要利用多点的信息；为了维持微网的稳定，也需要确保故障能够及时地切除。基于通信的保护可以很好地完成这些功能。

（3）dg不同控制方式与保护的对应

dg 的控制是微网控制的基础，目前关于 dg的控制方法的研究比较多，常见的有恒压恒频控制、pq 控制、p-f，q-v 下垂控制、f-p，v-q 下垂控制等。不同方法的控制模块输入量及其所控制dg 的输出量不同，当控制方式中没有加入任何针对故障的模块时，故障情况下，控制方式也会使所控制 dg 的输出量向参考值靠近，从而引起可以用以保护的电气量例如电压、电流等发生失常变化。在对分

布式电源控制方法进行设计时，应该考虑到故障情况并采取必要措施，例如数值限幅，跳闸时间配合等；同时保护方式也应该充分地考虑到dg 控制方式的影响，设计与对应控制方式相协调的保护或是可适用于任何控制方式的保护。

（4）故障切除时间

微网中的分布式电源多采用电力电子接口，这使得微网具有缺少惯性、响应速度快等特点。若采用配电网相同电压等级下的故障切除时间，容易使微网系统失去稳定。故障切除时间还应该考虑到负荷的敏感程度，保证故障切除后系统还能保持稳定。例如，电动机负荷所占的比例越大，临界故障切除时间越短；三相短路故障点离感应电动机负荷点越近，临界故障清除时间越短。

3结论

在能源日益紧缺的背景下，可再生能源、新能源的开发利用普遍受到重视，微网在提高供电可靠性、改善电能质量、节约能源与环保等方面的突出优点都决定了微网的研究具有现实意义和价值，也将是今后电力系统发展的重要课题。

参考文献

[1] 鲁宗相，王彩霞，闵勇等.微网研究综述[j].电力系统自动化，2007，3l（19）：100-107.

[2] 左文霞，李澍霖，等.微电网技术及发展概况[j].中国电力，2009，（7）：26-30.

[3] 盛鹍，孔力，齐智平，等.新型电网—微电网（microgrid）