电力系统规划设计-微网运行与控制

接上篇：电力系统规划设计-新能源并网

微电网，现在无疑是比较前沿的内容，国内这块与国外相比有一些差距。参与做过一些微电网规划，比如三沙岛的，也参观过一些实验室的微电网模型，许继的示范项目，试着总结一二。

一、微电网概述

首先说说分布式能源和微电网的区别吧。

分布式能源（DER）：一般定义为包括分布式发电（DG）、储能装置（ES）和与公共电网相连的系统。其中DG是指满足终端用户的特殊需求，接在用户侧的小型发电系统，主要有内燃机，微型燃气轮机、燃料电池、太阳能、风能等发电系统。

分布式能源有很多优点，比如可实现能源综合梯级利用，弥补大电网稳定性方面不足，环境友好等，但是它的最本质缺点在于不可控和随机波动性，从而造成高渗透率下对电网稳定的负面影响。

所以，分布式能源和微电网的本质区别就在于前者不可控，后者可控。

微电网（MG）把分布式发电、储能装置、负荷通过控制系统协调控制，形成单一可控单元，直接接在用户侧，优点是非常明显的。

微电网的控制模式和策略是里面的关键部分，无论是系统级的主从、对等和综合性控制模式，还是逆变器级的P/Q、U/f、下垂控制，乃至和储能相结合的控制方式，都是微电网的核心部分。而这些，在分布式能源系统里面是不会涉及的。

所以说，很多外面在搞的微网项目，特别是中国人在国外援建，都是在混淆概念，没有控制

系统，其实只能叫做分布式发电（分布式能源系统都算不上）。

所以说微电网的核心在于“自治独立，协调互济”，自治独立指的是微电网具备阻断电网故障影响的能力，使微电网的孤网运行具有不失负荷或者少失负荷；协调互济指的是微电网和主网可以建立互相支援的关系。

国外这块，美国，欧盟和日本研究和应用较为领先，三者之间对于微电网的定义略有区别但不大，国内这块，学校里面天大好像还可以，示范工程许继有两个。

二、微电网的架构

微电网的体系结构一般采用国际上比较成熟的三层结构（许继的示范工程也是如此）：配电网调度层、微电网集中控制层、分布式电源和负荷就地控制层。

这块就不多展开了，比较直白。

三、微电网控制策略

控制策略是微电网的核心关键部分。

微电网的运行分为并网运行和离网运行（孤岛运行），控制策略也是围绕这两种状态和切换过程进行。

微电网控制体系主要如下图所示：

第一层为逆变型电源的逆变器级控制

这一层的控制模式主要分为：恒功率控制(PQ控制)、恒压/恒频控制(V/f控制)和下垂控制(Droop控制)。

恒功率控制(PQ控制)：顾名思义，就是实现有功和无功的控制=参考值。当光伏、风机等分布式发电系统采用最大功率追踪控制时，属于恒功率控制。微电网并网运行时，由电网提供电压和频率参考，各分布式电源一般采用恒功率控制。当然，部分可控型分布式电源也可采用f-P 和V-Q 下垂控制方法，在电网电压幅值和频率降低时，能够支撑电网电压和频率。

恒压/恒频控制(V/f控制)和下垂控制(Droop控制)：

恒压/恒频控制，即控制电压和频率。

下垂控制，则比较重要且复杂些，即选择与传统发电机相似的频率一次下垂特性曲线（Droop Character）作为控制方式，即分别通过P/f下垂控制和Q/V下垂控制来获取稳定的频率和电压，这种控制方法对微网中的微源输出的有功功率和无功功率分别进行控制，无需机组间的通信协调，实现了微源即插即用和对等控制的目标。

微电网孤立运行时，需由微电网内主电源建立电压和频率参考，该层控制可分为主从控制模式和对等控制模式。

在主从控制模式中，微电网内的一个分布式电源(或储能设备)采取V/f 控制，为微电网提供电压和频率参考，而其他分布式电源则采用PQ 控制。

在对等控制模式中，微电网中参与电压、频率调节和控制的多个可控型分布式电源(或储能设备)在控制上都具有同等的地位，通常选择P-f 和Q-V 下垂控制方法，根据分布式电源接入点就地信息进行控制。

与主从控制模式相比，在对等控制模式中采用下垂控制的分布式电源可以自动参与输出功率的分配，易于实现分布式电源的即插即用。

所以一般来说，下垂控制核心在于负荷功率变化时，不同分布式电源的功率自动通信和共享，P/Q控制核心在于根据实际运行情况，对分布式电源有功和无功指定控制。

两者区别已经很清楚了，直观的说一个主要对外，一个主要对内。PQ控制对外用于并网，被处理为一个恒定的功率输出；下垂控制用于孤岛，没有公网的电压频率支撑，要自治地负责系统的电压频率的调节满足要求。

第二层控制

微电网并网运行时，第二层控制的主要目标为降低微电网内可再生能源与负荷的波动对主网的影响，使微电网作为一个友好、可控的负荷接入主网。

通过微电网中心控制器(MGCC)对各分布式电源下发合理的功率指令，通过联络线功率控制可实现这一点。微电网孤立运行时，采用主从控制模式能维持微电网电压和频率恒定，负荷的变化主要由主电源跟随，需要通过MGCC 实现各分布式电源间的功率合理分配。采用对等控制模式时，能同时解决电压频率稳定控制和输出功率合理分配，但这是一种有差控制，负载变化前后系统的稳态电压和频率会有所变化。此时，该层控制的目标主要是恢复微电网电压和频率。

微电网运行模式无缝切换控制也在第二层控制中实现，该部分应具备电网故障检测、微电网与电网同步等功能，并对微电网并网静态开关和主电源控制模式切换进行协调控制。

第三层控制

该层主要为微电网能量管理系统层，通过相应能量优化算法：①确定微电网并网运行时，与大电网之间联络线输出功率参考值(作为微电网第二层控制目标参考值);②在微电网孤立运行时，调整各分布式电源输出功率参考值或下垂曲线稳态参考点和分配比例系数设定等信息，实现微电网经济运行等功能。

这里其实只是简单总结了下微电网的控制模式，在实际运行中和储能模块相结合这块还是非常复杂的，特别是离网控制，涉及稳态，动态和暂态的三态控制，并网控制稍微简单些，只需考虑稳态控制即可。

四、微电网规划

微电网规划这块国内目前也还是慢慢开始做，并不是很成熟。