智能微电网与分布式电源并入关键技术研究

智能微电网与分布式电源并入关键技术研究

摘要：我国可再生能源发展”十三五”规划指出，要通过不断完善可再生能源扶持

政策，创新可再生能源发展方式和优化发展布局，加快促进可再生能源技术进步

和成本降低，进一步扩大可再生能源应用规模，提高可再生能源在能源消费中的

比重，推动我国能源结构优化升级。但风能、太阳能等可再生能源发、用电存在

间歇性、波动性强，接入电网技术性能差和对电网注入谐波等一系列问题。大量

的分布式电源并入电网以后，改变了传统配电网潮流单向流动的现状，给配电网

带来了很多新的技术问题，如：（1）电网调整问题；（2）继电保护问题；（3）对短路电流水平的影响；（4）对配电网电能质量的影响。而智能微电网的深度

开发和建设则能够有效的解决以上技术问题。智能微电网能够使新能源发电真正

代替现有的火力发电，可以有效地应对未来的能源短缺、环境污染和气候变化问题。

关键词：智能微电网；分布式电源；储能技术；能源管理

一、引言

智能微电网是微网技术的智能化，通过采用先进的电力技术、通信技术、计

算机技术和控制技术将分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统[1]。关键技术主要包括：能量优化调度技术、储能技术、保护控制技术、微电源运行模式的无缝切换技术。智能微电网的特点

主要体现在以下几个方面：（1）采用先进的量测、传感技术进行检测；（2）通

过模型仿真和潮流分析，合理预测和分配电力；（3）对监测状态进行有效控制；（4）接入分布式发电，自适应处理技术；（5）数据到信息的提升，优化运行方式。

二、研究内容

2.1能量优化调度技术

能量经济优化调度是微网研究的重要方面，对于这项技术，国际上很多国家

开展了对微网的研究，并提出了微网的概念和发展目标。近10多年来，微网在

理论和实际应用中均取得了丰硕的成果[2-4]。本研究将从负荷资源性质的角度寻

求优化微网运行的方案。微网中负荷按其可调度性大致可分为3类，即重要负荷，可调整负荷及可平移负荷。电力系统中存在着大量的能与电网友好合作的可平移

负荷，在微网调度中考虑可平移负荷的影响，有利于提高微网运行经济性。

（1）负荷平移

负荷平移流程图如图2-1所示，通过最小二乘法确定电力系统中的可平移负

荷单元数量，采集和分析可平移负荷基础数据，确定目标负荷曲线，建立目标函

数使平移后得到的负荷曲线和目标负荷曲线的吻合度最高，建立可平移负荷模型，利用内点法求解可平移负荷模型，最终得出负荷平移结果。

图2-1 负荷平移流程图

（2）可平移负荷模型求解

可平移负荷模型是一个典型线性约束二次规划问题。常规的二次规划算法有

有效集法、信赖域法和内点法。考虑到可平移负荷模型中优化变量个数较多，规

模较大，因此应采用内点法求解。

2.2储能技术

大容量储能装置在微电网中的作用：1、削峰填谷，减少负荷冲击；2、平抑、

稳定风电或太阳能发电的输出功率；3、改善电能质量；4、充当应急电源。分布

式储能装置主要包括以下几种：抽水储能电站、飞轮发电、压缩控制储能、蓄电池、超级电容、超导储能、电感储能。

本文通过对多种类型的储能进行建模和相关控制策略的研究，通过对各个单

元的分析计算，构建含多种分布式电源的微电网系统平台，仿真分析不同运行控

制方法、不同工况下，储能在微电网稳定运行中的作用。研制储能控制装置，开

发智能算法，以保证储能在微电网中的高效应用。

（1）储能变流器主电路设计

储能变流器主电路为带△/Y0隔离变压器式拓扑，如图2-2所示。主电路系统

主要包括三相逆变桥，LC滤波和△/Y0隔离变压器等[5]。

图2-2 带△/Y0隔离变压器三相逆变器主电路拓扑

储能逆变器控制系统结构框图如图2-3所示。实现储能主电路电压电流采样、数据处理及产生信号的操作，采用总线实现各功能模块间的通信，用于储能单元

与上位机通信。为提高相同直流侧电压下的逆变器输出线电压基波最大值，脉宽

调制方式选用空间矢量脉宽调制。

图2-3 储能逆变器控制系统框图

（2）锁相环的实现

下垂控制是一种基于频率偏差来分配功率的方法，因此需要尽可能提高系统

频率的提取精度。频率的提取主要依靠锁相环技术，其构成一般包括鉴相器、环

路滤波器、压控振荡器及分频器等部分，如图2-4所示。基于瞬时理论的软件锁

相环技术（）是一种依靠dq0坐标系中控制的检测技术，采用这种技术的稳态效

果好，跟踪速度快，其原理如图2-5所示[6]。

图2-4 锁相环基本结构框图

图2-5 软件锁相环技术工作原理图

（3）孤岛微电网下的储能系统并联与冗余技术

通过搭建储能逆变器并联系统实验平台研究分析储能系统并联与冗余技术，

实验平台拓扑结构如图2-6所示，主要包括蓄电池储能，DC/AC逆变器，传输线

路及公共负荷四个部分。储能装置为逆变器直流侧提供平稳的母线电压。储能逆

变器的输出线电压经LC滤波后，通过一定长度的传输线路接入交流母线。电源

由储能单元提供，储能单元由上位机监控，传输线路由RL串联阻抗模拟，公共

负荷为RLC并联型负荷，而且公共负荷可实现负荷阶跃变化并可灵活控制为平衡

和不平衡的情况[7]。

图2-6 实验平台拓扑结构

2.3微电源运行模式的无缝切换技术

并网和孤岛两种运行模式下的无缝切换是微电网中微源的一个重要功能，是

微电网的一大特色，也是微源明显不同于一般分布式电源和并网逆变器的显著特征。微源的无缝切换控制是微电网控制的重要内容之一，是实现微电网灵活运行

的关键课题，直接关系到微电网能否对外部电网的实时状态信息进行快速响应，

从而实现工作模式的灵活转换[8]。

在微源并网和孤岛两种稳态运行模式下，以及两种模式切换的过渡过程中，