微电网技术研究及其应用现状

微电网技术研究及其应用现状

作者：王向东

来源：《科学与财富》2015年第30期

摘要：中国的微电网技术发展与分布式发电技术的发展紧密联系，由于分布式电源的多样性及微电网运行方式的复杂性，使得微电网的规划设计和运行调度等方面与传统电力系统有较大区别。本文从结构设计、运行控制、示范工程等3个方面介绍国内外微电网研究的最新进展，最后结合中国未来智能电网建设规划，对微电网技术的发展前景进行展望。

关键词：微电网；分布式电源；综述

微电网是一种将分布式电源、负荷、储能装置、变流器以及监控保护装置有机整合在一起的小型发配电系统。微电网作为配电网和分布式电源的纽带，使得配电网不必直接面对种类不同、归属不同、数量庞大、分散接入的（甚至是间歇性的）分布式电源。凭借微电网的运行控制和能量管理等关键技术，可以实现其并网或孤岛运行、降低间歇性分布式电源给配电网带来的不利影响，最大限度地利用分布式电源出力，提高供电可靠性和电能质量。将分布式电源以微电网的形式接入配电网，被普遍认为是利用分布式电源有效的方式之一。

1 微电网结构

美国电气可靠性技术解决方案联合会（CERTS）提出的微电网概念和结构得到了国内外的广泛承认，是目前最为流行的微电网结构，见图 1。

基本组成部分包括微电源、功率和电压控制装置、公共接入点、断路器及分界开关等。该结构包括了对分布式电源接口、控制和保护的要求。目前中国微电网的研究和应用大都借鉴了其相关设计理念。

按照接入配电系统的方式不同，微电网可分为用户级、馈线级和变电站级微电网。用户级微电网与外部配电系统通过一个公共连接点连接，一般由用户负责其运行及管理；馈线级微电网是指将接入中压配电系统某一馈线的分布式电源和负荷等加以有效管理所形成的微电网；变电站级微电网是指将接入某一变电站及其出线上的分布式电源及负荷实施有效管理后形成的规模较大的微电网。后两者一般属于配电公司所有，是智能配电系统的重要组成部分。

2 微电网运行控制

2.1 微电网中电源数学模型及优化配置

微电网具有网架结构灵活、电源类型多样、控制方式复杂、运行模态多的特点，使得微电网中微电源的数学模型和多种微电源的优化配置具有十分重要的研究意义。首先，微电网中微电源大致可以分为逆变器型微电源和旋转电机型微电源两类，其中既可能包含柴油发电机、微型燃气轮机等易于控制的电源，也可能包含如风力发电机、光伏电池等具有间歇性和不易控制的电源，通常还需要配置各种类型的储能装置。其次，微电网的组网形式多样、网架结构灵活。交直流混合、单相–三相混合、高低压混合等多种网架结构的微电网在国内已有多处试验示范。研究复杂网架结构下，各种分布式电源的容量的优化配置对于微电网的经济运行具有重要的经济价值。

2.2 电力电子技术在微电网中的应用

电力电子技术将成为实现未来智能电网快速、连续、灵活控制的重要技术，电力电子技术在微电网中的应用大体上可以分为 2 大类：1）柔性交流输电（FACTS）技术，如配网静止同步补偿器（STATCOM）、有源滤波器（APF）、动态电压恢复器（DVR）、统一电能质量调节器（UPQC）等装备在微电网/配电网中的应用；2）是微电网内部电力电子并网接口的控制升级和先进控制策略的应用。

以电流源换流器和电压源逆变器为代表的微电源并网电力电子装置的出现，大大提高了系统电压、频率和功率调节的灵活性，并且使微电网可以灵活地选择网内运行频率和运行电压以适应不同的应用场合。

3.3 微电网多源协调控制与能量管理

微电网虽然也是分散供电形式，但它绝不是电力系统发展初期孤立系统的简单回归。微电网采用了大量先进的现代电力技术，如快速的电力电子开关与先进的变流技术、高效的新型电源及多样化的储能装置等。此外，并网型微电网与配电网是有机整体，可以灵活连接、断开，其智能性与灵活性都较高。微电网可以让配电网有更多的自由度来应对不同的运行工况，能量管理策略可以高效的管理微电网与配网间的能量交换，实现分布式能源的最大利用。在网络拓扑上看，多源协调控制与能量管理涵盖设备层的本地控制器与主控层的中央控制器两大部分。

同常规的电力系统相比，微电网中的可调节变量更加丰富，如分布式电源的有功出力、电压型逆变器接口母线的电压、电流型逆变器接口的电流、储能系统的有功输出、可调电容器组投入的无功补偿量、热/电联供机组的热负荷和电负荷的比例等等。通过对这些变量的控制调节，可以在满足系统运行约束的条件下，实现微电网的优化运行与能量的合理分配，最大限度地利用可再生能源。同时，当微电网并网运行时，尤其是在微电网高渗透率情况下，适当的群控策略可以对微电网输出进行有效控制，降低配电系统中的配电变压器损耗和馈线损耗。

3 探讨与展望

微电网作为分布式电源优化集成的一种方式，成为全世界关注的焦点。在中国智能电网的发展中，微电网将占有重要的地位。尽管微电网有很多优点，但在大规模应用之前，还有许多问题需要解决。

1）在微电网规划方面，微电网的网架结构多样、电源特性差异大、应用模式多变、微电网运行和控制复杂，微电网的定容与选址还应与电网规划相协调，以确保电网的安全稳定为前提，同时应注意最大化整合利用微网范围内的多种综合能源并进一步对微电网在偏远地区、城市负荷中心等不同场景下的应用进行细分研究。

2）在供电可靠性和电能质量方面，微电网与配电网既相互影响又相互支撑，且微电网具有可利用的储能装置和控制保护装置实现联络功率平抑和网内局部保护的显著优势。总体来讲，鲁棒性强、灵活可控的微电网及微电网群对配电网供电可靠性和电能质量可起到有益的支撑作用。

3）在微电网经济运营方面，微电网的经济运行目前尚缺乏电力市场运营的大背景，离商业化运营还有一定的距离。但是伴随分布式发电占有率的不断提高和设备成本的下降，微电网经济性也将逐步提高。一些能够被电网和用户认可的运营方案还有待进一步的研究和完善，以实现微电网的高效、经济运行。

4）在微电网仿真分析与示范工程方面，开发适用于我国微电网及分布式发电的分析、计算和仿真工具仍是目前需要重视的重要工作，示范工程应更注重于配网的交互，微网是配网不可分割的一部分，应更正微网即孤网的观点。

可喜的是，近年来国家在不断出台新的政策积极鼓励新能源的发展并且方便新能源接入配电网。尤其是在偏远山区、岛屿等地，微电网的发展解决很多切实的问题，同时也大大提高了当地居民的生活质量。相信中国的微电网技术会走上高速发展的道路。

参考文献

[1] 苏玲，张建华，王利，等.微电网相关问题及技术研究[J].电力系统保护与控制，2010，38（19）：235-238.

[2] 王成山，高菲，李鹏，等.低压微网控制策略研究[J].中国电机工程学报，2012，32（25）：2-8.

[3] 李斌，薄志谦. 智能配电网保护控制的设计与研究[J].中国电机工程学报，2009，29（S1）：1-6.

[4] 杨占刚. 微网实验系统研究[D]. 天津：天津大学.2010.