微电网技术进展及其对实现智能电网的影响

随着传统能源供给的不断紧张，环保压力的不断增大和电力市场对电能质量和供电可靠性要求的不断提高，人们开始对传统发电模式进行反思，并对分布式发电技术（Distributed Generation，DG）进行了重新认识。DG就是将发电设备安装在配电网络或者用户侧的发电技术［1］。因其相对于传统发电技术在提高系统稳定和电能质量方面的潜在价值而受到了越来越多的关注。并结合能源利用率等方面的考虑，人们还由DG进一步引申出分布式供能（DERs）的概念。

DERs就是把太阳能发电设备、小型风力发电机和其它形式的可再生能源发电装置（如地热能和生物质能）、热电存储设备以及可控负荷同采用热电联产技术（CHP）的DG结合起来为用户提供电能和热能的产能技术。从环境保护的角度来看，由于DERs广泛采用了各种提高能源利用率的新技术、新概念，以及突出对可再生能源的利用，它对降低有害气体排放具有明显的意义。分布式功能系统紧邻负荷区，可运用往复式电机、微型燃气轮机和燃料电池通过CHP的形式同时向用户提供电能和热能服务，在提高能源利用率方面具有传统火电厂无法企及的优势。传统的火力发电能源利用率在33%左右，一般CHP的效率在60%左右。而美国UPC （United Power Company）开发出的冷热电联产（CCHP）装置PureComfort能将能源利用率提高到90%，功率达到了500kW。欧盟计划将可再生能源的发电量在2030年从现在的13%提高到26%。从电能安全性角度看，由于分布式供能技术靠近负荷，它可以显著提高相关用户对电能质量和可靠性的要求。此外，在降低输电线路损耗，减缓系统的扩建等方面也具有潜在价值。

尽管DERs具有如此多的优点，但是由于它所涉及的发电设备容量小（2kW~10MW）、数量多，惯性时间常数小，以及广泛使用储能元件等特点，传统的DERs已暴露出许多不足之处。当这些基于电力电子技术的分布式发电设备接入电网的数目达到一定程度时，它们会对电网的暂态稳定产生不良

微电网技术进展及其对实现智能电网的影响Research Progress of MicroGrids and Its Influence on the Realization of SmartGrids

杨柳袁志张晓冬曹敦

四川省电力公司超（特）高压运行检修公司四川成都610041

【摘要】传统的配电网在接入分布式发电机后，分布式发电设备数量的增加将对原有系统在控制和保护方面产生严重影响。微电网就是针对这一问题提出的一种解决方案。要实现微电网安全稳定运行，控制和保护是其中的两个关键问题。本文首先介绍了微电网的基本概念，然后针对微电网的具体特点，阐述了与微电网相关的控制和保护技术的研究进展。最后，通过对比微电网和智能电网的特点，说明了微电网在实现智能电网中的特殊意义。

【关键词】微电网分布式发电控制保护智能电网

【中图分类号】TM727【文献标识码】A

收稿日期：2011-05-15

作者简介：杨柳（1982-），女，助理工程师，主要研究方向：智

能电网技术。

Journal of Shandong Electric Power Coll e ge 第14卷第3期

影响。另外，根据IEEE1547标准，当主网发生故障时分布式电源要与主网隔离。因此，受这些因素的限制，DG和DERs难以发挥它们的潜在价值。为此，针对上述问题，国外专家提出了微电网这一概念。

本文首先介绍了微电网的基本概念，然后针对微电网的具体特点，阐述了微电网关键技术的研究进展。最后，通过对比微电网和智能电网的特点，说明了微电网在实现智能电网中的特殊意义。

1微电网的概念

微电网这一概念的提出还不到十年，并且由于各个国家和地区在阐述微电网这一概念之时，都是着眼于本地区电力系统特点、能源结构和社会条件等诸多因素，所以目前对微电网还没有统一的定义。但一般来讲，微电网就是在配网中接入大量的分布式发电设备如微型燃气轮机、风能发电机、燃料电池和太阳能电池板等，同时还包含储能元件如超级电容、电池和飞轮等，以及负荷来构成一个可控的整体。尽管国内外对微电网还没有形成统一的定义，但他们都认为微电网是建立在DG和DERs基础上的微型电力系统，其共同特点是：

1）处于低压侧（加拿大的微电网包括了位于中压侧的情况），向用户同时提供电能和热能服务；

2）大量的分布式电源或分布式功能系统分布在用户区，他们都通过共同的公共连接端口（Point of Common Coupling，PCC）与电网连接；

3）微电网可以按照相关协议接受调度员调度。但在微电网内部，可通过统一的内部控制中心协调和控制发电设备、储能元件和负荷的运行；

4）配备能量管理系统，应用大量的电力电子元件进行控制，以解决潮流和保护问题；

5）可以并网作为一个有源负荷运行，也能够在系统需要时与之隔离，实现独立运行，并继续对重要负荷提供能量。在主网故障解除后，能够实现无缝再连接；

6）维护简单，具有“即插即用（plug and play，p&p）”的功能。“即插即用”指的是微电源可以根据需要在不改变已有控制和保护方案的基础上，在微电网的任意位置接入电网。

对于系统而言，微电网可以被看成是一个有许多负荷和电源所组成的可控单元。它可作为一个微型电源，也可以为主网提供辅助支撑，如缓解用电高峰时的负荷压力。对用户而言，微电网类似于传统的低压配网，并能同时提供热能和电能服务。另外，用户也可以作为电力市场的参与者，在自身用电较少时，可以将电能卖给电力公司，从而推动电力供应市场化。

基于上述特点，美国、欧盟等地的学者根据本地区实际情况给出了不同的微电网结构，但两者在整体结构和大致功能上都非常为相近。下面以美国电力系统可靠性技术解决方案协会（CERTS）的微电网结构（如图1）为例来阐述相关概念

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图1微电网结构示意图

微电网通过PCC和主网连接起来。图示微电网包含4条馈线A、B、C和D，在节点1、2、3、4、5和6处安装有电源。4条馈线中，除D以外的另外三条馈线都需要对重要负荷供电。在正常运行时，静态开关（Static Switch，SS）闭合，系统与馈线A、B和C的电源和负荷等发生能量交换。当主网发生电压跌落或扰动等情况时，静态开关SS在半个周期内将微电网和主网隔离，而微电网继续对馈线A、B和C上的重要负荷供电，从而提高了系统的可靠性。在整个过程中，馈线D始终与主网连接。

2微电网控制与保护

2.1微电网控制

微电网含有大量的分布式电源，如果采用传统电网集中控制的方法，这必定会增加线路的通信负担，并导致微电网建设成本升高。因此，微电网必须采用分布式控制策略，以达到根据本地信息对设备

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