微電網的基本結構和關鍵技術

陳悅

一、微電網的結構

微型電網相對于大電網來說，從某種意義上講，也可以算是一個孤島電網，微型電網中，包含有多個分布式電源和儲能元件，它通過PCC點和大電網相連，通過系統元器件向大電網負荷供電。分布式電源DG的種類很多，一般有風力發電、太陽能光伏發電、微型燃料電池、微型燃氣輪機等等、小型水電、小型電熱聯產。典型的微型電網基本結構為放射狀，內含A、B、C三條饋線；三條饋線通過PCC點（靜態開關）和配電系統相接；期待實現微電網在孤島模式和并網模式中穩定、平滑、無縫的轉換；以及實現電能的靈活傳輸。饋線A、B兩個重要的負荷均為敏感電源；饋線C是普通電源也是一個非敏感性的負荷。圖中有太陽能光伏電池、微型燃氣輪機及燃料電池3種分布式電源向配電網供電；微電網最強大的地方就在于，當主配網的電能質量下降或不滿足使用需求時，例如主配網故障的時候，微電網能孤島獨立運行，繼續滿足用戶的用電需求。如果微電網自身不能繼續保證優質電能，那么可以斷開C饋線上的負荷，待故障消除，電能質量恢復后，主斷路器重新合閘，繼續保證系統過渡回并網模式。

二、微電網的元件

（1）微型電源。微型電網中的微型電源一般是指，安裝在微電網內部的分布式電源和儲能裝置相結合的裝置，而在實際應用中，分布式電源的種類有很多種，其中主要的有：第一，微型燃氣輪機。微型燃氣輪機的發電效率很高，可以達到30%，一般以天然氣、甲烷、汽油等為燃料；微型燃氣輪機的體積小、質量小、效率高，是目前最成熟的分布式電源。第二，太陽能光伏發電。太陽能光伏電池是將太陽能轉化成電能，十分清潔，毫無疑問是我們發展綠色能源的重要部分，即便現在光纖的制造成本很高，但是其前景依舊非常樂觀。第三，風力發電。風力發電機分為風力機和發電機，風速作用在風力機上，產生了扭力，驅動輪轂旋轉，通過齒輪箱高速軸、剎車和連軸器于異步發電機相連，從而發電運行。第四，微型燃料電池。微型燃料電池是利用富含氫元素的燃料和空氣中的氧氣相結合產生水，氫離子和陽離子的定向移動形成外電流，將化學能轉化成為電能。燃料電池通常分為：燃料處理、化學反應堆以及電力電子換流控制器幾個部分。燃料電池清潔、高效，效率幾乎是傳統電廠的2倍，而產物是清潔的水。燃料電池的安裝周期短、安裝的位置靈活。（2）微型電網的儲能裝置。對于風力發電、太陽能光伏電池來說，他們的輸出受很多的約束，具有明顯的周期性和不可預測性；負荷的隨機性也很大。那么就需要利用儲能裝置來功率的波動。當微電源發出的功率有多余的時候，多余的能量可以儲存在電池中；當微電網處于孤島運行狀態時，儲能設備對其起到一次調頻的作用，是微電網能否正常運行的關鍵因素。

三、微電網的主要技術

（1）微電網的運行。微電網系統有2種運行模式，并網模式和孤島模式。存在著3種狀態：連聯網運行、孤島運行和兩者之間互相切換的暫態。并網模式是指，微電網與大電網并網運行，當微電網自身電能多余時，向大電網供應電能，當自身電能不足時，則由大電網補償微電網。實驗證明：合理的控制策略，可以實現并網和孤島2種模式的平滑過渡及轉化。孤島運行模式是指，當微電網內部的電能質量不合要求或者主電網發生故障時，微電網和主電網斷開，形成孤島運行模式，孤島模式的正常運行，才為系統提供了更好的可靠性。當微電網運行在并網和孤島2種模式之間的暫態時，穩定是最重要的問題。如果在并網模式下運行，微電網吸收或輸出電能，主電網突然故障，微電網由聯網模式突然切換到孤島模式，那么微電網內部產生的電能和負荷間的需求將會不平衡，從而導致系統的不穩定。一般來說，微型電網的主要目標是：調節微電網內饋線潮流，對無功和有功進行獨立解耦控制；調節微型電源接口電壓，維持電壓的穩定；當處于孤網運行模式的時候，能夠保證每個微型電源能快速、正確的響應；根據需求，能自主地實現和主網的分離或者再并網。（2）微電網的控制手段。近幾年來，常用的微電網控制手段方法包括以下幾個：第一，基于電力電子基礎下的即插即用與對等控制。該方法依據控制目標，利用下垂特性曲線對微電網進行控制，將系統內部的功率通過p/f下垂特性分配到每個微電源去，保證其動態平衡，也使得在孤網模式下，微電網內電力供給平衡。但是，該方法不考慮系統內傳統電機的二次調頻問題。當系統遭到破壞或干擾，系統非常難保證系統內部的頻率。第二，微電網功率管理控制。該方法通過對不同模塊的控制，間接對有功和無功的單獨控制，能滿足系統內P/Q、U/F等多種控制的需要；特別在調頻時，使用頻率恢復算法；其次，加入了無功補償器，使得功率管理系統能很好的滿足不同無功功率的需求，并采取了多種控制法。第三，基于多代理技術的微電網控制。這個方法將傳統的電力系統中的多Agent系統應用到微電網控制系統中；多Agent系統具有自治性，可以適應微電網分散控制的需要，提供了可嵌入人工智能化的控制系統。

本文簡單介紹了微電網的基本結構和關鍵技術。對微電網的基本構成進行了簡要的介紹，包括微電網內微型電源種類的介紹，儲能元件的介紹。也對微電網的主要技術進行了介紹，包括對微電網的運行目標、運行特點的介紹。通過本文，對微電網有一個系統的了解。