微電網(wǎng)構(gòu)成及控制技術(shù)

摘 要：微電網(wǎng)是充分發(fā)揮分布式電源眾多優(yōu)越性的有效途徑之一。該文首先給出微電網(wǎng)典型輻射狀結(jié)構(gòu)，并對微電網(wǎng)構(gòu)成元件分布式電源、儲能裝置、靜態(tài)開關(guān)和電力電子器件進(jìn)行詳細(xì)介紹；其次對微電網(wǎng)控制策略進(jìn)行分類，并闡述了集中控制、分散控制和混合控制各種方法的特點(diǎn)；最后對微電網(wǎng)重要意義進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng) 分布式電源 集中控制 分散控制 混合控制

中圖分類號：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）12（c）-0053-01

隨著對太陽能、風(fēng)能等可再生能源的日益重視，分布式供電系統(tǒng)逐漸增多。大量性能不同、分散的分布式電源簡單并網(wǎng)給電力系統(tǒng)帶來了諸多不良影響，如保護(hù)誤動、電能質(zhì)量不滿足要求和運(yùn)行可靠性下降等。為充分利用分布式電源的優(yōu)越性，將分布式電源、負(fù)荷、儲能以及控制裝置等整合成為單一可控的單元即微電網(wǎng)，既滿足用戶對于電能的需求，又對用戶供應(yīng)冷、熱能。正常情況下微電網(wǎng)與配電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行，配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)微電網(wǎng)快速斷開聯(lián)接孤網(wǎng)運(yùn)行，并繼續(xù)對微電網(wǎng)內(nèi)重要負(fù)荷供電；配電網(wǎng)故障切除后，微電網(wǎng)進(jìn)行同期后重新與配電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行。

1 微電網(wǎng)構(gòu)成

1.1 微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

微電網(wǎng)一般呈輻射狀，經(jīng)一主隔離設(shè)備與上級電網(wǎng)相連，相對于上級電網(wǎng)表現(xiàn)為可控單元，可實(shí)現(xiàn)孤網(wǎng)或并網(wǎng)運(yùn)行及兩種運(yùn)行模式間的無縫切換。

整個(gè)微電網(wǎng)裝設(shè)潮流控制器、保護(hù)協(xié)調(diào)器、能量管理器等控制裝置，能量管理器負(fù)責(zé)接受調(diào)度指令及優(yōu)化微電網(wǎng)運(yùn)行。饋線裝設(shè)熱電聯(lián)供分布式電源，向敏感負(fù)荷和熱負(fù)荷提供電能和熱能，實(shí)現(xiàn)對負(fù)荷的分層分級控制。當(dāng)外部電網(wǎng)發(fā)生故障或電能質(zhì)量不能滿足要求時(shí)，微電網(wǎng)斷開與外部電網(wǎng)聯(lián)接孤網(wǎng)運(yùn)行，微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷全部由分布式電源供電，若不能保持微電網(wǎng)內(nèi)部電能供需平衡，則切除對非敏感負(fù)荷的供電。故障消除后，微電網(wǎng)經(jīng)平滑無縫切換，重新恢復(fù)和外部電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行。

1.2 微電網(wǎng)元件

微電網(wǎng)的元件主要包括：分布式電源、儲能裝置、靜態(tài)開關(guān)和電力電子器件等。

分布式電源指分散安裝在負(fù)荷附近的電源，可分為可再生和不可再生兩類。可再生分布式電源包括風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、潮汐發(fā)電等；不可再生分布式電源包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、柴油發(fā)電機(jī)、燃料電池等。

常用的儲能裝置包括超級電容器、蓄電池、和飛輪儲能等。分布式電源輸出有功功率大于負(fù)荷需求時(shí)，儲能裝置可將多余電能儲存；反之，將儲存電能釋放以維護(hù)系統(tǒng)的供需平衡。當(dāng)微電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，儲能裝置可實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻，保證微電網(wǎng)正常運(yùn)行。

靜態(tài)開關(guān)又名固態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)，在用戶低壓母線處裝設(shè)，用于外部電網(wǎng)與微電網(wǎng)聯(lián)接。靜態(tài)開關(guān)通過測量開關(guān)兩側(cè)電壓、頻率和通過電流，發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量問題、內(nèi)部或外部故障，自動斷開微電網(wǎng)與外部電網(wǎng)聯(lián)接；符合同步并網(wǎng)條件時(shí)，重新將微電網(wǎng)與外部電網(wǎng)聯(lián)接。

電力電子器件主要包括整流器、逆變器、濾波器等，其對分布式電源輸出高頻或直流電能進(jìn)行變換或?yàn)V波，滿足頻率和諧波的要求后送入微電網(wǎng)。

2 微電網(wǎng)控制技術(shù)

良好運(yùn)行控制是實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)諸多技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性的前提和保證，也是微電網(wǎng)研究領(lǐng)域需重點(diǎn)關(guān)注的問題之一。微電網(wǎng)控制必須保證在并網(wǎng)和孤島運(yùn)行方式下，都能控制頻率和局部電壓，使系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行；提供或者吸收電源和負(fù)荷之間的暫態(tài)功率差額；按照系統(tǒng)需要或故障情況，自主平滑地實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)與外部電網(wǎng)分離、并列或兩者間的過渡。按照微電網(wǎng)控制方式，其控制策略可分為三大類主從控制、對等控制和分層控制。

2.1 主從控制策略

主從控制策略可分為單主或多主控制，僅一個(gè)或多個(gè)分布式電源作主控電源，提供參考電壓和參考頻率，由具備較高的旋轉(zhuǎn)備用容量的分布式電源承擔(dān)。孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，主控分布式電源調(diào)整出力實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)電能平衡，同時(shí)保證較高的頻率和電壓質(zhì)量。微電網(wǎng)再次并網(wǎng)時(shí)，主分布式電源使微電網(wǎng)系統(tǒng)的頻率和電壓與孤網(wǎng)運(yùn)行前相當(dāng)，并經(jīng)鎖相環(huán)處理后確保微電網(wǎng)與外部電網(wǎng)同期，實(shí)現(xiàn)平滑、無縫并網(wǎng)。微電網(wǎng)采用單主控制策略時(shí)，對主控分布式電源依賴性較高，而多主控制策略則不存在此問題。

2.2 對等控制策略

每個(gè)分布式電源不區(qū)分主、從關(guān)系，具有同等地位。所有分布式電源均采用下垂控制方法，利用其有功頻率下垂特性將微電網(wǎng)系統(tǒng)不平衡功率動態(tài)的分配給各分布式電源來承擔(dān)，保證孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)微電網(wǎng)內(nèi)電力供需平衡和頻率的統(tǒng)一。該控制策略簡單、可靠，無須電源間的通信協(xié)調(diào)，可實(shí)現(xiàn)分布式電源即插即用，但沒有考慮微電網(wǎng)系統(tǒng)頻率和電壓的恢復(fù)問題。因此，當(dāng)微電網(wǎng)受到嚴(yán)重的干擾或功率缺額較大時(shí)，系統(tǒng)頻率質(zhì)量很難保證，而且再次并網(wǎng)時(shí)微電網(wǎng)沒進(jìn)行同期操作，將對外部電網(wǎng)的頻率和電壓產(chǎn)生一定的沖擊。另外，該控制策略僅對電力電子接口型分布式電源構(gòu)成的微電網(wǎng)系統(tǒng)可行，不適用于逆變型分布式電源與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)并存微電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制。

2.3 分層控制策略

分層控制策略是將控制權(quán)分散到微電網(wǎng)各元件，根據(jù)微電網(wǎng)的調(diào)度自行改變運(yùn)行狀態(tài)的分布式協(xié)調(diào)控制方式，適合微電網(wǎng)靈活多變的運(yùn)行方式、分布式特性及海量的控制數(shù)據(jù)等特點(diǎn)。微電網(wǎng)分層控制策略一般可分為三層控制，頂層的配電網(wǎng)管理系統(tǒng)根據(jù)調(diào)度指令和市場需求對多個(gè)微電網(wǎng)進(jìn)行管理；中間層的微電網(wǎng)中央控制器負(fù)責(zé)優(yōu)化微電網(wǎng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化；下層控制器主要包括分布式電源控制器和負(fù)荷控制器，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)電能供需平衡。

3 結(jié)語

微電網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)分布式電源可靠、高效、優(yōu)質(zhì)供電的一個(gè)重要途徑，是對大電網(wǎng)的有力支撐。在我國能源現(xiàn)狀和電網(wǎng)建設(shè)背景下，發(fā)展中國特色微電網(wǎng)具有重要意義，可克服部分分布式電源間歇性和隨機(jī)性的缺點(diǎn)，提高分布式電源滲透率；既能滿足用戶電能需求，又能供冷、熱，實(shí)現(xiàn)能源高效利用；有助于解決農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)缺電和無電問題；對供電需求進(jìn)行分級管理，可滿足不同用戶對電能質(zhì)量要求；作為備用電源向受端電網(wǎng)提供電能支撐，提高電網(wǎng)抗災(zāi)及災(zāi)后應(yīng)急供電能力。

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