含微源配電網的運行特性研究分析

張洋

摘 要：與傳統大電網發電技術相比，含微源配電網利用可再生能源為主的分布式發電技術，通過并網與離島的自由切換，實現內部電源和負荷的一體化運行，提高系統可靠性，滿足用戶側電能質量及可靠性的需求。微源種類不同，接入電網的方式及控制策略也不相同，對電力系統的影響也隨之變化。微源是現代電能供應的有力補充，含微源的配電網是新世紀電力系統發展的趨勢。

關鍵詞：微源；配電網；運行特性

隨著分布式發電技術日益成熟，微源在電力系統中所占的比重也逐漸增加。微源，是指微電網中靠近用戶側，發電功率在幾KW到幾十MW，可滿足電力系統和用戶某種特殊需求的小型模塊化發電單位，微源的投切以及發電量不受大電網調度的控制。

微源種類較多，大部分的微源均為可再生能源，包括：風電、光伏發電、燃料電池、微型燃氣輪機等電源類型。據美國分布式發電聯合協會（DPCA）研究表明，分布式微源在未來電網的新發電容量份額中至少會占據20%的份額[ 1 ]。

一、含微源配電網運行特征

含微源的配電網內部含有多種微源和儲能裝置對發電系統進行電力供應，一些可再生微源通過能量轉換裝置將自然能轉換成電能被吸收利用，含微源的配電網是一個能夠實現自我控制的小型發配電系統，自身包含負荷監控及保護裝置對自身系統進行管理保護。含微源配電網通過電力電子設備實現自身的靈活控制，在大電網故障期間，可以與大電網斷開，進入離網孤島運行，避免受大電網故障的影響，對電網中的重要負荷的進行持續供電，有助于提高系統可靠性。含微源配電網運行控制方式先進靈活，由于供電與負荷需求的不平衡性，可以實現并網運行與離島運行自由切換，實現內部電源和負荷的一體化運行，提高系統可靠性，滿足用戶側電能質量及可靠性的需求。

含微源配電網的運行特征主要有以下幾點[ 2 ]：

1）配電系統電壓等級低、規模小。

2）電能自我平衡。含微源配電網可以通過微源、電力交換裝置和需求側管理的協調配合，實現電能的自我平衡。并網運行時，優先由內部微源向電網負荷進行供電，離網時，需要對微源及可控負荷進行協調控制，從而實現微電網在孤島狀態下的穩定運行。

3）清潔高效。目前電網中用到的微源單元主要為可再生能源，主要包括風、光、微型燃氣輪機和燃料電池等，清潔環保；此外，實現能源的綜合協調利用（比如冷熱電聯產）可以提高傳統化石能源的利用率，具有很高的經濟環保效益。

4）高供電可靠性。并網運行時，微源可以作為配電網的一個有源負荷進行電力供應，在大電網故障時，退出大電網，進入孤島運行，實現對系統中重要負荷的持續供電，故障解除后重新并網運行，保證供電可靠性。

除此之外，通過通信和自動化調節手段可以實現微源、電力裝置以及用戶之間的的協調配合，因此含微源配電網在運行時還具有高度信息化和自動化的特征。

二、微源接入方式

含微源配電網的運行控制是微電網研究領域中最關鍵的技術，微源的接入和控制方法是電網穩定運行的基礎，配電網的運行控制必須保證微源的接入或者退出不會對電網造成明顯的不良影響，實現并網和孤島兩種運行方式之間的平滑切換，為用戶提供可選擇的優質電能。表1給出不同微源接入電網的方式。

由表1可以看出，電力電子技術的發展對微源并網尤其是逆變環節起著至關重要的作用，利用電力電子設備對微源的控制是電網穩定運行的重要基礎。

三、微源接口控制策略

21世紀初，提出了對微源接口逆變器控制的兩種控制策略：恒功率（PQ）控制和電壓源型逆變器（VSI）控制。隨著逆變器由單臺向多臺協調控制的轉變，VSI控制由開始的恒壓恒頻（Vf）控制，發展為下垂（Droop）控制[ 3 ]。

微源并網運行時，通過公共連接點，來實現含微源的配電網與大電網相連。此時，接口逆變器采用PQ控制，含微源配電網的電壓、頻率由大電網進行控制調節，接口逆變器則按照設定值輸出一定的有功和無功功率。

孤島運行時，含微源的配電網退出大電網，斷開兩者之間的連接，微電網的頻率和電壓則由微源進行控制調節，某些微源將由PQ控制轉為離網時的VSI控制。依據逆變型微源的個數及接口逆變器不同的控制方法，含微源的配電網結構可分為主從結構（Master-Slave Structure）和對等結構（Peer to Peer Structure）。與主從結構相比，對等結構的微網不必完全取決于主逆變型微源的運行狀態，可通過多個逆變型微源的協調配合來提高供電的可靠性，單個逆變型微源加入或者退出電網對系統穩定性會造成較大的影響。

四、總結

隨著微源在電力系統中所占比重的增加，微源入網，實現集中式發電和分布式發電的有機結合是未來電網的發展趨勢。配電網處于電力系統結構的最末端，連接供電側和用戶側，接入微源后電網的結構發生改變，配電網規劃也應相應的進行調整。根據含微源配電網的運行特征及接入控制不同，如何進行合理的微源控制，減少能耗，提高電能質量，保護環境，是未來電力公司亟需解決的問題。

參考文獻：

[1] 廖萍，李興源.實施節能發電調度的研究[J].四川電力技術，2008，31（l）：8-9.

[2] 王成山，肖朝霞，王守相.微網中分布式電源逆變器的多環反饋控制策略[J].電工技術學報，2009，24（2）：100-107.

[3] 張勤，周步祥，等.基于Zbus和前推回代法的配電網潮流計算[J].電力系統及其自動化學報，2012，24（6）：3-77.