微電網控制研究綜述

鞏贊超　鞠振河

摘 要：隨著智能電網的普及和應用，電力體系是否穩當和安全也引起人們深思，這時微電網技術應運而生，有效的完善了大電網體系。本文基于對微電網的綜合講解，細致的解釋了微電網的運行控制、提出了三種對微電網的控制方式、剖析了在孤網運行與聯網運行兩種情況下的控制方式，且指出了研究微電網時可能出現的疑惑和問題，更大膽展望了微電網研究的未來發展方向。

關鍵詞：微電網；聯網運行；孤網運行；微網控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.160

1 微網的定義和組成元素

微網是一種小型分散化、模塊式的供能網絡，依靠分布式發電技術，主要運用于一些小型電站和一些分散型資源，由能源梯級利用技術與結合終端用戶電能質量管理組成。同時它也是組成智能電網的關鍵部分，不僅可以使負荷與內部電源協調運作，而且主電網還能對其調整控制，使之完美接入或實現自主工作，從而達到客戶要求的電能質量、安全性以及可靠性[1]。概括的講，微網是一種結合了分布式電源、可控負荷和儲能系統等的分布式發電系統。它的分布式電源包含：光伏、小規模風電、水電、生物質、CHP等，電能儲蓄指飛輪、儲能電池、壓縮空氣及超級電容器等，熱能儲蓄還能改變負荷曲線等。

在實際的應用中，微網負責的是配電網的中低壓測，因為它有操作簡單、容易接入等優點，但是它也有很多不足，比如說：偶爾擾亂周圍用戶、內部問題停止工作、難以綜合完善能源等，這不僅加深了電網的協調難度，也限制了微電網前進的腳步。它有兩類運行模式，分別是孤網運行與聯網運行，而后者又包含獨立和并網這兩情況。如果是并網的運行模式，那么大部分是和低、中壓配電網一起工作，相互依存，完成能量的相互轉化。萬一外部電網出現問題，立即能變成單獨工作狀態，實現對微電網的繼續供電，完成兩種工作模式的完美轉變[2]。在偏遠地區或者海島等地區，我們可以使用獨立型微電網，這種微電網不與常規電網對接，而是憑它自己的分布式能源來提供給微電網它需要的負荷量。如果網內還有可再生分布式能源時，大部分都要用到配置儲能體系來維護負荷和電源的功率平衡，這樣也能讓再生能源的作用得到充分發揮。

2 微網控制的重要途徑

研究微電網的時候，很重要的一步就是對微電網的運行控制。其最低要求包括[3]：可以平衡微電網的負荷及發電出力；接入其它微電源時對原有微電網體系不會產生影響；可以自主調節系統不平衡及電壓跌落；可以在聯網模式及孤網模式之間進行無縫轉化等。

當下有三種微電網的控制途徑：一種是以“對等”定義及電力電子技術“即插即用”為基礎的控制途徑[4]。這是利用發電機的下垂特征讓每個機組都承受其不平衡的功率動態，此方法不復雜卻十分可靠，很容易完成。一種是以多代理技術為基礎的運行控制，這是借鑒的計算機研究中的多代理技術，利用代理自發、自主性等特征來達到微電網分散控制的目標。剩下一種是以能力管理體系為基礎的運行控制[5]，利用不一樣的控制板塊進行無功及有功的控制，力求達到微電網多種控制的目標。因為微網有孤網運行及并網運行這兩種運行方法，所以運行控制途徑并不完全一樣。

2.1 并網運行情況下的控制運行

在這種情況下，微網一般是利用公共并網點和大網點對接，多用經典的PQ控制途徑，按照不變的聯絡線功率交換方式來完成有功控制，但調頻是大電網來完成。而微電網此時也需要具備局部無功電壓的控制技術，以盡力平衡為指導思想，最大化的降低主網和微電網之間、各電源間的無功功率交換頻率，以防電壓的振蕩及越限。

2.2 孤網運行情況下的控制運行

2.2.1 下垂控制

交流電源到母線的功率傳輸特征決定了下垂這一特征，電源的無功與有功和它輸出電壓的幅值與相位相一致，所以如果我們想要知道電壓與頻率的參考值，能從計算電源的無功與有功效率入手，同時也能利用調節電壓與頻率控制無功與有功。下垂控制指的是被簡化成逆變電源的的不同分布式電源，通過測出其輸出功率，利用下垂特征得到電壓指令值及各自頻率，再來調整自身的輸出電壓的幅值及相位，從而完成要求的無功合理分布及系統的有功平衡。

2.2.2 多主控制與單主控制

多主控制與單主控制是由下垂控制途徑指出的，主要用來進行微網控制，由一或多個分布式電源為其提供參考頻率與電壓。分布式電源在并網運行時使用的是PQ控制，但可能會由于一些原因造成它變成孤網運行，此時，一些分布式電源就變成了下垂控制，提供它以微電網的系統頻率與電壓，且根據功率實現無功和有功平衡。當微電網又并網時，它的電壓與頻率依舊維持在孤網前水平，由于控制環節層層相扣，所以能夠保證微電網電壓與頻率能跟上大電網，降低時間段中的波動頻率。

2.2.3 多代理控制

多代理控制是指利用多代理技術將PQ控制方式運用于微電網的整體控制。多代理體系是種智能化體系，可以及時覺察周圍環境變化及滿足工作條件需要，它的基本單位是代理。代理與代理間可以互相交流和合作。根據微電網的組成元素可以把多代理控制下的代理劃分為：分布式電源代理、負荷代理、微電網總控制代理及局部控制代理。這里面的核心代理是微電網總控制代理，它負責收集各局部控制代理的信息，并向它們發布控制命令。

3 結束語

我們應該怎樣推進微電網技術及其應用呢？我認為我們可以從以下幾點入手：（1）微電網和它接入配電體系的規劃；（2）微電網對它接入配電系統的影響和它的運行特征；（3）微電網的能量管理和仿真分析；（4）微電網的保護和運行控制。我們只有解決了以上幾點，才能保證微電網得到真正可靠和經濟的運行。我在上文中也寫到了一些控制的方式可以來化解控制過程可能會出現的問題。

參考文獻：

[1]王成山.微電網專題介紹[J].電機工程學報，2012，32（25）.

[2]魯宗相，王彩霞，閔勇等.微電網研究綜述[J].電力系統自動化，2007，31（19）：100-107.

[3]紀明偉，張興，楊淑英.基于電壓源逆變器的微電網控制策略[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2009，32（11）：1678-1682.

[4]吳蓓蓓，蘇建徽，張軍軍等.用于微電網孤島運行的逆變電源控制方法[J].電力系統及其自動化學報，2011，23（01）：1-5.endprint