含多種分布式電源的微電網運行控制策略研究

朱 濤

（1.南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211102；2.南京南瑞繼保工程技術有限公司，江蘇 南京 211102）

0 引 言

隨著我國各項經濟建設的發展，人們更加追求高質量、高效率的生活，各種生產活動都需要依托于電能，對電能的需求日益增加。而大電網能源存在成本過高、運行難度大等問題，限制了大電網的普及和廣泛使用，因此很多學者逐步加入到微電網的研究中，其中分布式發電模式得到了廣大學者的認可。

1 微電網的定義和特點

1.1 微電網的定義

結合國內實際情況和國外先進的微電網定義，對我國微電網給出如下定義，微電網是一個配備了儲能裝置、能量轉換、分布式電源、保護裝置和其他負荷與監控裝置的小型配電系統。這樣的一個小型配電系統，不僅能夠做到自我管控和自我保護，而且能夠實現獨立運行和外部其他電網并行[1,2]。有效的電源網絡架構如圖1所示。

圖1 微電網構架

1.2 微電網的特點

我國的微電網分布形式主要有兩種：城市片區和偏遠地區。微電網的特點如表1所示。

表1 微電網的特點

由此可以看出，城市片區微電網是根據城市內各建筑的用途進行微電網的搭建，而且考慮到經濟發達的城市發展需要，優先考慮搭建微電網，并且滿足城市對供電的要求，保證供電的安全性和穩定性。偏遠地區的用電需求不大，在這些地區鋪設高質量的電力系統和設備明顯會增加成本，因此電力系統滿足偏遠地區人們的生活需要和企業生產的需要即可。

2 微電網中常用的分布式電源

微電源是微電網內部結構的重要組成部分，所以在研究微電網之前要了解各微電源的原理以及其特點，微電網常用的分布式電源如表2所示。

表2 微電網常用的分布式電源

2.1 光伏發電系統

光伏發電系統俗稱太陽能發電系統，是利用太陽這種可再生能源進行發電，光伏發電的蓄電池具有安裝面積小、電池內部組成容易、操作和安裝方便、安全系數高、方便清潔、使用壽命長以及沒有任何的噪聲等特點，在我國發電源的研究中占有重要地位，是一項十分成熟的發電技術，運用場景較廣，能幫助我國偏遠地區的人們解決用電的問題，提高人們的生活質量[3]。

2.2 風力發電系統

風力發電就是利用風的動能進行發電，具有環保清潔、可再生能源、動能能量大、環境污染和噪音小的特點。人們在快速發展的過程當中，逐步增加對各項資源的使用，導致世界上資源緊缺，自然生態平衡受到嚴重的影響，因此更多的企業逐漸重視對風能的應用，并且在風力發電上的投入和推廣也逐年增加。

2.3 微型燃氣輪機發電系統

微型燃氣輪機發電系統能夠將液體或氣體的燃料通過燃燒后產生的熱能轉換為機械能達到發電的作用。微型燃氣輪機發電具有效率高、適用情境普遍、持續性發電的特點，是人類文明發展和工業革命的標志性產物，推動人類各項工業的發展，為人類社會的不斷壯大提供主要的能源支持，但是目前存在能源消耗和污染問題，我國也在重點研制高效率、低噪聲、清潔排放的綠色微型燃氣輪機，并且已經取得一定的成果。

2.4 燃料電池發電系統

燃料電池（Fuel Cell，FC）是目前重要的可再生能源之一，具有低噪聲、環保清潔、安裝靈活等優點，被人們廣泛運用到各種領域當中[4]。燃料電池是在風力發電、水力發電、光能發電以及核能發電之后可代替內燃機的動力裝置，并且成為21世紀最有發展潛力和最有吸引力的發電方式之一。

2.5 電能儲能系統

在搭建微電網的過程中，考慮到大部分的分布式電源具有間歇性不穩定的特征，所以在內部建立一個儲能裝置來彌補微電網系統中的不足，保證微電網正常運行和穩定運轉，同時能夠保證微電網輸出質量較高電能。此外，儲能裝置可以平衡微電網系統中用電量和發電量，提高微電網系統的安全性和可控性。因此，在微電網中建立一個儲能裝置，是整個電網系統當中維持正常運行和使用的保障手段。

3 含多種分布式電源的微電網運行控制策略

相對于發電網來說，分布式電源是一個不可控制的因素，想要對其進行調節和控制難度系數較大，所以需要采取限制和分隔的方法對分布式電源進行處理[4]。微電網的提出解決了分布式電源與大電網存在的問題，保證微電網的順利運行和安全，也是微電網重點研究內容之一。逆變器的控制算法如表3所示。

表3 逆變器控制算法概述

3.1 分析微電網的并網運行

并網狀態下的微電網想要維持內部電網功率長期保持在一個平衡狀態，那么只需要將其中分布式能源的功率控制在合理范圍內就可以了。由于電源的電壓和頻率是由大電網進行控制和調節，因此并網狀態下的分布式電源，只需要將逆變器電子設備進行PQ控制就可以讓微電網按照設定的值進行工作。在這個過程當中，當微電網處于并網運行狀態下時，對微電網采取的控制措施，必須嚴格遵守大電網的實際需求和功率、本地微電網的負荷情況以及全面考慮分布式能源的發電能力大小等眾多可能引發的因素，共同對PQ控制下的有功功率和無功功率運行點及各個負荷的運行狀態進行決策，并向微電源控制器（Microsource Controller，MC）和負荷控制器（Load Controller，LC）傳遞微電網中央控制器（Microgrid Central Controller，MGCC）所控制下的運行狀態。

3.2 分析微電網的孤島運行

微電網在進行孤島運行工作時，會斷開與大電網之間的連接，所以想要維持與大電網斷開下的孤島狀態微電網電壓和頻率，就需要使用下垂控制法來控制一個或多個分布式電源逆變器的電壓和頻率。因此，對于孤島運行下的微電網來說，要及時對分布式電源當中承擔維持電壓和頻率的逆變器進行下垂法控制，使其能夠模擬同步電機，實現頻率一次調節，從而在實際的運行過程中能夠實現對負荷變化情況的正確處理與響應。這里需要注意的是，通過下垂法調節，其在一次調節過程中，可以說是有差調節，會導致電能質量的降低，儲能裝置無法正確運行，對微電網的重新并網工作開展是十分不利的。因此，在進行一次調節之后還要對頻率進行二次調節，用這樣的方式實現微電網并網時頻率上達到一致[5,6]。

3.3 分析微電網的運行切換方式

當微電網計劃要開始進行調整或者實際運行情況出現變化時，就必須要對微電網的實際運行狀態進行快速的了解，并且根據實際情況做出相應的調整以及控制措施。當微電網處于并網運行時，需要進行多次孤島檢測，避免微電網突然強行進入孤島運行模式，從而需要對逆變器進行相應的調整和控制。由此也就可以說明，當前狀態下的MGCC必須馬上按照原定計劃及時執行，將已經脫網后的負責維持電壓頻率穩定的分布式電源逆變器調整為下垂控制，其他逆變器繼續PQ控制，必要時也可以通過對LC的控制進行減負荷，以維持孤島的穩定運行。如果微電網由孤島運行切換為并網運行，那么必須通過MGCC啟動并網過程。首先，應該判斷大電網側的電壓幅值是否始終處于合理的范圍之內，是否已經受到外界的干擾；其次，在對微電網的頻率進行連續多次的檢測，在電壓上微電網并網處與大電網側的幅值相同，因此在這個過程中，應當隨時注意微電網是否滿足實行并網的前提條件；最后，假若發現有任何一項數據或設備出現問題，就必須馬上停止并網工作，解決和處理完問題達到并網的條件后再重新開始并網工作。

4 結 論

首先，對我國微電網的定義和特點進行概述，結合地區實際情況合理搭建微電網運行系統，保障人們的生活和各企業的發展。其次，提出了常用的微電網分布式電源運行系統，對建設分布式微電網起到建設性的理論支持。最后，分析了3種微電網的運行模式，為不同種類的分布式電源中微電網的運作和控制方式提出建議。在現代化智能電網系統當中，微電網的搭建有著重要作用，尋求穩定安全的控制和搭建方法是目前我國微電網的重要研究和發展方向。