微电网控制方法的研究

微电网控制方法的研究

王绪尹子会王伟胡伟涛杨世博

（国网河北省电力有限公司检修分公司石家庄050070）

摘要：介绍了分布式发电与微电网间的联系和发展，阐释了微电网的基本概念和结构，详细总结了微电网在并网和孤岛运行时的控制方法及其优缺点，最后对微电网其他研究方向进行了探讨。

关键词：分布式发电；微电网；控制方法；研究方向

1引言

在过去的几十年里，随着国民经济的发展，电力需求迅速增长，电力部门大多把投资集中在火电、水电以及核电等大型集中电源和超高压远距离输电网的建设上。但是近年来用电负荷的不断增加，超大规模电力系统的弊端也日益凸显，成本高，运行难度大，并且电网建设没有同步发展，使得远距离输电线路的输送容量不断增大，受端电网对外来电力的依赖程度也不断提高，使得电网运行的稳定性和安全性下降。分布式发电具有污染少、可靠性高、能源利用率高、安装地点灵活等多方面优点，有效解决了大型集中电网的许多潜在问题。

发达国家甚至包括一些发展中国家开始研究并应用多种一次能源形式结合、高效、经济的新型电力技术——分布式发电技术DG（DistributedGeneration），即通过在配电网建立单独的发电单元对重要负荷进行供电，与此同时，通过CPU（power-conditioningunit）和外界电网进行能量交换；由其特点，也形象地被称为分散式发电（DispersedGeneration）或嵌入式发电（EmbeddedGeneration）。随之出现了分布式储能技术（DistributedStorage），通过储能装置储存分布式电源的多余的能量，如超导线圈、储能电容器及储能能力巨大的超级电容器和飞轮等等。

2微电网的基本概念

微电网从系统观点看问题，将发电机、负荷、储能装置及控制装置等结合，形成一个单一可控的单元，同时向用户供给电能和热能。微电网中的电源多为微电源，亦即含有电力电子界面的小型机组（小于100KW），包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池以及超级电容、蓄电池等储能装置。它们接在用户侧，具有低成本、低电压、低污染等特点。微电网可与大电网联网运行，也可在电网故障或需要时与主网断开单独运行。本文可以得出微电网的定义：能量来源主要为可再生能源；发电系统类型可为微型燃气轮机、内燃机、燃料电池、太阳能电池、风力发电机、生物质能等；系统容量为20KW~10MW；网内的用户配电电压等级为380V，或者包括10.5KV；如与外部电网进行能量交换，电压等级由微电网的具体应用等情况而定。

3微电网的基本结构

光伏发电、微型燃气轮机和燃料电池等电源形式，其中一些接在热力用户附近，为当地提供热源。微电网中配置能量管理器和潮流控制器，前者可实现对整个微电网的综合分析控制，而后者可实现对微电源的就地控制。当负荷变化时，潮流控制器根据本地频率和电压信息进行潮流调节，当地微电源相应增加或减少其功率输出以保持功率平衡。

微电网的基本特征，也揭示出微电网中的关键单元：①每个微电源的接口、控制；②整个微电网的能量管理器，解决电压控制、潮流控制和解列时的负荷分配、稳定及所有运行问题；③继电保护，包括各个微电源及整个微电网的保护控制。微电网虽然也是分散供电形势，但它绝不是对电力系统发展初期的孤立系统的简单回归。微电网采用了大量先进的现代电力技术，如快速的电力电子开关与先进的变流技术、高效地新型电源及多样化的储能装置等，而原始孤立系统根本不具有这样的技术水平。此外，微电网与大电网是有机整体，可以灵活连接、断开，其智能性与灵活性远在原始孤立系统之上。

4微电网的控制研究

微电网控制应该保证：1.任一微电源的接入不对系统造成影响；2.自主选择运行点；3.根据故障情况或是系统需要，平滑自主地与电网并列、分离或是两者的过渡转化运行；4.对有功、无功进行独立控制；5.具有校正电压跌落和系统不平衡的能力。由于微电网并网和孤岛运行情况的差异，所以控制方法和策略也不同。

4.1并网运行方式下的控制

并网时微电网通过PCC（公共连接点）点与大电网相连，根据负荷情况与大电网交换功率。频率的调整由大电网完成，但必须有局部电压控制，使各电源之间没有大的无功电流流动，否则DG高渗透率的系统可能会产生电压和无功偏移或振荡。

4.2孤岛运行方式下的控制

4.2.1孤岛运行时传统控制方法

孤岛运行是指主网故障或电能质量不满足要求时，微电网与主网断开形成孤岛运行，由DG向微电网内的负荷供电，可分为计划孤岛和无计划孤岛。

1）微电网系统单主或多主控制方法

仅一个或多个DG的提供参考电压和参考频率。孤岛情况下，微电网控制参考单元的功率实现电力供需平衡，同时保证较高的电压和频率质量。另外，微电网再次并网时，微电网系统的频率和电压可保持在孤岛前的标准，通过锁相环节的控制，确保微电网与主网频率和电压一致，减轻暂态过程波动，基本实现平滑、柔性地并网。

2）微电网系统对等控制方法

所谓下垂控制就是选择与传统发电机相似的频率一次下垂特性曲线作为DG的控制方式，利用频率有功下垂曲线将微电网系统不平衡的功率动态分配给各机组来承担，无须机组间的通信协调，实现了DG即插即用和对等控制的目标，保证孤岛下微电网内电力供需平衡和频率的统一，具有简单可靠的特点。

4.2.2孤岛运行时各微电源的协调控制

由于微电源瞬时功率跟踪能力弱，而逆变器接口电路本身又不能提供任何形式的储能，孤岛运行时，若不外加能量储存装置而突加负载，微电源的实际功率输出不能及时满足负荷功率需求，必然造成暂态功率缺额，引起负载电压暂态降落，响应时间问题常见的解决方案是在微电源直流母线处加装储能装置。储能装置的形式有蓄电池、飞轮等，储能装置本身的控制也是微电网控制研究方向之一。

5微电网控制的研究方向

上面针对微电网在并网和孤岛运行方式下的控制方法进行了详细的描述。虽然在控制方面已经取得了一些研究成果，但是想微电网给人民生活带来更大的利益的话，还要进行很多的研究。微电网控制系统的未来研究方向是：

1）在独立和并网两种运行方式下，已有的频率、电压控制方法在为电网中的适用性校验；

2）不同类型微电源的运行和控制；

3）孤岛、并网模式下，现有CERTS频率、电压控制方法的适用性检验；

4）微电源电压及频率的恢复控制。

参考文献：

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