微电网的基本结构和关键技术

陈悦

一、微电网的结构

微型电网相对于大电网来说，从某种意义上讲，也可以算是一个孤岛电网，微型电网中，包含有多个分布式电源和储能元件，它通过PCC点和大电网相连，通过系统元器件向大电网负荷供电。分布式电源DG的种类很多，一般有风力发电、太阳能光伏发电、微型燃料电池、微型燃气轮机等等、小型水电、小型电热联产。典型的微型电网基本结构为放射状，内含A、B、C三条馈线；三条馈线通过PCC点（静态开关）和配电系统相接；期待实现微电网在孤岛模式和并网模式中稳定、平滑、无缝的转换；以及实现电能的灵活传输。馈线A、B两个重要的负荷均为敏感电源；馈线C是普通电源也是一个非敏感性的负荷。图中有太阳能光伏电池、微型燃气轮机及燃料电池3种分布式电源向配电网供电；微电网最强大的地方就在于，当主配网的电能质量下降或不满足使用需求时，例如主配网故障的时候，微电网能孤岛独立运行，继续满足用户的用电需求。如果微电网自身不能继续保证优质电能，那么可以断开C馈线上的负荷，待故障消除，电能质量恢复后，主断路器重新合闸，继续保证系统过渡回并网模式。

二、微电网的元件

（1）微型电源。微型电网中的微型电源一般是指，安装在微电网内部的分布式电源和储能装置相结合的装置，而在实际应用中，分布式电源的种类有很多种，其中主要的有：第一，微型燃气轮机。微型燃气轮机的发电效率很高，可以达到30%，一般以天然气、甲烷、汽油等为燃料；微型燃气轮机的体积小、质量小、效率高，是目前最成熟的分布式电源。第二，太阳能光伏发电。太阳能光伏电池是将太阳能转化成电能，十分清洁，毫无疑问是我们发展绿色能源的重要部分，即便现在光纤的制造成本很高，但是其前景依旧非常乐观。第三，风力发电。风力发电机分为风力机和发电机，风速作用在风力机上，产生了扭力，驱动轮毂旋转，通过齿轮箱高速轴、刹车和连轴器于异步发电机相连，从而发电运行。第四，微型燃料电池。微型燃料电池是利用富含氢元素的燃料和空气中的氧气相结合产生水，氢离子和阳离子的定向移动形成外电流，将化学能转化成为电能。燃料电池通常分为：燃料处理、化学反应堆以及电力电子换流控制器几个部分。燃料电池清洁、高效，效率几乎是传统电厂的2倍，而产物是清洁的水。燃料电池的安装周期短、安装的位置灵活。（2）微型电网的储能装置。对于风力发电、太阳能光伏电池来说，他们的输出受很多的约束，具有明显的周期性和不可预测性；负荷的随机性也很大。那么就需要利用储能装置来功率的波动。当微电源发出的功率有多余的时候，多余的能量可以储存在电池中；当微电网处于孤岛运行状态时，储能设备对其起到一次调频的作用，是微电网能否正常运行的关键因素。

三、微电网的主要技术

（1）微电网的运行。微电网系统有2种运行模式，并网模式和孤岛模式。存在着3种状态：连联网运行、孤岛运行和两者之间互相切换的暂态。并网模式是指，微电网与大电网并网运行，当微电网自身电能多余时，向大电网供应电能，当自身电能不足时，则由大电网补偿微电网。实验证明：合理的控制策略，可以实现并网和孤岛2种模式的平滑过渡及转化。孤岛运行模式是指，当微电网内部的电能质量不合要求或者主电网发生故障时，微电网和主电网断开，形成孤岛运行模式，孤岛模式的正常运行，才为系统提供了更好的可靠性。当微电网运行在并网和孤岛2种模式之间的暂态时，稳定是最重要的问题。如果在并网模式下运行，微电网吸收或输出电能，主电网突然故障，微电网由联网模式突然切换到孤岛模式，那么微电网内部产生的电能和负荷间的需求将会不平衡，从而导致系统的不稳定。一般来说，微型电网的主要目标是：调节微电网内馈线潮流，对无功和有功进行独立解耦控制；调节微型电源接口电压，维持电压的稳定；当处于孤网运行模式的时候，能够保证每个微型电源能快速、正确的响应；根据需求，能自主地实现和主网的分离或者再并网。（2）微电网的控制手段。近几年来，常用的微电网控制手段方法包括以下几个：第一，基于电力电子基础下的即插即用与对等控制。该方法依据控制目标，利用下垂特性曲线对微电网进行控制，将系统内部的功率通过p/f下垂特性分配到每个微电源去，保证其动态平衡，也使得在孤网模式下，微电网内电力供给平衡。但是，该方法不考虑系统内传统电机的二次调频问题。当系统遭到破坏或干扰，系统非常难保证系统内部的频率。第二，微电网功率管理控制。该方法通过对不同模块的控制，间接对有功和无功的单独控制，能满足系统内P/Q、U/F等多种控制的需要；特别在调频时，使用频率恢复算法；其次，加入了无功补偿器，使得功率管理系统能很好的满足不同无功功率的需求，并采取了多种控制法。第三，基于多代理技术的微电网控制。这个方法将传统的电力系统中的多Agent系统应用到微电网控制系统中；多Agent系统具有自治性，可以适应微电网分散控制的需要，提供了可嵌入人工智能化的控制系统。

本文简单介绍了微电网的基本结构和关键技术。对微电网的基本构成进行了简要的介绍，包括微电网内微型电源种类的介绍，储能元件的介绍。也对微电网的主要技术进行了介绍，包括对微电网的运行目标、运行特点的介绍。通过本文，对微电网有一个系统的了解。