基于分布式电源的微电网控制与保护研究

虞黎华

摘 要 随着全球能源和环境问题的日益突出，电力供应在日常生活中的重要性越来越明显，但是传统电网却存在很大的弊端，因此，微电网技术应运而生。文章从微电网的基本构成出发，分析了分布式电源的种类和特点，在此基础上进一步分析了微电网的控制与保护问题，所得结果具有一定的参考价值。

关键词 微电网；分布式电源；控制；保护

中图分类号 TM6 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）163-0135-01

随着经济的不断发展，电力供应在日常生活中的重要性日益明显。电力作为一种清洁的能源，不仅可以解决能源短缺问题，还可以帮助解决日益严峻的环境保护问题，因此，人们对电力的需求也越来越大。经过这些年的不断发展，我国基本形成了规模巨大的集中式大电网，电力需求也在一定程度上得到了满足。但是，大电网的缺点也是明显的，那就是一旦发生故障，影响是巨大的，最明显的例子就是2008年的南方雪灾，那次故障造成了大范围的停电，严重影响了人们的日常生活。因此，需要寻求新的方式作为大电网的补充和改进。

微电网就是为了解决这样的问题而诞生的，它可以有效的弥补大电网的不足之处，并可以充分挖掘电能的利用方式，最大限度的提高能源的利用率。除此之外，微电网的出现还将促进新能源的利用和智能电网的建设，前景十分看好。

1 微电网的基本定义和构成

微电网的出现也就是近些年的事情，因此到目前为止还没有形成一个统一的定义。一般而言，微电网通常包括这样几层含义：微电网是相对独立的系统，通常由分布式电源和负荷组成，可以对外界提供电和热；微电网可以并入外界的大电网中并可以控制；微电网中分布式电源的来源多样并有相应的能量转换装置。根据这样的定义，一个完整的微电网通常包括3个部分，即分布式电源、电力电子接口设备和储能装置，每个部分都包含有不同的设备和系统。

根据电流的形式，可以将微电网划分为3种类型，即直流微电网、交流微电网和交直流混合微电网。直流微电网的优势是不需要考虑不同电源之间的同步问题，可以简化控制环节，也可以节约建设成本，缺点是应用受限。交流微电网是目前研究得最多、应用也最为广泛的微电网，也是目前微电网的主要发展形式。交直流微电网虽然可以同时向交流和直流负荷提供电能，但是其直流部分也可以当作一个独特的电源部分，因此本质上还是交流微电网。本文的研究也基于目前应用最为广泛的交流微电网。

2 分布式电源的种类和特点

分布式电源是微电网中十分重要的一个组成部分，其自身的种类也非常多，根据不同的划分方法可以将其划分为不同的种类。根据能源的不同特性，可以将分布式电源划分为间歇性电源、连续性电源和储能装置；根据能量的来源，可以将分布式电源划分为水电、火电、风电、太阳能发电等；根据具体的使用设备来划分，则有水电机组、火电机组、风电机组、光伏电池、燃料电池、蓄电池等。这些分类也不是单一的，比如间歇性电源就包括风电和太阳能发电等，连续性电源就包括水电、火电以及燃料电池等，储能装置则包括蓄电池、超级电容器等。

分布式电源的种类虽然很多，但是一般都具有这样的一些特点：1）与传统电源相比，分布式电源的能量输出有限，因此当负荷发生突变时，其过载能力不足以满足要求，所以通常需要设置一定容量的储能设备，以保证微电网内能量的平衡；2）分布式电源的输出频率一般各不相同，需要通过一定的整流设备将其频率进行相应的转换，统一后再接入母线；3）对间歇性分布式电源而言，由于存在不可控的外在条件，其输出功率是不可持续的，因此需要在这些系统中安装一定的储能设备，作为后备电源；4）分布式电源的分布广泛，使用起来方便灵活。

3 基于分布式电源的微电网控制分析

在微电网中，由于存在大量的分布式电源，每种分布式电源都各不相同，其电压等级区分得也不是那么明显，因此控制起来并不容易。另外，由于微电网有2种运行方式，即并网运行和孤网运行方式，在这2种运行方式之间要实现轻松的转换也不是一件易事。所以微电网的控制问题就比较复杂，需要对传统的控制方法加以改变才能满足其要求。

根据微电网运行的要求，结合分布式电源的特点，可以从这样几个方面实现微电网的控制，即主从控制、参考电压控制和智能控制。

3.1 主从控制

主从控制是微电网的一种基本控制方式，可以实现微电网的优化管理。这种控制方式通常要设置管理层和实施层，并通过通讯网络将二者进行连接。管理层位于顶端，主要负责整个微电网的运行管理；实施层则位于底端，主要对分布式电源或负载进行控制。在微电网并网运行时，管理层根据优化目标对负载的功率变动做出适当调整，分布式电源通常都按照设定值输出恒定的有功功率和无功功率，或者通过修改实施层的控制数据实现微电网的优化运行。在微电网孤网运行时，管理层则切换到电压控制模式，并由分布式电源为微电网提供电压支撑。

3.2 参考电压控制

参考电压控制的基本思想是针对微电网孤网运行时，由于此时的参考电压会消失，所以这个时候需要由分布式电源为微电网提供电压支撑，并保持微电网的运行，参考电压控制有着结构简单、控制直接等优点。

3.3 智能控制

随着分布式电源数量的不断增加，其控制变得越来越重要，因此智能化的控制方法也是微电网发展的一个趋势。所谓智能控制，就是利用人工智能实现对变流器等的有效控制。智能控制可以采用分散式的独立控制形式，也可以采用人工智能网络的形式，最终目标都是实现对微电网能量的优化管理。

4 微电网的保护分析

过电保护是电力系统中必不可少的部分，微电网也不例外。由于微电网存在2种运行方式，所以要分别从这两种运行方式来分析其保护问题。

4.1 微电网并网运行时的保护

在微电网并网运行时，相对于主电网来说，微电网的容量是比较小的，此时的故障电流还是比较大，所以此时的保护可以按照传统的继电保护来设计。但是，对于个别部分而言，则有可能是双侧电源在供电，所以这些部分的保护就要重新设计了，此时可以采用限时过流保护、电流速断保护和方向性电流保护等方式。

4.2 微电网孤网运行时的保护

在孤网运行时，由于微电网中分布式电源的种类繁多，每种电源提供的故障电流有限，此时不适合按传统的方法来设置保护值。有人提出了微电网故障快速检测方法，其主要原理就是通过检查分布式电源输出电压的扰动情况，判断是否出现故障，并由故障来确定保护。

5 结论

从微电网的基本结构出发，分析了分布式电源的种类和特点，在此基础上进一步分析了微电网的控制与保护问题，所得结果具有一定的参考价值。

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