智能微电网关键技术探究

高吉荣

（山东理工职业学院，山东 济宁 272067）

0 引 言

随着经济的快速发展，越来越多的能源出现短缺现象，环境保护也成为人们关注的重点。我国传统的电网模式是距离远、高压强的大电网模式，安全性及可靠性都存在诸多问题。所以，可再生能源的出现和使用越来越受到人们的欢迎。分布式电源的特点是污染小、利用率高、安装简单等。但是，如果有大量的分布式电源接入配电网，就会直接对配电网造成极大的负面影响。此时，微电网技术的使用有效缓解了当前分布式发电存在的接入问题，合理优化了负荷的增长形式，在降低能耗的同时提高了电力系统的安全性与可靠性，在天气恶劣的情况下仍然能够不受影响为用户提供电力，可以最大化满足人们对电能质量的需求。

1 智能微电网简介

微电网技术也被称之为微网，所构成的发配电系统是由储能装置、监控、分布式电源、保护装置以及负荷等共同组成的。微电网关键技术的提出是基于分布式电源灵活性、高效性的基础上实现的，能够有效解决形式、数量较为丰富多样的电源并网问题。微电网在开发期间需要促进分布式电源与可再生能力实现大规模接入，可以为负荷多种能源而提供一定的可靠性。这是实现主动式配电网的一个重要手段，还能够促进传统电网平稳过渡至微电网[1]。

2 智能微电网的运行方式

2.1 并网运行方式下微电网的运行特性

在并网运行模式下，微电网必须依靠PCC点才能够完成与大电网之间的连接。在完成连接期间，如果微电网内部分布式电源具备的电能无法满足负荷需求，那么微电网需要通过外部能量的吸收进一步满足负荷需求。如果微电网内分布式电源所具备的电能在满足负荷需求的同时还有剩余，那么大电网会逐渐吸收这些电能。

并网运行期间，它所产生的内在功率需要经过大电网实现平衡调节，同时频率会因为大电网的变化而随之发生改变，以此不断维持自身的稳定性。就电压的角度来说，微电网是需要依靠外部的大电网维持电压支撑的。由于分布式电源中定压呈现的稳定性只针对局部，因此对局部电压的调整极为关键[2]。如果局部电压没能得到有效控制，会导致分布式电源发生电压偏移现象。

2.2 孤网运行方式下微电网的运行特性

微电网以独立的方式运行被称为孤网运行。通常情况下，孤网运行还包括计划内与计划外两种。在孤网运行时，如果电网发生故障或者大电网的电能质量低于标准，微电网则可以实现独立运行，这就是计划外孤网运行。计划外运行既能够保证微电网的稳定运行，也能够确保大电网正常运行，大幅提高了供电安全性。站在环保的角度上，微电网一般会主动脱离大电网实现独立运行，这样的行为是计划内运行方式。

通常来说，在孤网运行期间，微电网的频率控制非常重要。就传统角度而言，频率的控制是基于旋转体控制的前提完成的，主要原因是发电机具备极强的惯性，所以频率方面所发生的变化极大[3]。微电网的构成是以电力变换器件为主，大部分都没有与旋转体相连接。加上燃料电池的惯性非常小，所以在控制微电网频率时，应该借助储能设备或者频率下垂等方式实现对频率的控制。电压方面的控制实际上是一个局部控制，所以无论是并网情况还是孤网情况都没有太大差别。

3 智能微电网的控制模式

3.1 主从控制模式

当微电网呈现孤网运行时，是以主从控制为主的，而储能装置方面的控制也需要借助频率或者电压来实现。选择U/F方式完成对DG的控制，而该控制器则被称为主控制器，DG控制为从控制器。所有的从控制器都能够按照主控器的方式决定自己的运行方式。

以主控制的数量为依据，可进一步细分为单主从或者多主从控制。并网运行时一般会选择PQ方式展开控制，而孤网运行时则选用U/F的控制方法，其他电源以PQ进行控制，这样可以确保两种工作模式能够实现可靠的运行[4]。

3.2 对等控制模式

实际上，对等控制在微电网中的含义是赋予所有分布式电源同样的地位，而不是像主控制单元一样占据了较为重要的地位。目前，在对等控制模式下的微电网都具有“即插即用”性能，且该性能并不会改变微电网的电源基础，可以随意接入分布式电源，而系统则会根据自身所具备的调节功能进行平衡。所以，将对等控制模式应用于微电网，简单利用本地控制的手段平衡分布式电源就可以实现，可以选择不同分布式电源建立通信。

对等控制与主从控制相比，分布式电源都能够自动分配功率动态，便于智能电网实现“即插即用”的功能，同时也便于DG的接入，在节约通信费用的同时也节约了微电网成本。基于这样的情况，微电网无论处于何种运行状态，都不需要改变微电网对于DG的控制模式，很大程度上方便了切换的实现。

3.3 分层控制模式

分层控制是主从控制的一种。所谓分层控制实际上就是将管理组织细分为多个不同的层级，每一个层级都需要服从整体目标。站在整体目标的层面上，控制活动的独立性很重要。加上选择分层控制方式，可以充分利用电力系统的自身组织、体制和结构等调度各个层级，以职责、单位、任务等作为指标，展开对电源的有功功率、线路潮流以及无功电压的控制与管理。

一般来说，分层控制通常具备一个中央控制器。这个中央控制器的作用是向微电网发送控制信号。一般来说，中央控制器可以通过预测方式了解DG对负荷的需求，从而根据其需求情况为其制定合理的运行计划，通过采集电流、电压等信息来适当调整计划，在确保电网电压稳定性的同时为系统提供保护。

3.4 控制模式的比较与分析

一般主从控制在运行期间需要依赖PQ完成控制，原因是该控制模式是以风能和光能为主，具备极大的不确定性。例如：在孤网运行期间，微型燃气轮机一般选择恒频恒压的方式进行控制，以维持系统的稳定性。但是，该模式以一个DG作为主控制单元，在一定程度上要求DG之间应建立通信，成本增加的同时降低了可靠性[5]。此外，该种控制方法对于整个系统的依赖性较强，一旦主控制单位通信失败，那么整个微电网就会彻底瘫痪。

对等控制方法在控制过程中不需要DG之间建立通信，因为所有分布式电源的地位高度相一致，展开控制的过程中冗余性的存在是必然。但是，该种控制方法没有对电压和频率的恢复展开考虑，会导致发电机出现二次调频问题，一旦微电网遭到破坏，将无法保证频率的质量。

分层控制的特点是通信联系并不要以强联系的方式为主，而中心控制器能够完成对微电网的管理，且随着科技的快速发展又出现了多微电网概念，而在这样的环境下分层控制成为了首选。Agent控制技术的优势在于具备自发性、自治性和一定的响应能力，所以将其应用于微电网可以有效满足其在分散控制方面的需求。

4 智能微电网关键技术

4.1 微电网的运行

就目前来说，微电网系统的运行方式分为两种：一是同大电网相连实现并网运行；二是独立孤网运行。

正常运行状态下，微电网在并网模式下展开运行，可以与大电网展开能量交换，也能够将多余的电能传输给大电网。如果微电网中发电量不足，大电网可以为其提供能量。在微电网试验平台中可以展开相关的验证。在合理的控制手段下，微电网可以选择并网运行或者孤网运行，并在两种运行模式之下实现有序的转换。

系统在监测期间如果发现主网中存在故障或者因电能过低无法满足运行时，微电网则会自动切断与大电网之间的连接转换为孤网运行模式，同时微电网中的负荷或通过DG完成供电[6]。这样的情况下，系统能够有效为用户以及负荷提供充足、可靠的电能，是孤网运行的意义所在。

4.2 微电网的控制

与大电网相比，微电网是一个可以控制的单元模块，自身具备的电能可以有效满足用户对于负荷方面的需求，所以在实现功能的同时也要注意对微电网的控制和管理。一般的控制方式就是利用控制设备来完成。控制设备由可控制负荷管理器、分布式电源控制、中央能量管理系统以及继电保护装置等组成[7]。在微电网的控制过程中，一旦出现电力网络故障，该控制系统应该在第一时间做出判断和响应。需要先断开与主电网的连接，并快速就微电网内部的发电装置进行转换，以此保证微电网顺利转换为孤岛运行模式。

微电网控制的主要目标：能够有效调节微电网内部的馈线潮流，分别控制无功和有功；针对每一个微型电源的接口处电压展开合理调节，从而确保电压的稳定性；微电网在孤网运行期间，每一个微型电流都应该保持快速响应状态，以此减轻用户的负荷；基于系统的实际需求和运行情况，利用平滑方式完成对主电网的分离。

4.3 微电网的保护

就微电网的保护角度而言，传统形式下的保护方式与实际运行中的微电网保护方式之间存在很大的差异：馈电潮流是以双向流通的方式为主；无论微电网处于何种运行方式，其内部所分布的馈线非常多，各种短路的电流之间也存在极大差别。

所以，微电网在两种不同的运行情况下如何快速感知微电网内部故障或者并网运行时主网所发生的故障，当感知到故障后如何对其展开快速、有效的保护，是当前微电网的技术难点。在孤网运行期间，一般内部分布式电源发生故障而产生的故障电流非常小，而大电网中的保护装置基本上感应不到其故障，因此需要选择更加灵敏有效的故障诊断方式。

在微电网中能够影响保护环节的部分包括分布式发电系统、微电网容量以及负荷类型等。因为分布式发电系统与储能元件的类型不同，对于保护装置带来的影响也不尽相同。加上微电网处于不同的拓扑结构下都会对保护装置造成影响，因此这些方面需要格外重视[8]。

4.4 微电网的经济性

在推广和不断发展微电网技术的过程中，它所具备的经济性极为重要。微电网处于经济性运行期间，可以充分借鉴和应用大电网的电能交易或者资源配置方面的经验，以此实现微电网的优化。微电网具备的优势较多，如微电网可以按照客户的实际需求为其提供相应的电能，具备极强的个人服务特色。目前，它的经济性主要表现在两个方面。一方面，运行方式与投资都得到了极大提升。就能量管理系统而言，可以有效满足当地对电、热、冷、电能质量等方面的需求，并以此为依据决定微电网中分布式发电系统运行和配网所需要的电能总量。另一方面，微电网的经济效益需要完成量化与评估，这是促进微电网运行和加大投资的重要手段。但是，目前还没有一套高效率且完善的方法能够评估和量化微电网。

5 结 论

智能微电网技术上就是集分布式发电、储能装置以及用户负荷于一体的组合，能够使其形成一个相对微小且可控制的电力网络，还能够根据客户的不同需求为其提供电能和热能需求。这样既妥善解决了分布式电能的接入问题，也可最大限度地利用分布式能源具备的节能性、高效性以及灵活性等优势，促使微电网成为大电网的重要补充。