微网综合控制与分析

摘要：随着智能电网的推广，越来越多的新能源并入电网，极大拓展了电力能源的来源。同时也提高了整个电网控制的复杂性，因此对于整个电网的控制也变得极为复杂。而智能微网的出现，可以较好地解决这个问题。本文探讨了微网综合控制。

关键词：微网；综合；控制；措施

中图分类号：U665.12 文献标识码：A 文章编号：

近年来在各国政府支持下，分布式发电技术发展迅速，目前较为成熟的分布式发电技术包括光伏发电、燃料电池发电、微型燃气轮机发电、风力发电等。分布式电源并网方式可分为交流旋转电机直接并网和通过电力电子换流装置并网2 种，后者在系统的电压、频率以及功率调节方面更加灵活。随着分布式发电技术的发展，多种分布式电源、储能装置、负荷及控制装置组合成独立的供电系统，以微网的形式接入大电网，利用控制的灵活性可实现其对大电网供电能力和电能质量的支撑作用。

一、微网的概念

为了降低DG对现有配电网带来的不利影响，同时发挥其辅助作用，美国电力可靠性技术解决方案协会提出了一个很好的解决办法，就是把DG和负荷一起作为配电子系统，并给出了微网的定义：微网是一种由负荷和微型电源共同组成的系统，它可同时提供电能和热量；微电网内部的电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必需的控制；微网相对于外部大电网表现为单一的受控单元，并可同时满足用户对电能质量和供电安全等的要求。

微网从系统观点看问题，将发电机、负荷、储能装置及控制装置相结合，形成一个单一可控的单元。微网中电源称为微源，主要为可再生能源，包括微型燃气轮机、内燃机、燃料电池、太阳能、风力发电机和生物质能等，它们接在用户侧，具有成本低、低电压和低污染等特点。微网可与大电网联网运行，也可在电网故障或需要时与大电网断开运行。它具有双重角色：对于公用电力企业，微网可视为电力系统可控的细胞，这个细胞可以被控制为一个简单的可调度负荷，可以在数秒内作出响应以满足传统系统的需要；对于用户，微网可以作为一个可定制的电源，以满足用户多样化的需求，如增强局部供电可靠性，降低馈电损耗，支持当地电压，通过利用废热提高效率，提供电压下陷的校正，或作为不间断电源。此外，紧紧围绕全系统能量需求的设计理念和向用户提供多样化电能质量的供电理念是微网的两个重要特征。微电网和大电网通过PCC进行能量交换，双方互为备用，从而提高了供电的可靠性。

二、微网的基本结构

图1 微网基本结构

在图1 中，虚线代表通信联络线。该微网有三条馈线A、B、C 及一些不同类型的负载，呈放射状结构，通过公共连接点与外部电网相连接。微网中的静态开关把微网分为两部分，第一部分由馈线A、馈线B 组成，两条馈线上都装有微电源，对敏感负荷供电，另一部分由馈线C 及一般性负载构成，一般情况下由大电网供电。此外，如果微网外部电网故障时，静态开关断开以实现微网的孤岛运行，从而保证供电的延续性。微网中装设有能量管理器和潮流控制器，能量管理器实现对整个微网的综合分析与控制，潮流管理器实现对各个微电源的本地控制。当负荷变化时，潮流控制器可根据本地频率和电压信息进行潮流调节，控制当地微电源相应地增加或减少功率输出以保持微网系统的功率平衡。

三、微网控制策略

1、 主从控制法

主从型控制法是将各个DG 采取不同的控制方法，并赋予不同的职能。其中一个(或几个) 作为主电源，来检测电网中的各种电气量，根据电网的运行情况来采取相应的调节手段，通过通信线路来控制其他“从属”电源的输出来达到整个微电网的功率平衡，使电压频率稳定在额定值。主从控制策略主要用于孤岛运行时的微网。当并网运行时，微电网内的各个DG只需控制功率流的输出以保证微网内部功率的平衡。由于微网的总体容量相对于配网来说较小，因此电压水平和额定频率都由配网来支持和调节。而当微电网孤岛运行时，微网与配网连接断开，此时微网内部要保持电压和频率的额定值，就需要某个或者某几个电源担当配电网的角色来提供额定电压和频率。这个单元被称为主电源，或者参考电源。参考电源采用VF 控制方法，输出额定电压和频率值，而其他的处于从属地位的DG 根据需要采取PQ 或者PV 控制法，控制输出的功率和电压来维持微电网内部的功率平衡。主从控制法的一般过程：

（l）当检测单元检测到孤岛、或者电网主动从配电网断开进入孤岛运行模式时，微电网控制切换到主从模式，通过调整各个DG 的出力来达到功率平衡。

（2 ）当微电网负载变化时，首先由主电源自动根据负荷变化调节输出电流，增大或者减小输出功率；同时检测并计算功率的变化量，根据现有的发电单元的可用容量来调节某些从属电源的设定值，增大或减小它们的输出功率；当其他电源输出功率增大时，主电源的输出相应地自动减小，从而保证主电源始终有足够的容量来调节瞬时功率变化。

（3 ）当电网中无可调用的有功或无功容量时，只能依靠主单元来调节。当负荷增加时，根据负荷的电压依赖特性，可以考虑适当减小电压值；如果仍然不能实现功率平衡，可以采取切负荷的措施来维持微电网运行。

主从控制策略也存在一些缺点。首先，主电源采用V/ f 控制法，其输出的电压是恒定的，要增加输出功率，只能增大输出电流；而负荷的瞬时波动通常首先是由主电源来进行平衡的，因而要求主电源有一定的容量。其次，由于整个系统是通过主电源来协调控制其他电源，一旦主电源出现故障，整个微电网也就不能继续运行。另外，主从法依赖于通信，因此通信的可靠性对系统的可靠性有很大的影响，而且通信设备会使系统的成本和复杂性增大。

2、对等控制法

所谓对等控制顾名思义，各DG 之间是“平等”的，不存在从属关系[10]。所有的DG以预先设定的控制模式参与有功和无功的调节，从而维持系统电压频率的稳定。对等控制策略基于droop 法，分别将频率和有功功率、电压和无功功率关联起来，通过一定的控制算法，模拟传统电网中的有功、频率特性曲线和无功、电压曲线，实现电压、频率的自动调节而无须借助于通信。

3、分层控制法

分层控制模式一般都设有中央控制器, 用于向微网中的 DG 发出控制信息。日本微网展示项目包括Ar c hi 微网、Kyoto 微网、Hachinohe 微网等, 提供了一种微网的2 层控制结构, 如图 4 所示。中心控制器首先对DG 发电功率和负荷需求量进行预测,然后制定相应运行计划, 并根据采集的电压、电流、功率等状态信息,对运行计划进行实时调整, 控制各 DG、负

荷和储能装置的启停, 保证微网电压和频率的稳定, 并为系统提供相关保护功能。

在上述分层控制方案中, 各 DG 和上层控制器间需有通信线路, 一旦通信失败,微网将无法正常工作。文献提供了一种中心控制器和底层DG 采用弱通信联系的分层控制方案, 如图1 所示在这一控制方案中,微网的暂态供需平衡依靠底层DG 控制器来实现,上层中心控制器根据DG 输出功率和微网内的负荷需求变化调节底层DG的稳态设置点并进行负荷管理, 即使短时通信失败, 微网仍能正常运行。分层控制微网目前多集中于协调市场交易、对能量进行管理等方面, 可提供较高的供电质量, 是目前技术最成熟、同时也是应用最广的一种微网形式, 对供电质量要求较高的地区可优先选用。

图1弱通信联系的 2 层控制结构

综上所述，作为大电网的有效补充和分布式能源的有效利用形式，微网已引起世界各国的广泛关注，虽然将其实用化还存在很多问题有待解决，但微网的出现将从根本上改变传统的应对负荷增长的方式，微网在降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性等具有巨大潜力。

参考文献：

[1] 别朝红,李更丰,王锡凡.含微网的新型配电系统可靠性评估综述[J]. 电力自动化设备. 2011(01)

[2] 王成山,王守相.分布式发电供能系统若干问题研究[J]. 电力系统自动化. 2008(20)

[3] 刘静,陶晓峰.基于下垂特性的分布式发电系统的设计[J]. 电子测量与仪器学报. 2011(07)

[4] 牟晓春,毕大强,任先文.低压微网综合控制策略设计[J]. 电力系统自动化. 2010(19)

[5] 王成山,肖朝霞,王守相.微网中分布式电源逆变器的多环反馈控制策略[J]. 电工技术学报. 2009(02)