微型电网在大电网背景下的应用探讨

摘 要：随着我国经济增长速度的加快，电力需求也越来越大，大规模联网所带来的问题逐渐显露出来，比如调度困难、安全性和可靠系数不高、部分地区至今仍无电网覆盖等。同时，能源危机的加重也使我国这样一个以煤电为主要电力结构的发展中国家在环境治理上耗费了大量人力、物力和财力。新能源及可再生能源发电――分布式发电/ 分布式电源以其灵活、环保等优势正在逐渐赢得广大市场，而大量分布式电源的并网也给电力系统的保护、实时调度和电网可靠性等各方面带来了一些问题，建立微型电网（微网）是目前解决这些问题较好的途径。

关键词：微型电网 运行与控制 应用

中图分类号：TK-9 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2014）05-0401-01

引言

目前，我国大量分布式电源并网构成的大电网日趋形成，但随之而来可能造成电力系统对其不可控制和难以管理的局面，并引发相应的电能质量、电网安全性和稳定性等诸多问题。为了解决电力系统与分布式电源间的矛盾，，以及更好地满足电力用户对电能质量和供电可靠性的更高要求，微网 （micro-grid） 概念应运而生，并很快成为国内外电气工程研究领域的最新前沿课题之一。与常规的分布式电源直接并网相比，微网灵活、系统地将分布式电源与本地负荷组为一个整体，通过柔性控制可以大大降低分布式电源并网运行对电力系统的影响。目前，美国、欧盟、日本等发达国家（地区） 已率先建立了一些微网示范工程及实验测试系统。微网理论技术研究及示范工程建设在中国也已得到高度重视，国家科技部863 计划、973 计划等已将微网研发项目列入重点资助范围。

一、概述

2001 年美国著名的威斯康星大学麦迪逊校部的Lasseter 教授首先提出了微网的概念，并在威斯康星大学建立了一个微网试验系统，系统容量200 kW ，电压等级为208 V/ 480 V ，该系统内的主要分布式电源为微燃机和燃料电池等。在此基础上，威斯康星大学又开展了更大规模的微网工程项目的研发。美国电气可靠性技术解决方案联合会（CERTS） 和欧盟微网项目组也相继对微网给出了定义。微网是一种由负荷和微电源， 及储能装置共同组成的有机系统。微电源主要通过电力电子技术实现能量的转换及控制。相对于电力系统（主电网） ，微网是系统中的一个可控单元，它可以在短时间内作出响应以满足外部主电网的需要；而对于用户，微网可以满足本地负荷的特定电能质量要求，并可提高供电可靠性、降低线损等。

二、微网的结构

微网结构中的馈线多为放射状，微网与主电网相连接的点为公共耦合点（point of coupling ，PoC） ，在PoC 处有一个主接口（connection interface ，CI），通常是由微网并网专用控制开关――固态断路器（ solid state breaker ， SSB） 或背靠背式的AC/ DC/AC 电力电子换流器构成。微网中的某些馈线上连接有重要敏感负荷，因此这些馈线上应就近安装微电源，必要时应配备电能质量调节装置，以更好地满足重要负荷对供电可靠性及电能质量的高要求。这些馈线上也装有SSB，当主电网故障或者主电网的电能质量不能满足重要负荷需求时，微网可以在小于1 个工频周期的时间内与主电网快速分离，进而更好地保障重要电力用户的用电要求。在没有重要负荷的馈线上可以不安装微电源，而是通过公共母线对其进行供电。微网的基本结构如图1所示。需要指出的是，并不是图中所有元件都是必需的，如何确定可能的组合主要取决于微网的容量及本地负荷对微网性能的具体要求。

图1的DG可以是不同类型的分布式电源，例如光伏电源、风力发电、微型燃气轮机、燃料电池等；储能单元可以是蓄电池、超级电容器、超导储能、飞轮等；负荷也可以是各种类型的，包括阻抗性负荷、电动机负荷及热负荷等。各单元都通过电力电子接口（PEI） 接入微网。一般说来，从各单元的PEI 输出端及CI 两侧采集到的电压电流信号送到控制中心，可实现对整个微网的协调控制和优化运行管理。

三、微网的运行与控制

微网有2 种基本的运行方式，即并网运行和孤岛运行。大多数情况下微网与主电网并网运行，此时微网中的负荷可以从微网或者主电网得到电力供应。当主电网发生各种故障、扰动及电能质量不满足负荷要求时，微网将快速与主电网断开并且平滑过渡到孤岛运行，以确保重要负荷不受影响。在这2 种基本的运行方式中，包括4 种运行阶段：即 a 微网并网运行的暂态阶段（并网的过渡过程）；b 微网并网运行的稳态阶段；c 微网独立运行的暂态阶段（离网的过渡过程）；d 微网独立运行的稳态阶段。微网必须确保在这4 种运行阶段下都稳定可靠，且必须满足相应的入网要求。

微网的控制系统需要满足以下几个要求：

1.并网运行方式中微网控制系统能够快速检测主电网的扰动及电能质量变化并作出响应；

2.微网可以实现快速无冲击地并入主电网或者与主电网分离；

3.有功和无功可以实现解耦控制；

4. 各种微电源的输出功率通过相互协调可以与负荷需求动态匹配，并可动态实现微网与主电网之间潮流的定向、定量调整。

微网对外界作为一个模块式的整体，对内部可以提供符合用户需求的电力， 实现这些功能必须依赖于微网内部良好的管理和控制，主要控制设备包括DG 控制器，能量管理器，继电保护协调器。

四、微网的应用

利用微网技术可整合多种形式的分布式电源，并考虑当地配电网的特点，在一个局部区域内直接将分布式电源、电力网络和本地用户有机地组合在一起。而且我国幅员辽阔，经济社会发展不平衡，许多偏远山区、海岛和边防哨所检查站无法实现远距离的电能输送，只能利用当地实际的自然资源采用就地发电就地使用的模式来解决当地的用电问题。因此，可以在偏远山区、牧区和岛屿等缺电、无电地区因地制宜建设离网型风光互补微网系统解决当地用电问题。微网还可以方便地实现（冷） 热电联供，并可以结合电蓄冷（热） 技术，缓解电网高峰用电压力，实现用电的移峰填谷，优化和提高能源利用效率，减轻能源动力系统对环境的影响，实现能源的梯级利用，为将来智能电网（ smart grid） 的实现提供必备的技术基础。

五、结语

微网技术是同分布式发电技术和可再生能源发电技术紧密联系在一起的，是电力产业可持续发展的有效途径，符合当前集约型社会的能源利用方针。研究微网在重要民用设施及国防工程中的应用， 开发相应的可靠性评估和微网规划软件， 加快国防工程供电系统改造， 已经十分紧迫。

参考文献

[1]方文弟《分布式能源系统微型电网技术》

[2]李胜，张建华等《微网的并网运行方式探讨》

[3]等.《微网技术应用分析》

作者简介：王晓东（1984-），男，助理工程师，内蒙古超高压供电局丰泉变电站从事变电运行工作。