朱 濤

（1.南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211102；2.南京南瑞繼保工程技術有限公司，江蘇 南京 211102）

0 引 言

隨著我國各項經(jīng)濟建設的發(fā)展，人們更加追求高質(zhì)量、高效率的生活，各種生產(chǎn)活動都需要依托于電能，對電能的需求日益增加。而大電網(wǎng)能源存在成本過高、運行難度大等問題，限制了大電網(wǎng)的普及和廣泛使用，因此很多學者逐步加入到微電網(wǎng)的研究中，其中分布式發(fā)電模式得到了廣大學者的認可。

1 微電網(wǎng)的定義和特點

1.1 微電網(wǎng)的定義

結合國內(nèi)實際情況和國外先進的微電網(wǎng)定義，對我國微電網(wǎng)給出如下定義，微電網(wǎng)是一個配備了儲能裝置、能量轉換、分布式電源、保護裝置和其他負荷與監(jiān)控裝置的小型配電系統(tǒng)。這樣的一個小型配電系統(tǒng)，不僅能夠做到自我管控和自我保護，而且能夠實現(xiàn)獨立運行和外部其他電網(wǎng)并行[1,2]。有效的電源網(wǎng)絡架構如圖1所示。

圖1 微電網(wǎng)構架

1.2 微電網(wǎng)的特點

我國的微電網(wǎng)分布形式主要有兩種：城市片區(qū)和偏遠地區(qū)。微電網(wǎng)的特點如表1所示。

表1 微電網(wǎng)的特點

由此可以看出，城市片區(qū)微電網(wǎng)是根據(jù)城市內(nèi)各建筑的用途進行微電網(wǎng)的搭建，而且考慮到經(jīng)濟發(fā)達的城市發(fā)展需要，優(yōu)先考慮搭建微電網(wǎng)，并且滿足城市對供電的要求，保證供電的安全性和穩(wěn)定性。偏遠地區(qū)的用電需求不大，在這些地區(qū)鋪設高質(zhì)量的電力系統(tǒng)和設備明顯會增加成本，因此電力系統(tǒng)滿足偏遠地區(qū)人們的生活需要和企業(yè)生產(chǎn)的需要即可。

2 微電網(wǎng)中常用的分布式電源

微電源是微電網(wǎng)內(nèi)部結構的重要組成部分，所以在研究微電網(wǎng)之前要了解各微電源的原理以及其特點，微電網(wǎng)常用的分布式電源如表2所示。

表2 微電網(wǎng)常用的分布式電源

2.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)

光伏發(fā)電系統(tǒng)俗稱太陽能發(fā)電系統(tǒng)，是利用太陽這種可再生能源進行發(fā)電，光伏發(fā)電的蓄電池具有安裝面積小、電池內(nèi)部組成容易、操作和安裝方便、安全系數(shù)高、方便清潔、使用壽命長以及沒有任何的噪聲等特點，在我國發(fā)電源的研究中占有重要地位，是一項十分成熟的發(fā)電技術，運用場景較廣，能幫助我國偏遠地區(qū)的人們解決用電的問題，提高人們的生活質(zhì)量[3]。

2.2 風力發(fā)電系統(tǒng)

風力發(fā)電就是利用風的動能進行發(fā)電，具有環(huán)保清潔、可再生能源、動能能量大、環(huán)境污染和噪音小的特點。人們在快速發(fā)展的過程當中，逐步增加對各項資源的使用，導致世界上資源緊缺，自然生態(tài)平衡受到嚴重的影響，因此更多的企業(yè)逐漸重視對風能的應用，并且在風力發(fā)電上的投入和推廣也逐年增加。

2.3 微型燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)

微型燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)能夠將液體或氣體的燃料通過燃燒后產(chǎn)生的熱能轉換為機械能達到發(fā)電的作用。微型燃氣輪機發(fā)電具有效率高、適用情境普遍、持續(xù)性發(fā)電的特點，是人類文明發(fā)展和工業(yè)革命的標志性產(chǎn)物，推動人類各項工業(yè)的發(fā)展，為人類社會的不斷壯大提供主要的能源支持，但是目前存在能源消耗和污染問題，我國也在重點研制高效率、低噪聲、清潔排放的綠色微型燃氣輪機，并且已經(jīng)取得一定的成果。

2.4 燃料電池發(fā)電系統(tǒng)

燃料電池（Fuel Cell，F(xiàn)C）是目前重要的可再生能源之一，具有低噪聲、環(huán)保清潔、安裝靈活等優(yōu)點，被人們廣泛運用到各種領域當中[4]。燃料電池是在風力發(fā)電、水力發(fā)電、光能發(fā)電以及核能發(fā)電之后可代替內(nèi)燃機的動力裝置，并且成為21世紀最有發(fā)展?jié)摿妥钣形Φ陌l(fā)電方式之一。

2.5 電能儲能系統(tǒng)

在搭建微電網(wǎng)的過程中，考慮到大部分的分布式電源具有間歇性不穩(wěn)定的特征，所以在內(nèi)部建立一個儲能裝置來彌補微電網(wǎng)系統(tǒng)中的不足，保證微電網(wǎng)正常運行和穩(wěn)定運轉，同時能夠保證微電網(wǎng)輸出質(zhì)量較高電能。此外，儲能裝置可以平衡微電網(wǎng)系統(tǒng)中用電量和發(fā)電量，提高微電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性和可控性。因此，在微電網(wǎng)中建立一個儲能裝置，是整個電網(wǎng)系統(tǒng)當中維持正常運行和使用的保障手段。

3 含多種分布式電源的微電網(wǎng)運行控制策略

相對于發(fā)電網(wǎng)來說，分布式電源是一個不可控制的因素，想要對其進行調(diào)節(jié)和控制難度系數(shù)較大，所以需要采取限制和分隔的方法對分布式電源進行處理[4]。微電網(wǎng)的提出解決了分布式電源與大電網(wǎng)存在的問題，保證微電網(wǎng)的順利運行和安全，也是微電網(wǎng)重點研究內(nèi)容之一。逆變器的控制算法如表3所示。

表3 逆變器控制算法概述

3.1 分析微電網(wǎng)的并網(wǎng)運行

并網(wǎng)狀態(tài)下的微電網(wǎng)想要維持內(nèi)部電網(wǎng)功率長期保持在一個平衡狀態(tài)，那么只需要將其中分布式能源的功率控制在合理范圍內(nèi)就可以了。由于電源的電壓和頻率是由大電網(wǎng)進行控制和調(diào)節(jié)，因此并網(wǎng)狀態(tài)下的分布式電源，只需要將逆變器電子設備進行PQ控制就可以讓微電網(wǎng)按照設定的值進行工作。在這個過程當中，當微電網(wǎng)處于并網(wǎng)運行狀態(tài)下時，對微電網(wǎng)采取的控制措施，必須嚴格遵守大電網(wǎng)的實際需求和功率、本地微電網(wǎng)的負荷情況以及全面考慮分布式能源的發(fā)電能力大小等眾多可能引發(fā)的因素，共同對PQ控制下的有功功率和無功功率運行點及各個負荷的運行狀態(tài)進行決策，并向微電源控制器（Microsource Controller，MC）和負荷控制器（Load Controller，LC）傳遞微電網(wǎng)中央控制器（Microgrid Central Controller，MGCC）所控制下的運行狀態(tài)。

3.2 分析微電網(wǎng)的孤島運行

微電網(wǎng)在進行孤島運行工作時，會斷開與大電網(wǎng)之間的連接，所以想要維持與大電網(wǎng)斷開下的孤島狀態(tài)微電網(wǎng)電壓和頻率，就需要使用下垂控制法來控制一個或多個分布式電源逆變器的電壓和頻率。因此，對于孤島運行下的微電網(wǎng)來說，要及時對分布式電源當中承擔維持電壓和頻率的逆變器進行下垂法控制，使其能夠模擬同步電機，實現(xiàn)頻率一次調(diào)節(jié)，從而在實際的運行過程中能夠實現(xiàn)對負荷變化情況的正確處理與響應。這里需要注意的是，通過下垂法調(diào)節(jié)，其在一次調(diào)節(jié)過程中，可以說是有差調(diào)節(jié)，會導致電能質(zhì)量的降低，儲能裝置無法正確運行，對微電網(wǎng)的重新并網(wǎng)工作開展是十分不利的。因此，在進行一次調(diào)節(jié)之后還要對頻率進行二次調(diào)節(jié)，用這樣的方式實現(xiàn)微電網(wǎng)并網(wǎng)時頻率上達到一致[5,6]。

3.3 分析微電網(wǎng)的運行切換方式

當微電網(wǎng)計劃要開始進行調(diào)整或者實際運行情況出現(xiàn)變化時，就必須要對微電網(wǎng)的實際運行狀態(tài)進行快速的了解，并且根據(jù)實際情況做出相應的調(diào)整以及控制措施。當微電網(wǎng)處于并網(wǎng)運行時，需要進行多次孤島檢測，避免微電網(wǎng)突然強行進入孤島運行模式，從而需要對逆變器進行相應的調(diào)整和控制。由此也就可以說明，當前狀態(tài)下的MGCC必須馬上按照原定計劃及時執(zhí)行，將已經(jīng)脫網(wǎng)后的負責維持電壓頻率穩(wěn)定的分布式電源逆變器調(diào)整為下垂控制，其他逆變器繼續(xù)PQ控制，必要時也可以通過對LC的控制進行減負荷，以維持孤島的穩(wěn)定運行。如果微電網(wǎng)由孤島運行切換為并網(wǎng)運行，那么必須通過MGCC啟動并網(wǎng)過程。首先，應該判斷大電網(wǎng)側的電壓幅值是否始終處于合理的范圍之內(nèi)，是否已經(jīng)受到外界的干擾；其次，在對微電網(wǎng)的頻率進行連續(xù)多次的檢測，在電壓上微電網(wǎng)并網(wǎng)處與大電網(wǎng)側的幅值相同，因此在這個過程中，應當隨時注意微電網(wǎng)是否滿足實行并網(wǎng)的前提條件；最后，假若發(fā)現(xiàn)有任何一項數(shù)據(jù)或設備出現(xiàn)問題，就必須馬上停止并網(wǎng)工作，解決和處理完問題達到并網(wǎng)的條件后再重新開始并網(wǎng)工作。

4 結 論

首先，對我國微電網(wǎng)的定義和特點進行概述，結合地區(qū)實際情況合理搭建微電網(wǎng)運行系統(tǒng)，保障人們的生活和各企業(yè)的發(fā)展。其次，提出了常用的微電網(wǎng)分布式電源運行系統(tǒng)，對建設分布式微電網(wǎng)起到建設性的理論支持。最后，分析了3種微電網(wǎng)的運行模式，為不同種類的分布式電源中微電網(wǎng)的運作和控制方式提出建議。在現(xiàn)代化智能電網(wǎng)系統(tǒng)當中，微電網(wǎng)的搭建有著重要作用，尋求穩(wěn)定安全的控制和搭建方法是目前我國微電網(wǎng)的重要研究和發(fā)展方向。