微电网的相关技术 - 微电网技术现状及关键技术详解

　　4.微电网的相关技术

　　微电网是一种新型的网络结构微电网技术已经成为电力系统发展的前沿技术。

　　（1）微电网的硬件研究

　　微电网的实现需要有先进的设备作支持。这包括微电网的发、输、变、配、用各个环节。为此，需要开发智能电表、向量测量单元、广域测量系统等，研发合适的硬件设备，使微电网具有即插即用的能力。研发新型的分布式能源控制器，以保证微电网的高效运行。

　　（2）微电网建模研究

　　开发可用于对逆变器控制的低压非对称微电网的静态和动态仿真工具;建立微电网内部各元件的模型，包括分布式电源和负荷的模型;建立微电网整体模型，包括总体模型结构、等效静态模型、等效电机模型等。

　　（3）微电网对大电网的影响研究

　　微电网的接入必然会对大电网造成影响，需要研究：微电网在并网和孤岛运行下的稳定性分析;微电网对大电网运行的影响，包括地区性的和大范围的影响;微电网能给电网在供电可靠性、网络损耗和环境等方面带来的改善;微电网的发展对基础电网发展的影响等。

　　微电网中的微电源，如风电、光伏发电等，大都采用全控型换流器，这些电力电子设备的引入很可能会带来一些谐波方面的问题。对于微电网谐波问题需要做进一步的探讨和研究。

　　（4）微电网的控制策略

　　微电网与大电网之间存在一种最优的状态，在这种状态下微电网和大电网都能够高效稳定的运行。对微电网的控制的目标就是让微电网实现最优控制。为此，必须研究微电网控制技术，其中包括：各微电源之间的协调控制、电力电子设备的智能控制和最优控制、微电网和主网之间的协调控制等，研究孤岛和互联的运行理念、基于代理的控制策略、本地黑启动策略、基于先进通信技术的控制策略等;研究创造新的网络设计理念，包括新型保护方案的应用等。

　　（5）其它

　　电网的实现还需要很多方面的支持：需要制定微电网在技术和商业方面的协议标准;需要做好各种微电网在技术和商业方面的整合;需要做好现有的小发电机组并入微电网的可行性分析;需要建立微电网示范工程及实验测试系统等。

　　5.微电网的关键技术

　　微电网的出现将从根本上改变传统电网应对负荷增长的方式，其在降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性等具有巨大潜力。目前，微电网技术已经成为电力系统发展的前沿技术。

　　5.1微电网的控制功能

　　微电网控制功能基本要求包括：新的微电源接入时不改变原有的设备，微电网解、并列时是快速无缝的，无功功率、有功功率要能独立进行控制，电压暂降和系统不平衡可以校正，要能适应微电网中负荷的动态需求。微电网的控制功能主要有以下几种：

　　（1）基本的有功和无功功率控制（P-Q控制）。由于微电源大多为电力电子型的，因此有功功率和无功功率的控制、调节可分别进行，可通过调节逆变器的电压幅值来控制无功功率，调节逆变器电压和网络电压的相角来控制用功功率。

　　（2）基于调差的电压调节。在有大量微电源接入时用P-Q控制是不适宜的，若不进行就地电压控制，就可能产生电压或无功振荡。而电压控制要保证不会产生电源间的无功环流。在大电网中，由于电源间的阻抗相对较大，不会出现这种情况。微电网中只要电压整定值有小的误差，就可能产生大的无功环流，使微电源的电压值超标。因此要根据微电源所发电流是容性还是感性来决定电压的整定值，发容性电流时电压整定值要降低，发感性电流时电压整定值要升高。

　　（3）快速负荷跟踪和储能。在大电网中，当一个新的负荷接入时最初的能量平衡依赖于系统的惯性，主要为大型发电机是惯性，此时仅系统频率略微降低而已（几乎无法觉察）。由于微电网中发电机的惯量较小，有些电源（如燃料电池）的响应时间常数又很长（10~200s）因此当微电网与主网解列成孤岛运行时，必须提供蓄电池、超级电容器、飞轮等储能设备，相当于增加一些系统的惯性，才能维持电网的正常运行。

　　（4）频率调差控制。在微电网成孤岛运行时，要采取频率调差控制，改变各台机组承担负荷比例，以使各自出力在调节中按一定的比例且都不超标。

　　5.2微电网的保护

　　微电网结构对继电保护提出了一些特殊的要求，必须考虑的因素主要有以下几点：①配电网一般是放射形的，由于有了微电源，保护装置上流经的电流就可能有单向变为双向;②一旦微电网孤岛运行，短路容量会有大的变化，影响了原有的某些继电保护装置的正常运行;③改变了原有的单个分布式发电接入电网的方式，构成微电网的初衷之一是尽可能地维持一些重要负荷在电网故障时能正常运行而不使其供电中断，这些必须采用一些快速动作的开关，以代替原有的相对动作较慢的开关。这些均可能使原有的保护装置和策略发生变化。

　　5.3微电网并网运行

　　要根据微电网中负荷的需求来确定保护的方案，也即要根据负荷（如半导体制造工业负荷或一般商业性负荷）对电压变化的敏感程度和控制标准来配置保护。如故障发生在配电网中，则要采用高速开关类隔离装置（SeparationDevice，SD），将微电网中的重要敏感性负荷尽快地与故障隔离。此时，微电网中的DR（或DER）是不应该跳闸的，以确保故障隔离后仍能对重要负荷正常供电（供热）。当故障发生在微电网中时，除了上述隔离装置协调，以免影响上一级馈线负荷。一旦配电网恢复正常，就应通过测量和比较SD两侧电压的幅值和角度，采用自动或手动的方式将微电网重新并网运行。如果微电网内仅有一个微电源，当然允许采用手动的方式再同步并网;但若在微电网内多个地点有多个地点有多个微电源，则必须考虑采用自动的方式再同步并网。

　　5.4微电网孤岛运行

　　当电网孤岛运行时，为了使所隔离的故障区尽可能小，微电网中保护装置的协调尤为重要。特别需要指出的是，由于微电网的电源大多为电力电子型设备，所发出的电力通过逆变器与网络连接，故障时仅提供很小的短路电流（例如2被于正常负荷电流），难以启动常规的过电流保护装置。因此，保护装置和策略就应相应地修改，如采用阻抗型、零序电流型、差分型或电压型继电保护装置。此外，微电网的接地系统必须仔细设计，以免微电网解列时继电保护误动作。

　　5.5微电网的能量管理系统

　　微电网被定义为发电和负荷的集合，而通常负荷不仅包括了电负荷，还包括热和冷负荷，即热电联供和热电冷三联供。因此，微电网不仅要发电，而且要利用发电的余热以提高总体效率。能量管理系统（EnergyManagementSystem，EMS）的目的即为作出决策以最优地利用发电产生的电和热（冷）。该决策的依据为当地设备对热量的需求、气候的情况、电价、燃料成本等。

　　能量管理系统的调度控制功能：能量管理系统是为整个微电网服务的，即为系统级的，由此首要任务是将设备控制和系统控制加以明确区分，使各自的作用和功能简单明了。微型汽轮机的转速、频率、机端电压、发电机（微电源）的功率因数等应由微电源来控制，他们依据就地信号。CERTS的模型中，EMS只调度系统的潮流和电压。潮流调度时需考虑燃料成本、发电成本、电价、气候条件等。EMS仅控制微电网内某些关键母线的电压幅值，并由多个微电源的控制器配合完成，与配电网相联的母线电压应由所联上级配电网的调度系统来控制。

　　除了上述基本功能外，EMS还具有其他一些功能，如当微电网与配电网解列后微电网应配备快速切负荷的功能，以使微电网内的发电与负荷平衡;由于微电源同时供给电、热等负荷，调度时应同时兼顾，一般情况下往往采取“以热定电”的原则，即满足用户对热负荷需求的条件下再进行电量的调度;微电网中应配备一些储能设备，如蓄电池、超级电容、飞轮等。

　　EMS的功能自然首先应针对微电网内需求，如潮流和电压调度、电能质量和可靠性、提高运行的效率和经济性、降低污染排放等，但从长远看它还可对配电网提供一些辅助服务和可靠性服务，特别是微电网作为智能电网的一个组成部分，可起到一定的负荷响应的作用。此外，由于微电网本身位于用户侧，这些用户可能为中心商业区（CBD）、学校、工厂等，它们本来就有供热、通风、空调等过程控制系统，未来的EMS有可能成为这些系统以及当地发电、储能等的总调度系统。