基于微型电网的控制技术分析与探究

郭嘉 董泽

摘要：本文首先分析了微电网概念的产生背景和意义,然后就低压微电网线路参数的特性以及相应控制策略的改进措施进行了深入的论述, 最后提出了微网控制研究应重点考虑的一些问题。可供同行参考。

关键词：微电网； 分布式发电； 微电源； 控制策略； 电力电子技术；

中图分类号：F407.61文献标识码：A 文章编号：

前言

微电网是一种由微电源和负荷共同组成的系统，它可同时提供电能和热量，其内部电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必要的控制。微电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、可靠性和供电安全的要求。在微网系统中，由于各种精密电子仪器和数字化电器设备在用户中大量装备，用户对微电网系统的供电可靠性和电能质量提出了越来越高甚至苛刻的要求。微电网的运行方式灵活多变，提供高质量的供电服务离不开稳定而完善的控制系统，因此微电网控制策略的研究具有举足轻重的意义，控制问题也正是微电网研究中的一个难点问题。目前国内多在分布式发电和含有分布式电源的配电系统上开展相关研究，针对微电网的研究尚不深入，而对微网控制策略的研究则处于起步阶段。本文在对微电网基本结构和特点研究的基础上，着重归纳分析了几种有效的微电网控制方法，并提出微网控制策略未来的研究方向。

一、微电网的结构及特点分析与研究

微电网是由多个微电源、储能装置和负荷共同组成和集合体，通过隔离装置与上级配电网连接，它可以同时提供电能和热量。微网内部的分布式电源主要依靠电力电子器件负责能量的转换，对于上级电网来说，微电网可以被视为电网中的一个可控单元，它可以在数秒钟内动作以满足外部输配电的要求; 对于用户来说，微网可以满足他们对电能质量和可靠性的特定需求。因此相对传统的输配电网，微电网的结构更加灵活。

二、微电网控制策略分析与研究

由微电网的结构及特点的分析可以知道，微电网的运行离不开稳定而完善的控制系统，因此微电网控制策略的研究具有重要的意义。高渗透率下的微网中存在大量的分布式电源，其海量的控制数据和灵活多变的控制方式使得依靠一个中心控制点对整个微网系统做出快速反应并进行相应控制的要求难以实现。因此，对微型电网的控制方法提出了新的要求，当系统遇到如电压暂降、故障、停电等事件时，微网应能够基于本地信息做出自主反应，如发电机利用本地信息自动转到独立运行方式等，从而取代传统的由调度中心统一协调、调度的处理方式。目前，国内对于微网控制策略的研究尚处于起步阶段，国外对于微网控制的研究主要集中于两个方向，一是基于电力电子技术的微电源逆变系统控制的研究，该方法主要针对电力电子型微电源，基于电力电子技术的“即插即用”和“对等”的控制思想，以及功率

管理系统的控制策略。另一种是将传统电力系统中的多代理技术应用于微电网控制系统的方法。

1、基于电力电子技术的微电源逆变系统控制。基于微网逆变系统的控制应用比较成熟的方法主要包括 PQ 控制和 VSI 控制。实际微网中，不同的分布式电源控制特性差异很大，对于光伏电池和小型风电电源，天气的变化( 阳光强度和风速大小等) 对其工作特性影响很大，因此控制目标是使其能够稳定的输出功率。在 PQ 控制下，逆变器按照预先给定的有功、无功功率设定值输出，因此输出电压波形与上级配网系统电压同步，并且其幅值和相角可控。微电网工作在孤岛运行模式时，采用 VSI控制可以起到平衡供电和负荷的作用，它基于下垂控制原理，能够对系统的扰动迅速做出反应，在 VSI 控制下，逆变器向负荷输出预先给定的电压和频率值，而输出的有功、无功功率则由在此电压和频率下负荷的需求决定。本文提出了一种分别针对微网的并网和孤岛运行模式，对微电源采取不同控制策略的思路，并网模式下对微电源采用 PQ 控制，孤岛模式时则采用 VSI控制，但两种运行模式切换时会出现切换失败的可能。针对偏远地区孤岛运行的微网系统，综合考虑了低压微网的线路参数特性，在传统 VSI 控制的基础上，对原有控制算法进行改进，提出了基于分布式电源本地信息的控制方法。考虑分布式电源在直流侧安装储能装置的结构方式，将微网模型完全简化为并联 UPS 模型进行仿真，充分考虑了实际微网中负荷的分散性。基于电力电子技术的“即插即用”的控制思想，改进传统发电机的下垂特性曲线，将系统不平衡功率动态分配给各机组，仿真表明其具有简单，可靠性好，易于实现的优点。设计了用于微网中DG 的三相四线制电能质量补偿器，并提出一种电流限制算法，整合逆变器的控制策略，使微电网在主电网电压骤降时避免受到大型故障电流的冲击。设计了基于内环电压电流控制、外环有功无功控制的微电网 DG 控制器，模拟了故障情况下，控制器的响应特性，并实现了微网孤岛模式和并网模式的平滑过渡，最后应用 RTDS 进行了实时仿真，证明其具有很好的控制特性。

2、基于多代理技术的微电网控制。代理( Agent) 技术自身具有较强的自主能力、信息交互沟通能力和适应能力，因而被广泛应用于规划、控制、网络重构的通讯及协作系统中。由于 Agent 的特点极其适合微电网分散而复杂的控制需要，近年来，很多学者提出将多 Agent 技术应用于微电网的控制策略中。对基于多代理系统( MAS) 在微电网中的构架功能进行了讨论，建立了以上级电网 Agent、微电网 Agent、元件 Agent 组成的三层多代理控制系统，表明在电力电子元件大量使用、微网各种分布式电源的多样控制以及微电网中各模式能够灵活调度的高标准下，MAS 将成为微电网控制的最佳选择之一。阐述了多代理系统在微电网中的积极作用，基于 C/S 架构多代理微网管理软件，使用客户端在 DG 机组、负荷、能量管理器上实现智能化分布控制，以取得微网内 DG 之间负荷最优分配和微网与上级电网能量最优交换。

三、结语

微电网技术作为电力系统一个前沿的研究领域，以其潜在的巨大经济效益、环保效益和灵活可靠的优势，目前在世界范围内得到大力发展，成为电力产业未来可持续发展的重要模式。近年来国外做了许多基于微网控制理论的研究，主要集中于微电源逆变系统的研究，而对渗入到微电源原动机部分的控制方法研究涉及较少。另外，多 A-gent 技术在微网中的应用多集中于能量管理和市场协调方面，尚未深入到对微网中的具体电能质量指标如电压、频率等进行控制的层面。当微电网并网运行时，微网如何对上级电网提供支撑也将是需要深入研究的工作。综合美国、加拿大、日本和欧洲的微网研究现状，指出微网控制系统未来的发展方向为:一是微网中基于逆变器型微电源和不基于逆变器的 DG、可控型和间歇式分布式电源的运行与控制策略研究。二是对已有的频率和电压控制方法进行改进，以及当微网工作在并网和孤岛两种运行模式下，各电能质量指标控制方法在系统中的适用性校验。三是提出更加先进和智能的控制策略。目前，微网控制的研究在国内尚处于起步阶段，未来对电力电子技术和多 Agent 技术的应用必将发挥更大的作用，这一领域仍有大量的研究工作需要进行。

参考文献

［1］ 梁有伟，胡志坚，陈允平． 分布式发电及其在电力系统中的应用综述［J］． 电网技术，2003

［2］ 鲁宗相，王彩霞，闵勇，等． 微电网研究综述［J］． 电力系统自动化，2007

［3］ 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

作者简介：

郭嘉中广核（察北）风力发电有限公司（在读华北电力大学在职工程硕士）性别：男 出生年月：1983年3月3日 研究方向：控制工程学历：大学本科 现有职称：助理工程师

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