浅谈智能微电网的发展

冯毅 田素娟

摘 要：智能微电网作为实现大规模分布式新型能源风、光储利用的重要途径，规划建设智能微电网，可降低用电系统对大电网的依赖。总体来说，发展智能微电网具有重要的意义。

关键词： 能量管理；微电网；新能源；运行控制

基金项目：内蒙古自治区高等学校科学研究项目 项目编号：NJZC17514

0 引言

智能微电网技术代表了未来分布式电力能源供应系统的发展趋势，是未来智能配用电系统的重要组成部分，对推进节能减排和实现能源可持续发展具有重要意义。凭借微电网的运行控制和能量管理等关键技术，可以实现其并网或孤岛运行、降低间歇性分布式电源给配电网带来的不利影响，最大限度地利用分布式电源出力，提高供电可靠性和电能质量。将分布式电源以微电网的形式接入配电网，被普遍认为是利用分布式电源有效的方式之一。[1]近几年智能微电网成为了国内外研究的热点，这类电网可以有效地就近消纳分布式能源发出的电能，不需要远距离的长途输配电，因此可以大大提高电能的利用率，实现就近发电就近用电。并且随着分布式发电技术的不断进步，微电网成为了未来电网的一个发展趋势。国家电网的“十三五”规划中指出，分布式电源发展是能源变革的方向之一。以风电光伏为主的分布式新能源开发主要本着“因地制宜，科学利用”的原则，从本质上讲就是在用户侧就近安装电源，就近消纳，从而提高用电效率，减少输电损耗与成本。可以预见，随着我国电改的深入实施，现有供电系统中，政府职能与企业职能将逐步分开，发电与输配电网彻底分离，发电侧竞争市场机制的建立，从而为分布式能源系统的发展奠定了坚实的基础。正在发生中的能源变革也为分布式电源在电网中应用提供了巨大机遇。

1 国内外发展现状

为了积极发展新能源，大幅提升配电网接纳新能源、分布式电源及多元负荷的能力，加快推进新能源微电网示范工程建设，探索适应新能源发展的微电网技术及运营管理体制。近年来，智能微电网的研究和发展获得众多国家知名高校、大型企业、相关研究机构的广泛关注。如美国、日本、欧盟等纷纷开展了对微电网技术的研究，并且解决了一部分微电网技术中的运行、保护、经济性等理论问题。而在中国，微电网的研究才刚刚起步。

1.1美国微电网的研究现状

美国是最先提出了微电网概念的国家，1999年美国可靠性技术解决方案协会（the Consortiumfor Electric Reliability Technology Solutions，CERTS）首次对微电网在结构、控制、经济等方面进行了研究并于2002年正式提出了相对完整的微电网概念，并且是目前微电网概念中最权威的一个。2007年美国弗吉尼亚理工大学CPES中心提出了“Sustainable Building Initiative（SBI）”研究计划，主要为未来住宅和楼宇提供电力。近年来，其微电网研究一直在有条不紊地进行着，其研究的重点主要集中在提高供电的可靠性、满足多种电能质量的要求、降低成本和实现智能化等方面。

1.2欧洲微电网研究现状

欧洲国家于2005年提出“Smart？ Power Networks”计划，随后便出台该计划的技术实现方略。“Smart Power Networks”计划作为欧洲2020年及后续的电力发展目标表明了未来欧洲电网需具备以下特点：灵活性、可接入性、可靠性及经济性。并且提出微电源输出端逆变器相应控制策略：PQ控制VSI（voltage source inverter）控制策略。同時提出优化约束方程，并对超额发出热能的弃用制订了惩罚方案。同时自2008年以来，欧盟开展一项名为UNIFLEX （Universal and Flexible Power Management）的研究项目，研究通过新型功率变换技术适应未来有大量分布式电源接入的欧洲电网的功率流动管理。最后，在满足微电网电、热双重需求的条件下，以系统燃料耗量最低为目标，提出了优化的功率分配方案。

1.3我国微电网研究现状

2008年初的冰雪天气导致我国南方电网发生大面积停电，只有少数小电网在支撑重要用户运行，暴露了我国现有的网架结构在保障用户供电方面所存在的薄弱环节同时也将微型电网的作用充分展示了出来，并促使我国加快了对微型电网的研究步伐。2009年，中国国家科技部通过“973”计划项目，专门资助了分布式发电供能系统的相关基础研究。次年，中国国家科技部通过《国家高科技研究发展计划（863）》立项了近十个有关微电网方面的研究课题。“十二五”期间，我国将在太阳能、风能占优势的地区建设成微电网示范区，同时还将推动建设100座新能源示范城市。我国微电网的发展虽尚处于起始阶段，但微电网的特点适应我国电力发展的需求和方向，具有广阔的发展应用前景。

2 未来微电网控制技术发展的方向

微电网已成为世界各国的国家能源战略和未来电网发展战略的重要组成部分。微电网系统是一种具有非常独特和复杂动态特性的新型自治发供电系统，在运行模式、网络拓扑结构、电源配置、控制策略和运行优化等方面与传统电力系统相比都具有非常大的差异性。目前国内对智能微电网的研究仍处于探索阶段，不同运行模式下变流器的控制策略及其协调控制是微电网系统稳定运行的关键。未来研究的主要目标是围绕高密度分布式可再生能源接入，重点为微电网系统的网架配置优化、稳定控制、可靠性等理论与技术难点。以及如何使用系统的方法解决风电和光伏等间歇性分布式电源并网带来的各种问题。

1.母线电压控制问题。微电网内大量分散式的可再生能源发电单元、负荷等具有明显的随机波动性，这类波动功率尤其是短时功率冲击将可能对母线电压造成冲击，若不采取合适的控制措施极易导致整个微电网系统的崩溃。需要采用合适的控制技术措施来保证电网电压的稳定。

2.多源协调控制问题。随着微电网规模的不断扩大，为保证系统的可靠性，微电网内存在有多个DC-AC双向变流器、分布式储能单元、可控型分布式电源，甚至风、光等分布式随机间歇性电源，均有可能作为主电源主动参与母线电压调节，如何实现多源高可靠性和经济性的协调稳定控制将是微电网稳定控制研究的难点。通过对等控制和基于多代理的分层控制等基本控制模式来实现协调与稳定性。

3.多运行模式切换问题。通常微电网有3种工作模式：①联网运行模式：即交流电网正常情况下，由交直流双向变流器控制母线电压恒定；②联网限流模式：当交流电网和直流系统之间的交换功率超过交直流双向变流器的最大功率，或交流电网发生故障导致交流母线电压跌落，从而使双向变流器输出功率受限时，系统进入联网限流模式；③独立运行模式：微网系统彻底断开与交流电网的连接，由微网系统内分布式电源或储能单元控制母线电压。如何利用较少的信息和低带宽通信，实现微网系统母线电压控制模式的平滑切换，是研究的重点。

4.稳定性问题。用户侧大量分布式接入的可再生能源发电单元、电动汽车等负荷，均通过DC-AC等变流器接入微电网，具有明显的恒功率负荷特性，且构成了多变流器接入环境，其随机性波动功率不仅会给母线电压带来冲击，还极易诱发系统谐振，影响微电网稳定性。

3 结语

智能微电网作为分布式发电优化集成的一种方式，已经成为世界各国研究的重点，微电网将在未来电力能源中占有重要的地位。微电网虽然具有很多优点，但在大规模应用之前，还有许多技术问题需要解决。所以微电网技术的发展在我国还将面临着更多挑战。随着近年来国家已出台新的政策积极鼓励新能源的发展并且方便新能源接入配电网以及微电网示范工程的建设，相信中国的微电网技术会走上高速发展的道路。

参考文献

[1]杨新法，苏剑.微电网综述[J].中国电机工程学报， 2014，1（34）：57-66.

[2]李海平，唐巍.风光储混合微电网的详细建模与仿真[J].电力系统保护与控制， 2012，（40）：132-138.