微电网运行控制技术要点及展望*

徐海亮 张禹风 聂 飞 孟志远 李 志

(中国石油大学(华东)新能源学院 青岛266580)

1 引言

近年来，随着化石能源危机和环境污染问题的加剧与凸显，开发利用清洁能源，特别是以风能、光伏为代表的新能源，成为世界主要经济体的共同选择。新能源开发通常有两种模式，规模化集中式和小型化分散式。相比前者存在的远距离电力输送技术和成本问题，后者可直接接入低压配电网络，且临近负荷中心，便于就地消纳。然而，风、光等新能源固有的间歇性、波动性以及电力电子化的接入方式，对低压配电网络的规划、运行控制构成了新的挑战。对此，作为解决分布式电源接入电力网络有效手段，微电网(以下简称“微网”)技术一经提出就受到广泛关注，且在新能源运行控制方面展现出强大的技术优势[1-3]。

尽管目前世界各地已建有多个微网示范工程，但关于微网技术的研究依然火热。从2016～2020 年IEEE Xplore和中国知网关于“Microgrid”、“微电网”主题的文献检索情况来看(截止2020 年3 月1 日前，含在线发表)，论文数量分别超过10 000篇(其中，期刊论文3 000余篇)和3 800篇。国外学者Josep M.Guerrero(丹麦奥尔堡大学)、Bhim Singh(印度德里理工学院)、Yasser Abdel-Rady I.Mohamed(加拿大瑞尔森大学)、Mohammad Shahidehpour(美国伊利诺理工学院)以及国内学者王成山(天津大学)、杨苹(华南理工大学)、艾芊(上海交通大学)、韩肖清(太原理工大学)等，在微网技术研究领域取得了较为丰富的学术成果。

总体上看，围绕微网技术研究主要集中于以下几个方面：规划设计[4-6]、建模分析[7-9]、运行控制[2，10-20]、能量管理与储能[21-23]、功率变换与调制[24-25]、保护[26-29]、稳定性[30-33]、电能质量[34-36]等。其中，微网运行控制，作为该技术领域的难点和关键之一，更是吸引了国内外学者的广泛研究兴趣。如，文献[10]针对故障情况下PQ 控制分布式电源(Distributed generation，DG)低电压穿越时引起的无功倒送问题，提出了一种孤岛微网的主从控制的优化故障控制策略；文献[11]则针对直流微网变换器并联导致的功率分配不均和母线电压控制问题，研究了一种基于主动电压扰动的直流微网负载均流控制策略；文献[12]提出了一种含母线电压补偿和负荷功率动态分配的协调控制策略，解决了孤岛直流微网需要独自承担系统母线电压稳定和精确功率分配的问题；文献[13]针对微网中分布式电源下垂一次控制中产生的系统频率和电压静态偏差的问题，提出了一种基于强化学习就地反馈方法的分布式二次优化控制，利用本地信息即可兼顾频率恢复和电压调整的需求。文献[14-15]则分别就交直流混合微网、直流微网的拓扑机构和控制策略进行了系统综述。

鉴于近年来微网技术发展迅猛，关于运行控制层面的研究更是层出叠现。为充分展示该技术领域的最新研究成果，本文对近几年国内外学者提出的微网运行控制技术进行了梳理归纳，从微网运行控制的难点是什么、微网运行控制的关键如何把握、 目前已有的控制技术及其优缺点、下一步微网运行控制的研究动向等方面进行了分析，并对后续技术发展进行了讨论和展望。

2 微网运行控制的技术难点

2.1 拓扑结构多元致使控制难以统一的问题

根据微网的母线连接方式，可以将其分为交流微网、直流微网和交直流混合微网等三类。每一类又可因具体网络结构的差异细分为若干种子拓扑。以交直流混合微网为例，可粗略地细分为四个子类：孤岛型[37-39]、交流侧并网型[40-42]、直流侧并网型[43-44]、交直流对等型[45]，具体拓扑如图1 所示。微网拓扑结构和形态的多元，使得其控制重点和难点有所不同，难以提出一种普遍适用的控制方案。这是目前微网运行控制技术层出不穷的重要或根本原因。以图 1 所示交直流混合型微网为例，其控制重点分别介绍如下。

(1) 孤岛型微网。由于缺少主电网的支撑，其控制重点是通过分布式能源间的配合以及子微网(系统)间的功率互动，维持直流子微网电压和交流子微网电压频率的稳定。

(2) 交流侧并网型微网。通过交流子微网并入交流电网，其控制重点是微网的并离网切合机制设计与运行控制，避免模式切换造成的系统功率振荡。

(3) 直流侧并网型微网。通过双向DC/DC 变流器经由直流子微网接入主电网，其控制重点是离网运行模式下直流母线电压的稳定控制。相比交流侧 并网型微网，其并离网过程相对简单。

(4) 交直流对等型微网。交流、直流子微网分别通过联络变流器接入主电网，其控制重点是交流电网故障下两联络变流器的协调控制，以确保母线电压和频率的稳定。

2.2 小惯量系统下源荷的不确定性问题

微网中大量可再生能源的接入会带来两个方面的问题：一方面，风电和光伏采用电力电子装置接入电网，使得机组输出功率与系统频率解耦，造成系统转动惯量减小和调频能力不足的问题，致使频率失稳风险上升[46-50]；另一方面，风电和光伏等间歇性电源具有明显的波动性和不确定性[51]。与此同时，微网中负荷亦可能存在波动性，如作为新一代交通工具的电动汽车充放电具有大容量和随机性的特点。波动性微源和负荷同步接入，导致微网运行的稳定性和供电的可靠性面临巨大挑战[52-53]。

为使风电、光伏机组能够像传统同步发电机一样参与系统频率调节，国内外的研究学者进而提出了风机-储能协同控制[54]、备用功率控制[46，55]和虚拟惯量控制[56-57]等方法。为兼顾系统运行的可靠性和经济性，文献[58]综合考虑了风电预测误差、负荷波动以及发电机非计划停运等不确定性因素对旋转备用的需求，研究了一种各时段旋转备用优化配置方法，最终提出一种基于多场景的概率性旋转备用优化方法。文献[53]建立了电动汽车不同充放电方式下直流配电系统小信号导纳模型，提出了不同充放电模式的统一虚拟惯量控制策略。文献[59]则针对源荷曲线的数据分布特性与形态波动特征，提出了一种新能源-负荷相似度指标和曲线波动度指标，以传统机组运行成本最小、新能源与负荷的总调节量最小、新能源消纳量最大为目标，获得了期望的总负荷曲线和新能源出力曲线。

2.3 微源功率变换模式的多样性及协调控制问题

在微网系统中，风机、光伏、燃气轮机、蓄电池等分布式电源通过电力电子变换器分别接入交流或直流母线。在同一子微网中，这些变换器通常呈并联结构。微网的协调能力取决于上述变换器的功率调节能力。但是，这些不同类型的变换器具有不同的工作原理和控制策略，加深了协调控制的难度。因此，在定义整个微网系统的协调控制方式之前，应该依据各个微源的功能定位对变换器进行分类描述。

微网中变换器的功能目标有两种，一种是调节本地的潮流，另一种是保持微网系统的电压稳定性。但是由于这两个控制目标存在冲突，每个变换器只能同时服务于一个目标[60]。因此，需要根据变换器(包括变换器及其所接负荷或电源)控制目标的不同，将其分为终端调节单元和母线调节单元两类。终端调节单元的控制目标是满足电力需求，它只能根据终端条件做出决定，而不参与维持微网系统的功率平衡。不可控负荷和保持最大功率点跟踪的分布式电源就是终端调节单元，对于这些单元，其功耗或发电不随电压水平而变化。换言之，终端调节单元作为微网系统中的恒定功率负载/源，如图2a所示。而母线调节单元控制目标是保持整个微网系统的电压稳定性。这类单元通过根据电压反馈信号调整注入微网的功率来主动调节母线电压[61-62]，可以描述为与等效阻抗Zeq串联的电压源形式，如图 2b 所示。

2.4 通信联络的取舍及方式问题

无论是交流微网、直流微网，亦或是交直流混合微网，其运行控制必然会对通信网络有着或多或少的依赖[62-64]。下面将基于有、无互联通信网络的两类微网控制形式，分析微网中通信的利弊取舍及其实施方式问题。

2.4.1 基于无互联通信的控制技术

下垂控制目前是基于无高速互联通信中应用最为广泛的一种微网运行控制方法[65-66]。其之所以能够在无互联通信下进行运行控制，本质上利用的是系统本身的电气参数作为“通信”信号[67]。对于不同的微网拓扑，传统的下垂控制原理构成是一样的，均由两部分组成：一是将反馈的本地“通信”信号(如直流母线电压)代入预设下垂曲线，进而得到电压外环的参考值；二是具有能够实现电压参考值快速、准确跟随的电压电流控制环路[68]。下垂控制的优势是不依赖于强通信，结构简单、方式可靠，但其仍属于有差调节[65]。当直流母线电压较大范围变化时，为保证功率能够快速达到平衡状态，需要选择较大的下垂系数，进而会使得频率出现大幅度的偏移。文献[69]将线路阻抗产生的影响考虑在下垂系数的计算之内，一定程度上提高了频率控制精度。为抑制微网母线电压波动，文献[70]提出了一种基于下垂系数步长自适应的下垂控制策略。文献[71]同样提出了一种基于自适应下垂特性的控制策略，以期对功率进行精确分配策略进而对直流母线电压进行无偏差控制，在实现上述功能的同时进一步实现了分散控制模式下的孤立直流微网的功率精确、合理分配，并且在功率分配的策略中考虑到了本地负荷对直流母线电压波动产生的影响。这些都是有益的改进探索。

2.4.2 基于互联通信的控制技术

基于无互联通信的控制技术结构简单、易于实现，但仍存在功率分配精度不足、电能质量较低的缺点[72]，需要对其偏差进行校正。对此，文献[73]提出基于低速通信的分层控制技术：第一层控制沿用传统的下垂控制，利用低速通信实现各分布式电源之间的信息共享；第二层控制对下垂曲线进行二次调节。对原有分布式控制存在的系统冗余较高、分配精度不足问题进行折中处理。

基于高速互联通信的分层控制技术相较于上述基于低速互联通信的控制技术有着更高的功率分配精度。文献[74-76]将微网按照时间尺度划分为三层进行控制，其中第一层为设备级控制，第二、三层为系统级控制，从而进一步提高微网的可扩展性及其整体的运行可靠性。具体各层的实施方案及优缺点如下。

第一层控制可分为主从控制或对等控制。主从控制可靠性较差，当主控制单元出现故障，可能会导致整个微网功率失衡进而可能导致母线电压或系统的崩溃[77]；而对等控制中含有多个主控制单元，其地位是平等的，因而当某一控制单元出现故障时，其余控制单元仍然能够保持母线电压稳定，使得系统具有更高的稳定性与可靠性[78]。类似于基于低速互联通信网络的分层控制技术，此时下垂控制仍是较为常见的设备级控制方式[79]。

由于第一层控制中出现的直流母线电压偏差等问题，第二层控制可分为如下几种：① 集中式通信与控制[80]，此类控制结构中，第二层通信、控制均由集中控制器实现，因而在其出现故障时，系统将无法正常运行，可靠性较低；② 集中制通信与分布式控制[81]，此类控制结构将第二层控制器嵌入至本地控制单元中，进而使得通信总线接收到来自不同单元控制器发出的信号。但是此类方法会使得通信总线压力较大，影响系统稳定性；文献[82]为了规避分层控制结构中的通信故障对系统稳定性产生的影响，在控制器中采用双冗余参考信号；通信情况正常时，接受模型预测主控制器的参考信号，一旦发生通信故障，本地控制器将迅速将参考信号切换为电压分层控制策略产生的信号；③ 分布式协同控制[83]，各主控制单元通过与临近单元进行信息交换，更新自身状态，相较于上述两种控制方式具有更高的灵活性与稳定性。文献[84]提出的孤岛微网经济优化运行方法不需要中央控制器，仅需要相近分布式微源之间互换各自的微增率，就可以达到微网运行的经济最优状态，与此同时还提高了系统的控制性能。

第三层控制为能量管理层，通常基于微网的经济性、碳排放等指标对各微源出力进行总体安排，属于最高决策层。该层通常可由单个综合能源管理系统实施，其通信联络体现于各微源出力、负荷响应信息的“上传下达”。此处不再赘述其控制方式。

综上，可将本小节基于不同通信技术的实施方法的优缺点总结为表1。

表1 基于不同通信技术的控制方法的优缺点总结

3 微网运行控制的几个关键

3.1 控制策略需要与系统规划耦合设计

良好的控制与规划策略对微网的稳定性与经济性起着重要的作用。与传统电网相比，微网在控制和规划过程中有较大的难度。一方面，微网中存在着风能、光能、热能、电能等多种能源形式，负荷也分为冷、热、电、气负荷。这使得微网在规划和控制过程中需要考虑多种能源和负荷的建模过程，调度过程中需要考虑多个优化目标[85-87]，控制过程中也需要考虑多源之间的相互作用，以及负荷与源的协调性。另一方面，微网存在着并网和孤岛两种模式，两种模式下的规划和控制方式也不尽相同。

目前，对于微网的控制与规划流程的协同优化已经有不少研究[88-90]，大致的设计流程如图3 所示[90]。首先是对微网系统的建模过程，不同于常规的优化调度过程，微网控制规划这一过程多了一个控制方式的建模，控制方式多是常见的下垂控制、主从控制等。完成建模后，需要选取合适的优化目标。从图3中可以看出，微网的控制与规划是一个耦合系统，有多种信息的输入，在运行时考虑电能质量、环境质量、发电成本等多种优化目标。控制优化部分和经济优化部分可以进行信息的双向交流，使得二者在优化过程中能够考虑到对方的信息，从而实现优化的协同性。最后在智能优化算法的参与下，实现控制与规划的一体化，从而实现微源的出力优化与经济指标优化。

通过上述的方式能兼顾微网的控制方式与规划，得到的结果既能满足系统的功率、能量约束，又能获得较好的经济性。但上述方式也存在着一定的不足。对于建模过程和优化目标这两部分不会有太大的难度，因为有关微网的控制方式和源荷的数学建模在国内外已有广泛的研究，并且取得了不少研究成果。但是在优化算法这一部分结合控制方式与规划的调度有较大难度，目前的优化算法主要应用在电力系统或是微网的优化调度，控制与经济调度的耦合程度较低，且执行过程较为简单。对于控制与规划高度耦合的情况，需要处理涉及电能、电价、环境等多方面的信息，这无疑加大了运算量，因此须用到更加复杂的算法。例如文献[89]所提出的算例，以下垂控制和经济自动发电为控制方式，考虑了经济调度和电能质量，这种情况下普通的神经网络已无法运算这种复杂的系统，需要借助极限学习机和相关模块来运算。

综上，考虑到多优化目标的复杂性，学者们对于微网的控制与规划研究多是侧重于某一方面[90-92]，即电能质量或是经济指标。对于兼顾控制与规划的高耦合系统研究相对较少，但其基本的方法理论已经存在，通过算法优化与改进，将是控制与规划耦合设计的关键技术路径。

3.2 微网内部及微网单元交互稳定性

随着分布式发电技术的迅速发展，多种类微电源、负荷的出现，多模式控制方式对功率潮流的影响，多运行模态的交替以及机械尺度时间与电磁尺度时间的共存使得分布式发电设备以及分布式储能元件具备与传统发电系统不同的动态特性。不同动态特性之间的交互作用，又进一步重塑了电力系统的功率变换、控制策略等动态特性，从而危及动态稳定性。根据交互作用的对象不同，将影响微网动态稳定性因素分为微网单元交互和微网内部单元交互两个方面，如图4 所示，具体分析如下。

3.2.1 微网内部交互

微电源和多种负荷的强耦合作用影响微网的动态稳定性甚或引起不同频率的振荡。微网内各微源控制器的动态特性对微网内部的稳定性起关键作用。有研究表明，通过对功率控制器控制参数的精确选取能够增加系统阻尼，减少因系统受扰或能量管理策略导致的过补偿及误动作情况[93]。同时，阻感负载与电力电子变流器的锁相环以及电流内环控制器会因控制器带宽相近产生强耦合引起振荡[94-96]。通过有源阻尼的方法对接口特性重塑能够起到抑制振荡的效果，但也会进一步引起微网的低惯量化，使抗扰能力下降。此外，在微网内部，各分布式电源的实时信息采集系统独立为一个终端节点，削弱了微网系统的连接性，同样会影响到微网内部的稳定性[31]。

3.2.2 微网单元交互

多微网互联系统实质上是将空间上临近的各独立微网整合，构成内部能够实现能量流动的微网系统。频率稳定性是互联微网稳定的关键因素，各微网受到运行目标、约束条件限制，难以实现功率的动态平衡，从而危及到稳定性。储能元件的参与以及能量的多向流动为各独立微网提供了备用容量支撑，极大程度增强了系统鲁棒性。需要注意的是，各微网的单独稳定会因为运行状态的突变而发生功率摇摆，当频率变化率达到解列要求，多微网的交互稳定即被打破[97]。文献[98]提出基于背靠背变流器的协调控制策略，既可将微网间的功率置换互为备用，又能够实现快速功率交换，提高了互联系统的鲁棒性。

3.3 虚拟同步控制与频率调节

随着新能源并网规模的日益增大，电网的惯性下降问题引起了广泛关注。与传统火电机组相比，新能源通过电力变换装备实现最大功率追踪的运行方式显著降低了电网的惯量，致使系统的频率稳定性受到较大程度的威胁[99]。传统同步发电机能够参与电网电压和频率的一次调节和二次调节[100]，通过转子释放和吸收动能达到输入输出功率的平衡，具有较大的转动惯量和阻尼。虚拟同步控制正是基于模拟同步发电机的这一特点，为改善新能源的低惯量特性而提出的解决方案。采用虚拟同步控制的微电源无论运行于离网还是并网模式，均能够根据微网或负荷的变化需求自主运行和管理，维系系统的频率稳定[101]。如在并网模式运行时，采用虚拟同步控制的分布式电源，可以模拟传统同步发电机的运行特性，当电网频率出现波动时，能够比照同步发电机的转子运动方程，由转子释放或吸收能量，友好接入电网。

虚拟同步发电机主要由直流侧储能元件、三相桥式逆变器和滤波电感以及电阻组成，其惯量支撑特性由直流侧的母线电容模拟，其拓扑结构如图5所示[102]。图5 中分别为虚拟同步发电机的内电势、三相并网机端电压和三相并网电流；L 和R 分别为等效同步电抗，P 和Q 分别为虚拟同步发电机输出的有功和无功功率。

虚拟同步控制的实施方案根据其途径不同可概括为以下几个方式，如图6 所示。

3.4 功率变换器控制技术

高效、高可靠性功率变换器及其先进控制策略是微网运行控制的关键。以交直流互联变流器为例，它是负责交直流混合微网之间功率流动的关键环节[39，103]。其运行控制方式对整个系统的稳定性、可靠性以及效率等方面都起到至关重要的作用。当前大部分文献对互联变流器功率变换技术的研究主要从两个方面展开：一方面是将传统变流器控制方法进行移植[104-105]，主要包含电压-频率(V/F)控制、恒功率控制[106]、下垂控制等。

另一方面，文献[107]通过数学推演，将不同量纲下的交流子网频率和直流子网电压进行标幺化处理，进而归算到同一量纲下进行计算。两者差值经PI 调节器后可得互联变流器的有功功率指令值。当多台互联变流器并联时，功率则无法按照自身容量正常分配。针对此时功率分配问题，文献[108]提出了一种改进的下垂控制方法，用以平衡交直流子网及多互联变流器之间的功率分配。文献[109]提出在功率控制回路中引入一控制变量，该控制变量可以根据不同的功率控制目标进行灵活调整，并将功率按照比例分配到交直流子网的平衡节点中。文献[110]提出了一种交直流混合微网互联变流器统一的分层控制策略。由于其同样适用于分层控制的交直流混合微网，当通信故障情况出现时，分布式结构能够使得此系统具有一定通信故障穿越的能力。

当交直流微网在并网和离网两种运行状态之间进行切换时，母线电压由于其运行状态的改变而发生较大幅度的变化，从而导致互联变流器电压出现波动。因而能否实现两种运行模式之间的平滑切换同样值得深入研究。文献[111]提出了一种能够在并网和孤岛运行模型间平滑切换的控制策略，使得交直流侧保持平衡，确保系统在切换前后保持稳定。除此之外，由于系统参数发生变化仍有可能导致母线电压发生较大波动。传统的比例积分(Proportional integral，PI)调节器无法保证在发生较大扰动情况下仍然能够得到良好的动态响应[112]。而比例积分微分(Proportion integration differentiation，PID)调节器虽然在一定程度上能够改善采用PI 调节器的系统的动态性能，但仍有可能难以快速跟随[113]。对此，文献[114]提出一种不使用任何PID 调节器的模型预测电压功率控制策略，用以确保微网与电网之间的潮流保持稳定。上述各类功率变换器控制的优缺点如表2 所示。

表2 不同功率变换器控制方式下的优缺点

4 已有的典型微网运行控制技术

目前，微网微网的运行控制方法大致可以分为三种：主从控制、对等控制和分层控制。下面简要概述其技术进展。

4.1 微网的主从控制

该控制方式下，系统的一个或多个分布式电源采用V/F 控制，并将该分布式电源的电压和频率作为参考，其他的分布式电源采用P/Q 控制。提供电压和频率参考的分布式电源为主控制器，其他分布式电源为从控制器。

主从控制的控制方式较为简单，可以在孤岛模式下有效地跟踪负荷的变化。但是，当采用主从控制下的微网系统如果从并网模式切换到孤岛模式时，主控制器就从原来的P/Q 控制方式切换到了V/F控制，其他的分布式电源虽然仍采用P/Q 控制，由于其参考电压和频率改变了，模式切换过程技术难度大[115]。另外，主控制器对于处于孤岛模式下的微网的稳定性起着决定性的作用，如果其容量不足，那么将无法为整个系统提供功率，微网也难以维持稳定。

基于以上问题，目前对微网主从控制的研究主要分为了两部分：一是研究主控制器在微网发生状态转变时能够平滑地切换到相应的工作模式，二是减弱主控制器的决定性作用。

对于状态平稳切换，学者们多是从逆变型分布式电源模型出发，研究在切换过程中的电压电流响应情况。如文献[10]阐述了无功倒送对运行在孤岛模式下微网的不利影响，并提出了在故障期间协调主控制器与从控制器的优化故障策略；文献[116]则从微网中的主从式逆变器出发，提出了一种基于滑模控制策略的可调度电耦合分布式能源电流控制和电压模式控制方案，能够在平衡或者失真的负载电流下保证主控制器单元输出电压质量。

对于减弱主控制器的决定性作用，有学者建议采用储能的方式，值得关注。如文献[117]提出将主控制器与储能单元结合起来，在发生故障的情况下确保主控制器能够及时地调用储能单元，以维持系统电压和频率的稳定；文献[118]则提出将超级电容和蓄电池组合成复合储能装置，通过对两种储能装置的单独控制，使得复合储能装置在响应迅速、大量出力的同时能够保持稳定性。

4.2 微网的对等控制

与主从控制相比，对等控制易于实现“即插即用”的功能，并且由于省却了通信系统，可大幅度降低系统成本。采用对等控制模式时，各分布式电源需要进行就地控制。然而，对于采用下垂控制的微网，负载变化前后微网的电压和频率会有一定差异，即是一种有差调节。

目前，实际采用对等控制下的微网较少，对于该控制类型下的研究也处于起步阶段，多是从稳定性分析[119]、改进控制方式[120-121]等方面进行。值得关注的是，近年来关于直流微网对等控制的研究及示范较多。如文献[44]提出了一种采用对等控制的直流微网系统，并在日本冲绳构建了一个可为19人居住的房屋供电的微网系统，证明了其所提出的控制策略的有效性。

4.3 微网的分层控制

分层控制模式与集中控制有关，微网的集中控制是指在微网中设置中央控制器，负责处理来自各处的信息，并将处理后的结果送至各单元，控制各单元的相关装置，以使微网的电压和频率达到稳定[18]。

分层控制一般可以分为三层：微源变换器控制层、功率控制层、能量管理层。分层控制能够及时地处理信息，灵活地协调各单元的工作情况，使整个微网在两种工作模式下都能安全稳定地运行。因此，基于分层体系下的微网控制技术成为了当下的研究热门，也逐渐成为微网常用的控制方式。目前，对于分层控制的研究，主要是从通信[122]、改善主从控制和分层控制中的电能质量问题[77，123-124]等方面展开。

值得关注的是，近年来采用分层控制的微网工程应用也取得了积极发展，相关实验室和示范性工程开始见诸报道[77]。同时，微网控制研究也在朝着智能化的方向拓展。如文献[125]提出了一种多智能体系框架，并在一个构建的试验平台上实现了分层控制体系下微网的经济调度，这对微网的工程应用有着较好的参考价值。

上述三种微网运行控制方式的对比分析见表3。各种运行控制方式各有优缺点，与实际控制对象有关，也与控制的要求有关。对于实际运行的微网，往往采用分层控制为主，多种运行方式并存的工作方式。

表3 各类微网运行控制方法对比

5 结论与展望

通过综述研究来看，目前国内外关于微网运行控制技术已经有较为丰富的研究成果。该技术领域研究工作需要重点关注的问题有以下几点。

(1) 微网拓扑结构和形态的多元，使得其控制重点和难点有所不同，也就难以提出一种普遍适用的控制方案。这是目前微网运行控制技术层出不穷的重要或根本原因。因地制宜，精准施策，应成为微网运行控制技术设计的基本原则。

(2) 微网中大量可再生能源的接入造成系统转动惯量下降，导致微网运行的稳定性和供电的可靠性面临巨大挑战。为此，可采用新能源-储能协同控制、备用功率控制和虚拟惯量控制等方法提升系统的等效转动惯量。

(3) 微网中各类微源和负荷通过电力电子变换器分别接入交流母线和直流母线。这些变换器的功能定位不尽相同、控制特性迥异，加大了协调控制的难度。为此，在协调控制方式时宜根据各个微源、负荷的功能定位对变换器进行分类刻画，区别控制。

(4) 无论是交流微网、直流微网，亦或是交直流混合微网，其运行控制一定程度上依赖于网络通信。即使是无互联通信下的下垂控制，本质上也是利用系统本身的电气参数作为“通信”信号。采用低复杂度通信、高低速通信协同，或是解决高精度控制要求下的高可靠性通信难题的有效路径。

(5) 微网的控制与规划是一个耦合系统，有多种信息的输入，且需要考虑电能质量、环境效益、发电成本等多种优化目标。为此，控制策略应与规划一并设计，考虑控制优化部分和经济优化部分信息的双向交流，使得二者在优化过程中能考虑到对方的信息，从而实现优化的协同性、全局性。

(6) 高效、高可靠性功率变换器是微网运行控制的关键设备。其运行控制方式对整个系统的稳定性、可靠性以及效率等方面都起到至关重要作用。为此，应开展高效高可靠性变流装备拓扑演变规律与相应控制策略技术攻关，并提高功率变换装备的智能化水平。

同时，下一步，微网运行控制技术领域可能的研究热点和动向有如下几点。

(1) 先进储能技术与装备。对于高渗透新能源的微网，特别是离网运行模式下，动态功率和能量的均衡控制是难点。随着新能源产业的快速发展，储能技术和装备地位日趋显现，有望获得快速发展。

(2) 故障情况下的保护和控制问题。微网中存在多个响应时间尺度的微源和负荷，故障发生后的保护和控制技术是难点和关键。特别是，直流微网中高可靠性直流断路器的分析设计，会是一个值得关注的研究热点。

(3) 多微网互联及建模分析和控制。随着技术发展和进步，微网形态逐步从单一微网到多微网互联的情景发展，如何进行多微网互联控制，特别是复杂微网(群)建模分析和控制，会是今后研究的一个热点。

(4) 微网向微能源网乃至能源互联网迈进。从国内情形看，近年来围绕高比例新能源电网或系统的概念提法很多。从本质上看，多能互补、电为核心会是趋势，微网将逐步向微能源网乃至能源互联网稳步迈进。其中，人工智能、互联网等技术将发挥重要作用，已经并将继续带动微网运行控制技术的快速革新。

本文从微网运行控制技术的4 个难点、4 个关键点、3 类已有控制策略评述等角度，对国内外最新研究成果进行了梳理归纳，探讨了微网运行控制技术的要点，并对下一步相关研究进行了讨论和展望。