微电网研究综述

甘梓宁

摘  要：微电网是未来智能电网的重要组成部分，微电网的研究与应用是高渗透率新能源接入电网的有效途径。该文紧紧围绕微电网特点进行深入细致的研究，主要工作有：总结了微电网的研究现状及技术发展趋势，主要包括微电网的协调控制、设备的优化配置以及微电网的功率控制方式，对微电网的形式特点进行介绍，并对相关研究存在的问题进行了总结。

关键词：微电网  功率控制  优化配置

当前，化石能源匮乏、环境保护问题突出及城市化进程的需求，促使了以清洁能源发电为代表的分布式电源技术的兴起及大力发展。而分布式电源输出功率固有的波动性、间歇性特点使其无法直接接入配电网，否则会对配电网的可靠性、经济性以及安全性造成影响。而微电网能够将这些分布式电源、储能单元以及负荷进行组网，从而形成一个独立的小型发—输—配—用电系统，然后再通过电力电子接口接入配电网，通过对微电网进行优化运行控制，可以大大减小分布式电源输出功率的波动性对配电网的影响，从而形成“配电网-微电网”良好互动的新型组网形态[1，2]。因此目前世界各国都已相继开展了对于微电网拓扑、控制以及保护等方面研究。

微电网是未来能源产业的重要发展方向，是对大电网的有益补充，目前己成为电力系统与电力电子领域研究热点。泛在电力物联网作为互联网与电网的融合，微电网对泛在电力物联网的发展同样具有推动作用。该文主要介绍微电网及的特点、研究现状以及其技术发展趋势。

1  研究现状

目前，世界电力行业内还没有对微电网给出明确而统一的定义，但国内外对微电网的研究已经取得了很大的进展，形成了相关理论知识、仿真及实验分析、微电网实验室、示范工程等一系列成果。美国是最早提出微电网概念并着手研究的国家，由一些科技公司主导建立了一批微电网工程，促进了微电网基本控制运行理论的逐步完善，同时还形成了一套比较完整的微电网运营管理规则。能源匮乏的韩国和日本重点针对直流微电网开展研究，研究内容包括如何实现微电网能量供需平衡、能量管理系统和高效功率变流器的设计、微电网如何实现分布式能源与本地配电网互联等方面[3]。欧洲科技强国对微电网技术的研究更关注微电网是否能保证用户电能质量，以及如何保证连接微电网的配电网自身稳定性方等方面。2015年6月IEEE在美国亚特兰大组织召开了第一届直流微电网国际会议，介绍了直流微电网相关研究技术和工程实践的最新研究进展。

近年来，我国各大高校及科研院所均对微电网开展了深入研究，国内已建成和在建的微电网示范工程多达数十个。2011年中新天津生态城智能电网综合示范工程投入运营;2014年厦门大学投运我国第一个太阳能建筑一体化的直流微电网，浙江温州鹿西岛微电网示范工程建成[4];2015年河北电力科技园风、储、热一体化示范工程建成，许多技术达到国际先进水平。

由于微电网的组成部分較多，其协调控制技术一直是研究的难点。针对含有多种分布式能源的混合微电网的协调控制策略开展研究，其在并网和离网运行状态下，研究各接口变换器的协调控制，实现了微网功率平衡、微源的最大功率输出、交直流母线能量交互最少的运行效果，在微网孤岛运行时，研究多种分布式电源的主从控制策略，科学配置可提高系统的稳定性和经济性。

同时，微电网设备的优化配置问题也得到广泛研究，通过对系统中各单元经济性分析，研究容量优化配置、各类型电源及机组最优组合、不同微电源的功率输出优化分配问题。针对这些研究，已提出采用目标逼近与二次序列相结合的优化规划求解方法，根据不同的能源类型、负荷类型目标，构建了单目标和多目标微电网容量优化函数，提出了相应的优化算法，还提出了一些最优的经济调度策略。

微电网并网运行与离网运行时，主电源与从电源的控制方式并不相同。并网运行时，主电源和从电源均采用PQ控制;离网运行时，主电源采用V/f控制，用以维持系统电压和频率稳定，而从电源仍然采用PQ控制。由此可知，主电源在不同的运行方式下的控制目标和控制策略各不相同。微电网控制方式也是重点研究内容之一，针对多微电源组成微电网，研究其在并网模式、孤网模式以及过渡模式下的运行、控制和保护策略。

2  微电网的特点

由于传统电网为交流网，为了便于连接且不改变原有配电网结构形式，所以微电网中，交流微电网是目前的主要形式。交流微电网中的分布式电源、储能单元、部分负荷等无法直接与交流母线连接，需通过电力电子变换装置接入交流母线，再通过公共连接点接入大电网。然而，随着分布式电源的发展以及电动充电汽车等直流负荷的増加，直流微电网的研究开始活跃。直流微电网中的分布式电源、直流负荷同样需通过电能转换装置接入直流母线，再通过公共连接点与大电网进行连接。直流微电网的系统结构更加简单，交直流变换装置减少，成本降低且变换效率更高;并不需要考虑系统中谐波、无功功率补偿的影响，直流负荷可直接通过直流微电网供电。

若同一地区有多种分布式能源和负荷，要想获得最大的经济效益，需将其分别接入不同供电类型的微电网。所以，将交流微电网与直流微电网互联构成交直流混合微电网可同时接入包括光伏、风机、储能装置、小型发电机、直流负荷、交流负荷等多种交直流能源形式。交直流混合微电网是适应新的分布式电源形式及负荷而建立，图1为交直流混合微电网拓扑结构图，其接入电网的形式与交流微电网或直流微电网并无差别，均需通过公共连接点接入大电网。在图1中，在交直流母线之间安装电力电子变流器，可以实现交流母线和直流母线之间的能量双向流动。交直流混合微电网与单一供电形式的微电网相比具有多个优势。首先，将交直流微电网互联后，在系统供需功率不平衡时，交直流微电网可互为备用，互相支撑维持系统功率平衡，降低电压和频率的波动幅值，减少敏感设备损坏，改善系统的电能质量，保证系统稳定运行。其次，对比相同的交流分布式电源和负荷数量、直流电源和负荷数量，混合微电网显著地减少了电力电子变流器，确保不同类型的负荷分别接入，增强接入形式的灵活性，降低建设和运营成本。同时，交直流混合微电网的系统范围和容量相比单一微电网都大，是二者之和;在负荷投切时，引起的波动对系统的冲击会因为系统容量的增加而得到一定的“稀释”，提高重要负荷的供电可靠性，这对于整个系统的供电质量都是有利的。同时，交直流混合微电网相比单一微电网还提高了系统的最大接纳容量，系统内共同分担接入容量。

3  结论与展望

微电网对支撑以分布式能源为主要的多种能源形式及负荷的电网具有重要意义，促进城市区域配电网的发展，其并网特性、柔性电力特性、电能质量定制化、能量信息流等特征在泛在电力物联网构建中起到重要作用。该文对微网的特点、研究现状及关键技术等进行总结分析，并给出以下建议：（1）随着技术的发展，微电网的经济性方面应该得到重视，经济性的运营方案有待进一步研究和完善，以提高系统的经济性。（2）互联变流器接入交直流混合微电网中时，其滤波装置的设计通常比较简单无法应对变化多端的运行情况，不能达到足够满意的滤波效果，这将影响微电网的稳定运行，因此控制模型应进行改进。

参考文献

[1] 杜少飞.混合微电网运行模式及切换控制策略研究[D].华北电力大学（北京），2017.

[2] 贾利虎.直流混合微电网拓扑与控制策略研究[D].华北电力大学（北京），2017.

[3] 张伟伟.交直流混合微网三电平变换器控制研究[D].北京交通大学（北京），2015.

[4] 郭雅娟，陈锦铭，何红玉，等.交直流混合微电网接入分布式新能源的关键技术研究综述[J].电力建设，2017，38（3）：9-18.