智能微电网特点及关键技术分析

吴佳骜　王世荣　孙赫阳

摘要：在国际能源形势和国家能源政策的背景下，智能微电网的产生为解决能源危机提供了有效途径，本文通过对智能微电网的特点和研究关键技术进行了集中分析，为其在实际应用中提供了有效的理论基础和研究方向。

关键词：智能微电网;特点;关键技术

中图分类号：TM727         文献标识码：A

收稿日期：2020-04-21

作者简介：吴佳骜（1996-），男，硕士研究生，研究方向：电力变换与新能源开发;王世荣（1962-），男，副教授，硕士研究生导师，研究方向：电力变换与新能源开发。

在全球性能源危机的局势下，各国都在寻找清洁可再生能源来完善和发展电力系统，近年来我国政府也对电力系统的研究投入了大量的人力物力财力，鉴于我国地广物博，地域形势各不相同，电力系统的搭建和配置都面临着极大的挑战，这时，智能微电网概念的提出为电力系统的研究提供了一个全新方向，一个微电网系统中可以有多个单独运行的微电源，彼此之间互不影响，这样可以有效地利用地形和当地的清洁能源来建设电网系统，使电网的运行更加安全稳定，电能效益更加高效，所以智能微电网的研究势在必行。

1 智能微电网结构分析

在现有的研究范围内，微电网可分为交流微电网、直流微电网和交直流微电网[1]。交直流微电网在现实使用中稳定性不易控制，研究尚浅。相比较下，直流微电网，在资金投入相同的情况下，直流微电网可提供的能效高，且在相同条件下，直流微电网的损耗低，便于控制。本文将以直流微电网为研究对象进行分析，直流微电网结构图如图1所示。

在直流微电网系统中，直流负荷可以在条件允许（电压相匹配）的情况下，可以直接接入电网，系统中的微电源、储能系统装置等大多数装置可以通过DC/AC或DC/DC变流器接入电网。为了使系统的有功功率达到平衡，需对母线电压进行实时调控，这样，各个模块之间既獨立运行又相互配合，可以有效的配合当地的地势和气候情况，利用当地高产的清洁新能源，来建设适合当地情况的智能微电网系统，再并入大电网使用，不但能够提高当地供电系统的稳定性，还可以有效的提升电能质量，此举可以积极响应国家政策并满足用户侧对电能的需求。在系统运行出现故障时，由于各个模块的独立性，不会影响到整个系统的平衡，且容易找到故障点所在，加快了排除故障的时间和能力，对保护整个微电网系统和大电网系统都有着积极的作用。

2 智能微电网特点及关键技术分析

2.1 微电网运行特点

智能微电网在运行过程中，通过监测电网系统的运行状态而做出自身的反应，即微电网可以进行孤岛独立运行，也可以并入大电网运行[2]。当微电网并入的大电网突发故障或无法实现调节内部系统时，微电网系统会自动选择断开与大电网的连接，防止发生大的故障产生。在并网运行的过程中，在大电网电压处于峰值时，微电网向大电网输送电能，缓解大电网的运行压力，反之，当大电网峰谷时，大电网向微电网输电，维持整个供电系统的电能平衡，也排除了由于系统误动作和电压降落差过大导致的系统的故障的影响，实时监控整体电网的运行状态，对大电网起着高效的调节作用。

直流微电网具有如下特点：（1）具有灵活性。直流微电网系统内部可含有多个微电源独立又统一的控制系统运行，与储能模块和负载共同为大电网的稳定运行提供保障，对大电网内部状态进行分析，可以自身决定与电网之间的连接和关断，系统结构复杂却具有极强的控制灵活性。（2）具有高效性和稳定性。鉴于智能微电网与配电网之间的相互协作，能够实时监控整个系统的运行状态，在出现故障时，由于微电网模块之间独立运行，所以不会产生交叉影响，也能有效地提高系统的稳定性。二者协同运行，彼此之间相互调节，使大电网避免了大量的无功功率损耗，可以有效地提高电能利用率和电能质量，使系统具有高效性。（3）具有经济实用性。为了贯彻我国减排目标和任务，直流微电网均在当地采用可再生的清洁能源为主要发电能源，既满足当地电能需求，又减少了远距离大功率输电带来的电能损耗和环境污染，建设过程中利用当地地势特点，建设有当地特点的微电网系统，能够有效缩减预算资金投入，具有极好的经济实用性。

2.2 微电网关键技术分析

2.2.1 保护技术

在系统运行时易遇到的问题：（1）微电网系统结构复杂，根据不同的地域气候选择搭建不同拓扑结构;（2）系统微电源分别独立运行，在故障时产生的故障电流各不相同;（3）两种运行状态下，产生不同性质的短路电流;（4）在系统内部，短路电流潮流方向双向;（5）微电网和大电网在遇到故障时，反应速度不同。

为了保证微电网系统的准确运行，应对以上出现的问题，微电网保护技术分析如下：（1）分析系统接地方式，模拟系统故障类型，模拟不同的微电源模块，针对不同的类型找出故障点，实现点对点的问题解决模式，找到合适高效的解决办法并加以研究，找出故障类型的预防方法。（2）针对性研究系统故障的识别技术，快速的识别可以帮助系统以最快的速度对故障进行处理;（3）研究多种拓扑结构，要将不同拓扑结构应用在合适的电网系统中，满足当地应用能力。（4）建立高效智能的通信系统，以解决全天无间断对系统的监控以及保证在系统运行期间能够正确识别信息的传送。

综上分析，直流微电网的保护技术在基于对故障分析的基础上，还有着很大的研究空间，在目前的保护技术研究中，有过流保护、差动保护、距离保护、自适应保护、基于智能算法的保护和基于电压量的保护等，为了系统的安全性，微电网的保护技术研究势在必行。

2.2.2 控制技术

微电网的控制技术在实际应用中有着重要作用，鉴于微电网系统中分布式电源的独立性，在系统中应用最广泛的是控制方式是分层控制，即PQ控制、恒压恒频V/f控制、下垂控制三种。

PQ控制應用于变流控制，V/f控制应用于孤岛运行状态中的控制，二者都有控制的局限性。下垂控制可以应用于两种运行状态中，既可以实现对系统电压频率的协调控制，也可以满足系统电压、频率的输出特性[3]，有效的控制微电网与大电网之间的切换运行，使切换过程更加平滑，稳定性更高，所以，下垂控制在微电网的应用中使用频率最高。

2.2.3 微电源接入和反馈技术

微电网的任一微电源都具有独立性，接入系统后需要对微电源的各个参数进行准确的调控，各个微电源也可以自主调整接入和断开，这样的自动化判断功能能够有效地满足微电网发展现状，体现微电网的智能化。随着在微电网系统中应用高水平的通信技术，使系统识别信号能力有着显著增强，也使系统各个模块能够得到有效准确的系统运行反馈，很好地提升了系统的自愈性。

3 总结与展望

在国家和政府的有力领导下，我国的减排工作取得了明显的成果。这离不开微电网在我国的大力发展，本文通过对微电网的特点和研究的关键技术分析，能够在现实中得到有效应用。在保护和控制技术上，更加关注二者的结合应用，在不同的保护技术下应用不同的控制技术，解决母线电压谐波问题，在未来探寻出更好的技术来完善电网系统。

参考文献：

[1]简志惠.一种直流微电网的分层能量管理控制策略研究[D].西南交通大学，2014.

[2]杨俊虎.基于逆变器下垂控制的微电网运行特性及其控制系统研究[D].太原理工大学，2012.

[3]许兴柱.微电网中电能质量问题及谐波抑制的研究[D].辽宁工业大学，2016.

Abstract： In the context of international energy situation and national energy policy， the emergence of smart micro grid provides an effective way to solve the energy crisis. This paper focuses on the characteristics and research key technologies of smart micro grid， and provides an effective theoretical basis and research direction for its practical application.

Key words： Smart micro grid; Features; Key Technologies