微电网特征与关键技术研究

2022-10-18孙景文王艺钢

通信电源技术 2022年11期

关键词：分布式电源电网

孙景文，王艺钢

（国网江苏省电力有限公司常州供电分公司，江苏常州 213000）

0 引言

随着能源发展的不断进步，微电网技术受到了更多关注。充分应用微电网作为分布式电源的控制模式，为电力行业打造既能满足独立运行又能实现可控单元并网运行的应用体系，实现经济效益和社会效益的和谐统一。

1 微电网技术概述

微电网构造过程中，将分布式电源与用户要求的贴合度作为关键，综合分析相关要素对微电网的容量大小和微电网电压等级产生的影响，保证供电和输电距离配置的合理性，从而提升应用效益。从微电网实际容量规模和电压等级的层面对其进行分类，如图1所示。

图1 微电网分级示意图

二级子微电网属于低压等级，容量规模不足2 MW，为单设施级微电网。这种电网等级结构的应用效能有限，一般会集中应用在小型工业建筑、居民楼或单幢建筑物中[1]。

一级子微电网属于中低压等级，容量规模在5～10 MW，属于馈线级微电网，是不同型号或容量较小的微电网利用相应的方式组合形成的统一体系。基于微电网具备的普适性特征，其一般会应用在公共设施等环境中。

主网属于中低压等级，容量规模在5～10 MW，属于变电站级微电网。在实际应用中，划分为变电站和馈线用户级微电网，由于其级别的特殊性，因此被广泛应用在变电站供电区域[2]。

2 微电网技术特征

2.1 运行模式多样性

在微电网运行环境中，孤网运行或并网运行皆可，需要结合实际的应用要求采取对应的处理方式[3]。孤网运行模式指微电网和大电网之间处于断开状态，依据自身内部分布式电源提供可靠电力资源完成负荷处理（见图2），在保证电能输送效能的同时，整合具体的应用运行结构。并网运行模式指微电网借助公共连接节点的静态开关进行处理，有效实现大电网的接入。

图2 微电网分布式电源控制原理

微电网完全与外部大电网断开联系，这种微电网一般是处于海岛地区、山区地区等，能更好地进行分散电力需求的控制处理[4]。在某些电网故障或电能质量不足的情况下，微电网暂时与外部大电网断开联系，这种断开模式能有效提升其涉及区域内用电的可靠性和安全性。

2.2 结构多样性

对于微电网技术体系而言，微电网规划设计的前提就是选取适当的结构模式。微电网结构模式是指基于微电网体系拓扑规则（见图3）建立的结构，分布式电源的布局模式和电能质量会对微电网结构模式产生影响，这就需要匹配不同模式的微电网供电体系。

图3 微电网拓扑规则

不同的供电制式下，结构微电网会存在差异化的特点。对于直流微电网，分布式电源、储能装置以及负荷都会借助相应的方式直接传输到直流母线，尽量避免电力变换环节产生的影响，并维持电能利用率的最优化，同时降低频率控制难度。对于交流微电网，主要是设置分布式电源，利用相应的手段将储能装置和负荷连接到交流母线，在不改变电网结构和配电网模式的基础上架设微电网网架结构，最大程度上提高应用效能和水平[5]。

目前，许多发达国家已经开始逐步推广微电网实验室系统和微电网示范工程项目，并且也取得了相应的成果。我国在相关研究方面的投入也在增大，但是由于微电网结构模式的设计规划具有适地性，因此要秉持因地制宜的原则结合可靠性、经济性、适用性等因素构建更加灵活的控制体系，确保设计内容满足要求。综合分析负荷的分类特性，依据供电半径、能源状态等确定微电网最终的实际容量，形成最适宜的总体网络结构模式，推动微电网技术的全面进步。

3 微电网关键技术

3.1 运行控制技术

对于整个微电网应用体系而言，微电网运行控制是核心。相较于传统电力系统，微电网的运行控制和系统内部分布式电源种类、渗透深度以及控制策略相关联。为了保证微电网应用效能，要选取适当的运行处理模式，满足不同运行环境下的需求。为了保证微电网运行控制效果最优，从单元级分布式电源控制和系统级微电网控制两个方面开展相应的分析研究，更好地评估微电网运行控制技术内容，保证相关工作都能落实到位[6]。

常见的分布式电源控制模式主要分为3种，即下垂控制、恒功率控制以及恒压恒频控制。结合分布式电源自身的实际处理特性和入网目的，按照对应的模式选取相应的控制方式，从而确保控制效果的最优化，更好地发挥微电网技术的优势作用。

在微电网技术发展初期，微电网系统控制主要分为主从控制和对等控制两种基础模式，需结合实际应用要求选取匹配其应用标准的控制方法。目前，主从控制是应用最为广泛的技术模式[7]。在技术不断发展的基础上，相关研究人员也陆续开展了对主从控制和对等控制相结合技术的研究，以实现综合分析。

3.2 微电网保护技术

微电网应用环境中，保护措施非常关键，在微电网异常故障状态下能及时完成故障的识别和定位。同时采取相应的处理方案，以保证微电网能及时恢复安全运行[8]。微电网保护技术基于自适应继电器保护系统建立的应用模式，将差动保护、过流保护、距离保护等环节都应用在微电网控制体系中。基于微电网并网运行和孤网运行在控制特性方面存在一定差异，需要结合两种不同的模式选取适当的保护技术方案，以便更好地提升微电网保护水平。

3.2.1 故障定位

借助负序功率方向元件和故障分量方向元件等，建立基于定位分析的故障管控模式，实现电流突变量分析过程，并以此获取的相关数据，完成故障定位。在定位过程中，汇总实时性数据，确定故障是微电网外部故障还是内部故障，结合故障情况推荐相应的处理措施。

3.2.2 运行处理

在实时性评估判定过程中，结合故障位置信息选取较为合理的故障保护策略，依据故障特征解列相关情况和参数完成孤网运行分析工作，保证故障实时性判定工作不会影响微电网和大电网连接的效能。在微电网和大电网连接状态下：如果微电网出现解列进入孤网运行的情况，则表示出现了外部故障；如果微电网解列后依旧在大电网中穿越运行，则证明是内部故障[9]。在全面评估故障情况后就能依据相应的处理模式完成故障的排除，有效保证微电网保护效果满足应用预期，为电源保护和馈线保护等工作的落实予以支持。

3.3 微电网经济优化技术

基于间歇性电源出力完成负荷需求预测、调度策略分析等，在获取基础数据信息后建立较为合理且经济的调度模型，通过配置分析工作维持系统运行的经济效益，在提升资源利用率的同时避免环境污染，也能实现离线经济调度和在线经济调度的可控化管理。除此之外，在微电网经济运行技术体系中，要全面分析功率预测内容并设置优化调度模型，配合优化调度算法等开展具体工作，从而提高微电网应用效能和综合效果[10]。