试论微电网关键技术及其应用

王海洋

摘要：电网是发挥分布式电源效能的有效方式，有巨大的社会与经济意义。微电网可以提高电力系统面临突发灾难时的抗灾能力，减少电力输送距离，降低输电线路的资金投入和电力系统的运营成本，确保电力系统的运行更安全、更经济。本文就针对微电网关键技术及其应用进行分析，以供参考。

关键词：微电网；关键技术；应用

为了保证居民、企业正常用电，有研究人员提出使用分散式供能作为供电的补充方式，将发电装置以分散布置的方式分布于用户、企业附近，进而有效提升大电网的可靠性，提高供电灵活性，提升能源利用率。但在微型电网运行过程中研究人员发现，在微型电网运行中存在不可控性，且由于单机接入成本较高等问题，必须对微型电网技术进行加强及控制，从而保证微型电网运行的安全、可靠。

1微电网概述

1.1微电网的定义

微电网也称微网，是一种新型网络结构，是一组微电源、负荷、储能系统和控制装置构成的较小规模的分散独立系统。微电网是能够实现自我控制、保护和管理的一个自治系统，既能与外部电网并网运行，也可孤立运行。微电网是相对传统大电网的概念，是指多个分布式电源及其相关负载按照一定的拓扑结构组成的网络，并通过静态开关关联至常规电网。

1.2微电网的组成

微电网的组成包括：①微电源或微源，可有风电、光伏、燃料电池、生物质发电等分布式电源；②储能装置；③监控单元及调度体系；④负荷，有不可中断负荷和可中断负荷；⑤离并网开关，用于将微电网与主网分合。

2微电网仿真

2.1数字仿真

微电网常用的应用手段之一就是数字仿真，并就规划设计、运行机理、保护控制等问题进行了有力的技术支撑。对数字仿真方向而言，微电网就是热力学和化学等方面的耦合。由于微电网控制系统和设备存在一定的时间常数差异，微电网系统强刚性特点，该技术能够实现系统稳态运行和动态过程的整体仿真。微电网数字技术研究就是不断提升数字仿真性能，实现电网系统性能，满足电能供应需求。

2.2建模技术

微电网建模有利于实现各个结构层面和时间尺度的划分，并根据不同研究目的和各种原件时间尺度仿真模型建设，更好地满足仿真模型建立要求，提高仿真建模技术的仿真效率和精度。微电网就是要提高仿真速度或是非线性部分，进而实现分布式电源非线性静态特性拟合化简。

2.3数字仿真方法

基于微电网稳定性规划、仿真、调度进行微电网稳态分析，其特殊性主要体现在发电系统建模上。分布式电源就是要综合全面进行交直流混合微电网特点研究，提升交直流稳定性仿真水平。微电网特点就是要在解决过程中，逐步描述代数方程和微分方程，提升隐式算法计算量，实现对仿真速度的有效控制，优化系统稳定性和仿真速度。微电网使用过程中应合理选择仿真数据计算方法。微电网暂态仿真应逐步加强计算精度，以实现更加精确的仿真计算。对电子设备计算矩阵和精确求解等相关数值振荡和开关动作问题进行线性插值调整，以便于更好地实现非线性方程、精确求解过程。由于受仿真计算速度的影响，微电网暂态仿真计算规模受到限制。常用的计算方法有并行仿真算法和高效稀疏技术，这可以极大地提升仿真计算效率。微电网特点有利于实现对电能控制系统求解过程的并行计算；从算法层面增加仿真速度，并从矩阵指数的角度实施数值积分算法，努力提升状态空间网络简化，通过维持算法稳定性逐步改善微电网电磁暂态仿真速度和计算精度。

3微电网关键技术

3.1微电网的能量管理

微电网的能量管理指的是通过调节储能出力、投切负荷、改变网架结构等手段来满足不同时间尺度上系统的能量平衡和频率稳定。频率波动来自两方面：①风和光等间歇性能源的出力波动；②主网与微电网交换功率的波动。微电网离网时的频率控制实质是选取某个或多个出力源参与频率调节的过程。例如，可通过控制燃料电池的电解槽的动态响应来平衡系统的有功波动。由于直流微电网不存在频率问题，因此，对于交直流混合微电网，能量管理策略上更加灵活，其核心是保持交直流母线电压的稳定。能量管理的另一个着重点是微源、储能及负荷的优化运行。与传统配电网不同，这个问题需考虑到微电网自身的特点：①潮流控制模式，即是否允许双向潮流，双向潮流的上下限等都会影响微电网的运营投入。②微电网经调问题本质上是多目标的，其目标函数除发电成本外，还要考虑各种环境因素，如离并网切换时用户的停电成本等。③微电网经调问题本质上是多约束的，需要考虑运行模式（并网或离网）、电价机制（如分时电价）、是否提供辅助服务（如供热）等约束。

3.2电网控制策略

微电网的整体控制策略主要有主从控制、对等控制和综合控制。主从控制是指当微电网孤岛运行时，微电网中只有一个或者多个电压源逆变器作为主变流器工作提供微电网的参考电压和参考频率，其余的分布式电源作为从逆变器工作。对等控制是指各个电源逆变器独立工作，无通讯线连接。综合控制是将主从控制和对等控制相结合，兼顾两者的优点。

3.3微电网保护

3.3.1微电网并网运行时

当微电网在并网运行情况下，若微电网发生内部或外部故障，首先应该检查外部故障是不是永久故障，或者内部故障是否使微电网运行状态不符合IEEE1547等标准，以此来判断微电网是否要从主网解列。如果发生内部故障不需要解列时，应迅速切除故障的一部分，减小其对微电网其他部分的影响。如果是永久性外部故障发生就必须与外部电网解列。

3.3.2微电网孤立运行时

如果在微电网处于孤立运行的情况时发生了内部故障，由于短路电流常被限制在两倍额定电流之内，这给保护装置的参数设定带来一定困难。解决的办法就是按微电网运行模式的不同改变保护整定值。这种方法虽然使保护的整定值计算简单，但是对保护系统的适应性要求更高。另一种解决的办法是基于通信的差动保护，对两端保护的电流信息进行比较，可达到故障识别和切除的效果。

3.4微型电网的应用前景

根据目前我国的微型电网实际应用情况看，其仍处于起步阶段，但我国经济发展越来越迅速，因此，微型电网的发展前景十分广阔。随着我国经济建设速度的不断加快，我国的能源消耗越来越大，对能源的需求也不断增加，而微型电网的不断推广及应用有效缓解了我国能源消耗过大的情况。微型电网充分利用了可再生资源，提高了电网运行的灵活性、电网运行的安全性和可靠性，为我国的发展提供了保障。不仅如此，微型电网的应用还推动了我国实现热电联产，因此，微型电网在我国未来的发展中具有非常广阔的前景。

结语

微电网技术实现分布式发电技术大规模应用的新型手段，对于电网技术未来的发展具有重要作用。微电网的运行模式与传统电网相比存在差异，为了保证微电网系统的稳定安全供电就需要结合微电网的运行特点，制定出科学规范的微电网运行方案，在这过程中需要遵循经济和环境规律，合理选择微电网的各关键技术。

参考文献：

[1]陈国呈等.电力电子在微电网、智能电网、智能社区中的应用动向[J].电工电能新技术，2014，33（11）：1-12.

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[3]高明智.智能微型电网系统孤岛模式中逆变器并联控制技术的研究［D］.杭州：浙江大学，2014.

作者简介：

王海洋（1989.11-），男，陕西榆林人，西安交通大学电气工程与自动化学士，工程师，单位：宁夏回族自治区电力设计院有限公司