● 山東·國網茌平縣供電公司 刁鴻飛

微電網是規(guī)模較小的、分散的獨立系統，它將微型燃氣輪機、光伏發(fā)電、風電、燃料電池、儲能設備等連接在一起，直接接在用戶側，以輸送電力。微電網允許在孤島和并網2種方式下自由切換，有助于提高重要負荷的供電可靠性。對于大電網來說，微電網可被視為電網中的一個可控單元，它可以在數秒鐘內動作以響應外部輸配電網絡的需求；對用戶來說，微電網可以滿足他們特定的需求，如增加本地供電可靠性、降低饋線損耗、保持本地電壓穩(wěn)定、通過利用余熱提高能量利用的效率及提供不間斷電源等。

微電網和大電網通過能量交換，雙方互為備用，從而提高了供電的可靠性。微電網可以部分解決少量分布式電源并網的問題，并且能借助于電力電子技術的靈活可控性實現對微電網并網和孤立運行方式的有效控制。

1 微電網的分類和結構

微電網可以按照輸電方式、結構、規(guī)模等不同屬性進行分類。

從輸電方式來說有交流微電網和直流微電網；從拓撲結構來說有并聯式微電網，串聯式微電網和混合式微電網。此外，也可以根據容量大小將微電網系統分為3類：系統級微電網、工商業(yè)區(qū)級微電網以及偏遠鄉(xiāng)村級微電網。目前交流微電網、以母線為中心的并聯式結構仍然是微電網的主流形式，但直流微電網也被認為是未來更有價值的技術發(fā)展趨勢。

系統級微電網結構由母線和多條饋線呈輻射狀組成，每條饋線可分層接入大量分布式電源和就地負荷，網架可以經多個公共并網點接入電網。系統級微電網可以利用不同種類分布式能源間的相互補充，電源與負荷的相互協調來提高微電網的穩(wěn)定性與可靠性。其優(yōu)點包括：（1）降低了分布式電源的間歇性和波動性對電網的影響；（2）有助于幫助解決負荷增長給輸電網帶來的阻塞，延緩中壓配電網的擴建投資；（3）在電網發(fā)生嚴重故障時，可作為電網的黑啟動電源。但系統級微電網中含有大量電力電子設備，微電網的控制與保護復雜，技術難度較大。若組網時不能做到電源容量和特性與負荷容量和特性的較好匹配，就可能要求較大的儲能投資，并對配電網安全運行帶來不利影響。

工商業(yè)區(qū)級微電網通常用在醫(yī)院、學校、大型商業(yè)中心以及數字通信大樓等一類負荷區(qū)，供電的高可靠性是其最大特點。因此工商業(yè)區(qū)級微電網結構上一般具備一定的冗余性，以保證接入網架的重要負荷和敏感負荷有多個回路、不同類型的電源提供電能。在電源容量充足的情況下，可滿足微電網內全部負荷的不間斷供電。若電源容量不足時孤網運行，則通過依次切除不重要負荷來保證對微電網內重要負荷的供電。

偏遠鄉(xiāng)村級微電網可能以孤島運行為常態(tài)。其網架結構多為簡單的串并聯形式，并需要預留足夠多的分布式電源接口，以便應對微電網負荷增長，并預留備用容量應對微電網故障。偏遠鄉(xiāng)村級微電網由于缺少電網的支撐容易受到分布式電源隨機性和波動性影響，因此一般需要接入旋轉備用設備，為微電網提供電壓、頻率支撐的同時也作為熱后備容量。鄉(xiāng)村級微電網負荷通常為不重要負荷，簡單的串并聯網架結構保證了微電網的經濟性與故障易恢復性。

由于分布式電源往往都需要經過逆變器并網，同時用電側設備對電源的需求也呈現出明顯的直流化，因此，采用直流微電網就能有效降低供/需兩側的變流成本。此外，直流微電網沒有頻率穩(wěn)定問題，控制也相對簡單，這一點對于孤立運行的微電網也有很大的吸引力。近幾年來直流配電引起了國內外學術界的廣泛興趣。

按用戶對電能質量的多樣性需求，直流微電網已提出的結構包括：多環(huán)狀直流微電網和輻射狀直流微電網。目前直流微電網仍缺少廣泛認可的標準，大范圍的應用推廣還需要一定時間。

作為過渡，采用既含有交流母線又含有直流母線，既可以直接向交流負荷供電又可以直接向直流負荷供電交直流混合微電網也是可行的選擇。不過，混合微電網的能量管理、控制及運行管理比交、直流微電網要復雜，控制模式的設計和實現是其最大的難點。

2 微電網的控制策略

要實現微電網靈活的運行方式，尤其是保障孤島運行時的能量平衡與供電質量，控制系統的設計是關鍵。無論從可靠性還是效益來看，對微電網的控制均不宜由大電網的控制中心集中實現。微電網控制應該做到能夠基于本地信息對電網中的事件做出自主反應，包括并網和獨立運行方式的切換，以及內部的能量平衡和電壓、頻率控制等。

具體來講，微電網控制應當保證：任一微電源的接入不對系統控制模式造成影響；自主選擇運行點；平滑地與電網并列、分離；對有功、無功進行獨立控制；具有校正電壓跌落和系統不平衡的能力。

微電網控制設計思路目前主要有3種：（1）基于電力電子技術的“即插即用”與“對等”的控制思想。一般選擇與傳統發(fā)電機相類似的下垂特性曲線進行控制。此時，系統不平衡功率會動態(tài)分配給各機組承擔，簡單、可靠、易于實現。（2）微電網的集中式功率管理系統。理論上可以實現各種有功、無功控制策略。但需要集中決策，當電源和負荷組成變化時需要進行策略的調整。（3）基于多代理技術的微電網控制方法。它強調代理的自治性、反應能力、自發(fā)行為等特點，能更好地實現微電網的分散控制，使微電網兼顧即插即用和優(yōu)化決策的功能。

孤島模式是微電網控制設計主要的困難所在。其控制目標以有功和能量平衡為主，對交流電網還包括頻率和無功電壓控制。

3 典型的微電網運行策略

并網功能在面向鋰電池時分為恒功率充放電和恒壓充放電2個階段；并網放電，放電倍率可預先固定設置或者從監(jiān)控系統實時控制；四象限獨立控制有功和無功；與電網調度系統相配合，可按照歷史曲線或者實時負荷進行調峰，實現電網的“削峰填谷”；實現對波動性間歇式能源輸出功率的平抑，改變間歇式能源的輸出特性，滿足電網調度和穩(wěn)定的要求。

孤島運行時，可為離網內的負荷提供穩(wěn)定的電壓和頻率，并可防止過功率放電；可平衡就地系統內部功率，實現新能源對蓄電池的充電。

運行模式切換，經變流器裝置與快速開關配合，可實現計劃及非計劃模式切換，切換時間一般為20ms。