朱 涛

（1.南京南瑞继保电气有限公司，江苏 南京 211102；2.南京南瑞继保工程技术有限公司，江苏 南京 211102）

0 引 言

随着我国各项经济建设的发展，人们更加追求高质量、高效率的生活，各种生产活动都需要依托于电能，对电能的需求日益增加。而大电网能源存在成本过高、运行难度大等问题，限制了大电网的普及和广泛使用，因此很多学者逐步加入到微电网的研究中，其中分布式发电模式得到了广大学者的认可。

1 微电网的定义和特点

1.1 微电网的定义

结合国内实际情况和国外先进的微电网定义，对我国微电网给出如下定义，微电网是一个配备了储能装置、能量转换、分布式电源、保护装置和其他负荷与监控装置的小型配电系统。这样的一个小型配电系统，不仅能够做到自我管控和自我保护，而且能够实现独立运行和外部其他电网并行[1,2]。有效的电源网络架构如图1所示。

图1 微电网构架

1.2 微电网的特点

我国的微电网分布形式主要有两种：城市片区和偏远地区。微电网的特点如表1所示。

表1 微电网的特点

由此可以看出，城市片区微电网是根据城市内各建筑的用途进行微电网的搭建，而且考虑到经济发达的城市发展需要，优先考虑搭建微电网，并且满足城市对供电的要求，保证供电的安全性和稳定性。偏远地区的用电需求不大，在这些地区铺设高质量的电力系统和设备明显会增加成本，因此电力系统满足偏远地区人们的生活需要和企业生产的需要即可。

2 微电网中常用的分布式电源

微电源是微电网内部结构的重要组成部分，所以在研究微电网之前要了解各微电源的原理以及其特点，微电网常用的分布式电源如表2所示。

表2 微电网常用的分布式电源

2.1 光伏发电系统

光伏发电系统俗称太阳能发电系统，是利用太阳这种可再生能源进行发电，光伏发电的蓄电池具有安装面积小、电池内部组成容易、操作和安装方便、安全系数高、方便清洁、使用寿命长以及没有任何的噪声等特点，在我国发电源的研究中占有重要地位，是一项十分成熟的发电技术，运用场景较广，能帮助我国偏远地区的人们解决用电的问题，提高人们的生活质量[3]。

2.2 风力发电系统

风力发电就是利用风的动能进行发电，具有环保清洁、可再生能源、动能能量大、环境污染和噪音小的特点。人们在快速发展的过程当中，逐步增加对各项资源的使用，导致世界上资源紧缺，自然生态平衡受到严重的影响，因此更多的企业逐渐重视对风能的应用，并且在风力发电上的投入和推广也逐年增加。

2.3 微型燃气轮机发电系统

微型燃气轮机发电系统能够将液体或气体的燃料通过燃烧后产生的热能转换为机械能达到发电的作用。微型燃气轮机发电具有效率高、适用情境普遍、持续性发电的特点，是人类文明发展和工业革命的标志性产物，推动人类各项工业的发展，为人类社会的不断壮大提供主要的能源支持，但是目前存在能源消耗和污染问题，我国也在重点研制高效率、低噪声、清洁排放的绿色微型燃气轮机，并且已经取得一定的成果。

2.4 燃料电池发电系统

燃料电池（Fuel Cell，FC）是目前重要的可再生能源之一，具有低噪声、环保清洁、安装灵活等优点，被人们广泛运用到各种领域当中[4]。燃料电池是在风力发电、水力发电、光能发电以及核能发电之后可代替内燃机的动力装置，并且成为21世纪最有发展潜力和最有吸引力的发电方式之一。

2.5 电能储能系统

在搭建微电网的过程中，考虑到大部分的分布式电源具有间歇性不稳定的特征，所以在内部建立一个储能装置来弥补微电网系统中的不足，保证微电网正常运行和稳定运转，同时能够保证微电网输出质量较高电能。此外，储能装置可以平衡微电网系统中用电量和发电量，提高微电网系统的安全性和可控性。因此，在微电网中建立一个储能装置，是整个电网系统当中维持正常运行和使用的保障手段。

3 含多种分布式电源的微电网运行控制策略

相对于发电网来说，分布式电源是一个不可控制的因素，想要对其进行调节和控制难度系数较大，所以需要采取限制和分隔的方法对分布式电源进行处理[4]。微电网的提出解决了分布式电源与大电网存在的问题，保证微电网的顺利运行和安全，也是微电网重点研究内容之一。逆变器的控制算法如表3所示。

表3 逆变器控制算法概述

3.1 分析微电网的并网运行

并网状态下的微电网想要维持内部电网功率长期保持在一个平衡状态，那么只需要将其中分布式能源的功率控制在合理范围内就可以了。由于电源的电压和频率是由大电网进行控制和调节，因此并网状态下的分布式电源，只需要将逆变器电子设备进行PQ控制就可以让微电网按照设定的值进行工作。在这个过程当中，当微电网处于并网运行状态下时，对微电网采取的控制措施，必须严格遵守大电网的实际需求和功率、本地微电网的负荷情况以及全面考虑分布式能源的发电能力大小等众多可能引发的因素，共同对PQ控制下的有功功率和无功功率运行点及各个负荷的运行状态进行决策，并向微电源控制器（Microsource Controller，MC）和负荷控制器（Load Controller，LC）传递微电网中央控制器（Microgrid Central Controller，MGCC）所控制下的运行状态。

3.2 分析微电网的孤岛运行

微电网在进行孤岛运行工作时，会断开与大电网之间的连接，所以想要维持与大电网断开下的孤岛状态微电网电压和频率，就需要使用下垂控制法来控制一个或多个分布式电源逆变器的电压和频率。因此，对于孤岛运行下的微电网来说，要及时对分布式电源当中承担维持电压和频率的逆变器进行下垂法控制，使其能够模拟同步电机，实现频率一次调节，从而在实际的运行过程中能够实现对负荷变化情况的正确处理与响应。这里需要注意的是，通过下垂法调节，其在一次调节过程中，可以说是有差调节，会导致电能质量的降低，储能装置无法正确运行，对微电网的重新并网工作开展是十分不利的。因此，在进行一次调节之后还要对频率进行二次调节，用这样的方式实现微电网并网时频率上达到一致[5,6]。

3.3 分析微电网的运行切换方式

当微电网计划要开始进行调整或者实际运行情况出现变化时，就必须要对微电网的实际运行状态进行快速的了解，并且根据实际情况做出相应的调整以及控制措施。当微电网处于并网运行时，需要进行多次孤岛检测，避免微电网突然强行进入孤岛运行模式，从而需要对逆变器进行相应的调整和控制。由此也就可以说明，当前状态下的MGCC必须马上按照原定计划及时执行，将已经脱网后的负责维持电压频率稳定的分布式电源逆变器调整为下垂控制，其他逆变器继续PQ控制，必要时也可以通过对LC的控制进行减负荷，以维持孤岛的稳定运行。如果微电网由孤岛运行切换为并网运行，那么必须通过MGCC启动并网过程。首先，应该判断大电网侧的电压幅值是否始终处于合理的范围之内，是否已经受到外界的干扰；其次，在对微电网的频率进行连续多次的检测，在电压上微电网并网处与大电网侧的幅值相同，因此在这个过程中，应当随时注意微电网是否满足实行并网的前提条件；最后，假若发现有任何一项数据或设备出现问题，就必须马上停止并网工作，解决和处理完问题达到并网的条件后再重新开始并网工作。

4 结 论

首先，对我国微电网的定义和特点进行概述，结合地区实际情况合理搭建微电网运行系统，保障人们的生活和各企业的发展。其次，提出了常用的微电网分布式电源运行系统，对建设分布式微电网起到建设性的理论支持。最后，分析了3种微电网的运行模式，为不同种类的分布式电源中微电网的运作和控制方式提出建议。在现代化智能电网系统当中，微电网的搭建有着重要作用，寻求稳定安全的控制和搭建方法是目前我国微电网的重要研究和发展方向。