微电网关键控制技术分析

微电网关键控制技术分析

刘柏罕贺达江

怀化学院电气与信息工程学院湖南怀化418000

摘要：微电网是由分布式电源、储能系统、能量转换装置、监控和保护装置、负荷等汇集而成的小型发、输、配、用电系统,是一个具备自我控制和自我能量管理的独立系统,既可以与外部电网并网运行,也可以孤立运行。从微观看,微电网可以看作小型的电力系统；从宏观看,微电网可以认为是配电系统中的一个“虚拟”的电源或负荷。某些情况下,微电网在满足用户电能需求的同时,还能满足用户热能的需求,此时的微电网实际上是一个能源网。本文针对微电网关键控制技术进行了分析。

关键字：微电网；能量管理系统；运行控制；控制策略

一、微电网概述

1.1微电网的定义

微电网又可称为微网，是近年来推出的一种新型网络结构，主要是由负荷、微电源、储能控制装置以及系统等共同组合而成的规模相对较小的分散独立系统。微电网是一个能够实现自我保护、控制和管理的自治管理系统，不仅能够与外部电网联合运行，同时也能够独立运行。微电网是一种与传统大电网相对的电网概念，主要是由多个分式电源及其相关负载，根据一定的拓扑结构共同组成的网络，并可借助静态开关与常规电网相互关联。

1.2微电网的组成

微电网的组成主要包括：（1）储能装置；（2）微源或者微电源，可通过燃料电池、风电、生物质发电等分布式电源；（3）对单元以及调度体系进行监控；（4）离并网开关，对主网以及微电网进行分合；（5）负荷，包括能够进行中断的负荷以及不可进行中断的负荷。

二、微电网综合监控系统

根据结构的差异可将微电网的监控系统划分为分布式和集中式两大类型。其中分布式综合监控系统主要是借助多代理的模式，借助本地控制器来实现对相关设备的独立管理和决策。而其约束条件、目标函数与集中式监控系统本身基本上无较大差异，但通常需要根据不同的元件特点构建起相应的代理模型，经过代理之间的协调以及通信协议来促使目标不断优化。通过对这种监控系统模式的合理运用，可最大程度上实现对微电网中分布式电源智能化以及“即插即用”目标，可以说这是微电网综合监控系统一项非常重要的技术发展和理论研究方向。

集中式综合监控系统则主要是通过微电网ＳＣＡＤＡ来实现对分布式电源协调控制以及对能量进行优化，统一对系统中所有的设备实施进一步的优化处理，需要微电网ＳＣＡＤＡ与底层设备之间能够进行双向通信，这就对提升微电网设备控制和发电调度发挥了非常积极的作用。截至目前，在微电网监控中，集中式综合监控系统已经得到了非常迅速的发展，并且已经越来越成熟。微电网综合监控系统实际上涵盖了运行控制器、能量管理系统以及就地控制设备。微电网能力管理系统在运行期间，同时还需要完成协调优化运行以及能量优化管理这两项功能。通常情况下，在对微电网进行监控的过程中，主要通过三层结构来实现，具体如下。

2.1能量管理调度层

能量管理调度层主要是对其下层的协调控制层设备的相关信息进行收集整理，并及时做好对这些相关信息相应的控制管理，结合管理决策结果向下层发送相关命令，同时对各层设备的运行情况进行监控和调度管理。

2.2协调控制层

协调控制层实际上就是对储能、分布式电源等发电单元之间进行协调控制。它包括调频、调压以及运行模式切换等相关策略，同时根据实际情况向就地控制层进行相关控制命令的发送，与此同时向上级调度管理层进行相关信息的传送。

2.3就地设备控制层

就地控制层主要是由风机逆变器、稳定控制器、相关测控终端、储能双向逆变器等装置共同组成，其主要实现对微电网各个发电单元、负荷电气设备以及内部稳定性进行协调控制，同时结合实际情况对接协调控制层，是微电网运行中控制策略非常关键的执行层。

三、微电网的关键技术和应用

3.1微电网关键技术

目前大多数微电网相关技术已经在工业和电力系统中得到了应用，主要包含新型电力电子技术、分布式发电技术、储能技术及热电冷联产技术等。微电网关键技术具体涵盖如下：

3.1.1可再生能源接入和储能技术

风能、电能和太阳能等可再生能源的接入给电力系统带来了很大影响，这些不可控能源的接入使得储能技术在智能电网中成为非常重要的技术支持。

储能技术研究的关键主要体现在如微型压缩空气储能系统、超导储能技术、超级电容器等方面。

3.1.2电力电子技术

大部分的新能源发电技术所发出的电能在频率和电压水平上不能满足现有互联电网的要求，因此无法直接接入电网，需通过电力电子设备才能接入。为此要大力加强对电力电子技术的研究，研制一些新型的电力电子设备作为配套设施，如并网逆变器、静态开关和电能控制装置。

3.1.3智能互联开关技术

互联开关是微电网与配电系统之间的连接点，集成了各种电力和开关功能（包括电源开关、继电保护、计量及通信功能），由并网接口处的继电器、硬件和其他元器件组成。

3.1.4微电网保护、控制技术

就微电网的结构而言，要实现灵活的运行方式和高质高量的供电服务,离不开完善的控制系统。微电网的保护、控制技术研究包含微电网中分布式电源对频率和电压的一次调节、负荷的控制技术、微电网安全运行、故障的快速切除等。

3.1.5微电网管理技术

随着新能源使用规模的增加，微电网须对系统进行有效运行控制和能量管理优化，以保证系统稳定可靠运行，从而提升新能源产业的经济效益。微电网管理技术主要包含微电网能量管理技术、微电网电能质量综合监控技术等。

3.1.6微电网的通信技术

鉴于微电网的特点，应用在微网中的通信技术要求也更严格，需要高速率、高可靠性和更快更强的处理能力。

微电网内部须容纳不同类型的发电设备和用户负荷，这就要求相应的通信协议必须具备开发性好、更标准化、复杂程度低等特点。

3.2微电网关键技术应用

微电网是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。它可以依靠其自身的控制及管理功能实现功率平衡控制、系统运行优化、故障检测与保护、电能质量优化等。

针对不同实际情况，微电网对局部电网从以下几个方面进行结构设计优化：

1）微电网结构优化；

2）分布式电源安装位置选择及容量配置优化；

3）微电网接入位置优化；

4）微电网、配电网、空间负荷综合优化。

四、结论

随着微电网技术的快速发展，其分布式电源的控制功能与能量管理系统也因此得到持续不断的完善和发展。结合未来微电网的发展趋势，“即插即用”必将成为主流。为此，在微电网持续发展的影响下，分布式电源和能量管理系统也必然不断实现扩展能力和新设备接入能力的提升，这就对鲁棒性以及通用性都提出了较高的要求。在微电网中，智能配电系统能量管理系统是其中非常关键的组成部分，在微电网接入数量和分布式电源不断增加的影响下，对能量管理系统的综合性要求也不断增加，以便能够更好地实现对微电网、分布式电源以及配电系统的协调，促使微电网运行不断优化，而这也将成为未来能量管理系统至关重要的研究方向。

参考文献：

[1]刘壮志．微电网关键技术研究[J]．科技创新导报，2016，13（34）：7．

[2]孟祥昀．浅议微电网关键技术[J]．中国市场，2016（23）：74．

[3]李霞林，王成山，郭力，等．直流微电网稳定控制关键技术研究综述[J]．供用电，2015，32（10）：1－14．

[4]范柱烽,解东光,赵川，等．微电网控制研究综述[J].电气开关，2014,52(02):1-3+14.

[5]李瑞生．微电网关键技术实践及实验[J]．电力系统保护与控制，2013，４１（2）：73－78．