微電網(wǎng)控制研究綜述

鞏贊超　鞠振河

摘 要：隨著智能電網(wǎng)的普及和應(yīng)用，電力體系是否穩(wěn)當(dāng)和安全也引起人們深思，這時(shí)微電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，有效的完善了大電網(wǎng)體系。本文基于對(duì)微電網(wǎng)的綜合講解，細(xì)致的解釋了微電網(wǎng)的運(yùn)行控制、提出了三種對(duì)微電網(wǎng)的控制方式、剖析了在孤網(wǎng)運(yùn)行與聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行兩種情況下的控制方式，且指出了研究微電網(wǎng)時(shí)可能出現(xiàn)的疑惑和問題，更大膽展望了微電網(wǎng)研究的未來發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行；孤網(wǎng)運(yùn)行；微網(wǎng)控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.160

1 微網(wǎng)的定義和組成元素

微網(wǎng)是一種小型分散化、模塊式的供能網(wǎng)絡(luò)，依靠分布式發(fā)電技術(shù)，主要運(yùn)用于一些小型電站和一些分散型資源，由能源梯級(jí)利用技術(shù)與結(jié)合終端用戶電能質(zhì)量管理組成。同時(shí)它也是組成智能電網(wǎng)的關(guān)鍵部分，不僅可以使負(fù)荷與內(nèi)部電源協(xié)調(diào)運(yùn)作，而且主電網(wǎng)還能對(duì)其調(diào)整控制，使之完美接入或?qū)崿F(xiàn)自主工作，從而達(dá)到客戶要求的電能質(zhì)量、安全性以及可靠性[1]。概括的講，微網(wǎng)是一種結(jié)合了分布式電源、可控負(fù)荷和儲(chǔ)能系統(tǒng)等的分布式發(fā)電系統(tǒng)。它的分布式電源包含：光伏、小規(guī)模風(fēng)電、水電、生物質(zhì)、CHP等，電能儲(chǔ)蓄指飛輪、儲(chǔ)能電池、壓縮空氣及超級(jí)電容器等，熱能儲(chǔ)蓄還能改變負(fù)荷曲線等。

在實(shí)際的應(yīng)用中，微網(wǎng)負(fù)責(zé)的是配電網(wǎng)的中低壓測(cè)，因?yàn)樗胁僮骱?jiǎn)單、容易接入等優(yōu)點(diǎn)，但是它也有很多不足，比如說：偶爾擾亂周圍用戶、內(nèi)部問題停止工作、難以綜合完善能源等，這不僅加深了電網(wǎng)的協(xié)調(diào)難度，也限制了微電網(wǎng)前進(jìn)的腳步。它有兩類運(yùn)行模式，分別是孤網(wǎng)運(yùn)行與聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，而后者又包含獨(dú)立和并網(wǎng)這兩情況。如果是并網(wǎng)的運(yùn)行模式，那么大部分是和低、中壓配電網(wǎng)一起工作，相互依存，完成能量的相互轉(zhuǎn)化。萬一外部電網(wǎng)出現(xiàn)問題，立即能變成單獨(dú)工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)微電網(wǎng)的繼續(xù)供電，完成兩種工作模式的完美轉(zhuǎn)變[2]。在偏遠(yuǎn)地區(qū)或者海島等地區(qū)，我們可以使用獨(dú)立型微電網(wǎng)，這種微電網(wǎng)不與常規(guī)電網(wǎng)對(duì)接，而是憑它自己的分布式能源來提供給微電網(wǎng)它需要的負(fù)荷量。如果網(wǎng)內(nèi)還有可再生分布式能源時(shí)，大部分都要用到配置儲(chǔ)能體系來維護(hù)負(fù)荷和電源的功率平衡，這樣也能讓再生能源的作用得到充分發(fā)揮。

2 微網(wǎng)控制的重要途徑

研究微電網(wǎng)的時(shí)候，很重要的一步就是對(duì)微電網(wǎng)的運(yùn)行控制。其最低要求包括[3]：可以平衡微電網(wǎng)的負(fù)荷及發(fā)電出力；接入其它微電源時(shí)對(duì)原有微電網(wǎng)體系不會(huì)產(chǎn)生影響；可以自主調(diào)節(jié)系統(tǒng)不平衡及電壓跌落；可以在聯(lián)網(wǎng)模式及孤網(wǎng)模式之間進(jìn)行無縫轉(zhuǎn)化等。

當(dāng)下有三種微電網(wǎng)的控制途徑：一種是以“對(duì)等”定義及電力電子技術(shù)“即插即用”為基礎(chǔ)的控制途徑[4]。這是利用發(fā)電機(jī)的下垂特征讓每個(gè)機(jī)組都承受其不平衡的功率動(dòng)態(tài)，此方法不復(fù)雜卻十分可靠，很容易完成。一種是以多代理技術(shù)為基礎(chǔ)的運(yùn)行控制，這是借鑒的計(jì)算機(jī)研究中的多代理技術(shù)，利用代理自發(fā)、自主性等特征來達(dá)到微電網(wǎng)分散控制的目標(biāo)。剩下一種是以能力管理體系為基礎(chǔ)的運(yùn)行控制[5]，利用不一樣的控制板塊進(jìn)行無功及有功的控制，力求達(dá)到微電網(wǎng)多種控制的目標(biāo)。因?yàn)槲⒕W(wǎng)有孤網(wǎng)運(yùn)行及并網(wǎng)運(yùn)行這兩種運(yùn)行方法，所以運(yùn)行控制途徑并不完全一樣。

2.1 并網(wǎng)運(yùn)行情況下的控制運(yùn)行

在這種情況下，微網(wǎng)一般是利用公共并網(wǎng)點(diǎn)和大網(wǎng)點(diǎn)對(duì)接，多用經(jīng)典的PQ控制途徑，按照不變的聯(lián)絡(luò)線功率交換方式來完成有功控制，但調(diào)頻是大電網(wǎng)來完成。而微電網(wǎng)此時(shí)也需要具備局部無功電壓的控制技術(shù)，以盡力平衡為指導(dǎo)思想，最大化的降低主網(wǎng)和微電網(wǎng)之間、各電源間的無功功率交換頻率，以防電壓的振蕩及越限。

2.2 孤網(wǎng)運(yùn)行情況下的控制運(yùn)行

2.2.1 下垂控制

交流電源到母線的功率傳輸特征決定了下垂這一特征，電源的無功與有功和它輸出電壓的幅值與相位相一致，所以如果我們想要知道電壓與頻率的參考值，能從計(jì)算電源的無功與有功效率入手，同時(shí)也能利用調(diào)節(jié)電壓與頻率控制無功與有功。下垂控制指的是被簡(jiǎn)化成逆變電源的的不同分布式電源，通過測(cè)出其輸出功率，利用下垂特征得到電壓指令值及各自頻率，再來調(diào)整自身的輸出電壓的幅值及相位，從而完成要求的無功合理分布及系統(tǒng)的有功平衡。

2.2.2 多主控制與單主控制

多主控制與單主控制是由下垂控制途徑指出的，主要用來進(jìn)行微網(wǎng)控制，由一或多個(gè)分布式電源為其提供參考頻率與電壓。分布式電源在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)使用的是PQ控制，但可能會(huì)由于一些原因造成它變成孤網(wǎng)運(yùn)行，此時(shí)，一些分布式電源就變成了下垂控制，提供它以微電網(wǎng)的系統(tǒng)頻率與電壓，且根據(jù)功率實(shí)現(xiàn)無功和有功平衡。當(dāng)微電網(wǎng)又并網(wǎng)時(shí)，它的電壓與頻率依舊維持在孤網(wǎng)前水平，由于控制環(huán)節(jié)層層相扣，所以能夠保證微電網(wǎng)電壓與頻率能跟上大電網(wǎng)，降低時(shí)間段中的波動(dòng)頻率。

2.2.3 多代理控制

多代理控制是指利用多代理技術(shù)將PQ控制方式運(yùn)用于微電網(wǎng)的整體控制。多代理體系是種智能化體系，可以及時(shí)覺察周圍環(huán)境變化及滿足工作條件需要，它的基本單位是代理。代理與代理間可以互相交流和合作。根據(jù)微電網(wǎng)的組成元素可以把多代理控制下的代理劃分為：分布式電源代理、負(fù)荷代理、微電網(wǎng)總控制代理及局部控制代理。這里面的核心代理是微電網(wǎng)總控制代理，它負(fù)責(zé)收集各局部控制代理的信息，并向它們發(fā)布控制命令。

3 結(jié)束語(yǔ)

我們應(yīng)該怎樣推進(jìn)微電網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用呢？我認(rèn)為我們可以從以下幾點(diǎn)入手：（1）微電網(wǎng)和它接入配電體系的規(guī)劃；（2）微電網(wǎng)對(duì)它接入配電系統(tǒng)的影響和它的運(yùn)行特征；（3）微電網(wǎng)的能量管理和仿真分析；（4）微電網(wǎng)的保護(hù)和運(yùn)行控制。我們只有解決了以上幾點(diǎn)，才能保證微電網(wǎng)得到真正可靠和經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。我在上文中也寫到了一些控制的方式可以來化解控制過程可能會(huì)出現(xiàn)的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]王成山.微電網(wǎng)專題介紹[J].電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，32（25）.

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[3]紀(jì)明偉，張興，楊淑英.基于電壓源逆變器的微電網(wǎng)控制策略[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，32（11）：1678-1682.

[4]吳蓓蓓，蘇建徽，張軍軍等.用于微電網(wǎng)孤島運(yùn)行的逆變電源控制方法[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2011，23（01）：1-5.endprint