智能微電網(wǎng)特點及關(guān)鍵技術(shù)分析

吳佳驁　王世榮　孫赫陽

摘要：在國際能源形勢和國家能源政策的背景下，智能微電網(wǎng)的產(chǎn)生為解決能源危機提供了有效途徑，本文通過對智能微電網(wǎng)的特點和研究關(guān)鍵技術(shù)進行了集中分析，為其在實際應(yīng)用中提供了有效的理論基礎(chǔ)和研究方向。

關(guān)鍵詞：智能微電網(wǎng);特點;關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號：TM727?????????文獻標(biāo)識碼：A

收稿日期：2020-04-21

作者簡介：吳佳驁（1996-），男，碩士研究生，研究方向：電力變換與新能源開發(fā);王世榮（1962-），男，副教授，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向：電力變換與新能源開發(fā)。

在全球性能源危機的局勢下，各國都在尋找清潔可再生能源來完善和發(fā)展電力系統(tǒng)，近年來我國政府也對電力系統(tǒng)的研究投入了大量的人力物力財力，鑒于我國地廣物博，地域形勢各不相同，電力系統(tǒng)的搭建和配置都面臨著極大的挑戰(zhàn)，這時，智能微電網(wǎng)概念的提出為電力系統(tǒng)的研究提供了一個全新方向，一個微電網(wǎng)系統(tǒng)中可以有多個單獨運行的微電源，彼此之間互不影響，這樣可以有效地利用地形和當(dāng)?shù)氐那鍧嵞茉磥斫ㄔO(shè)電網(wǎng)系統(tǒng)，使電網(wǎng)的運行更加安全穩(wěn)定，電能效益更加高效，所以智能微電網(wǎng)的研究勢在必行。

1 智能微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析

在現(xiàn)有的研究范圍內(nèi)，微電網(wǎng)可分為交流微電網(wǎng)、直流微電網(wǎng)和交直流微電網(wǎng)[1]。交直流微電網(wǎng)在現(xiàn)實使用中穩(wěn)定性不易控制，研究尚淺。相比較下，直流微電網(wǎng)，在資金投入相同的情況下，直流微電網(wǎng)可提供的能效高，且在相同條件下，直流微電網(wǎng)的損耗低，便于控制。本文將以直流微電網(wǎng)為研究對象進行分析，直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

在直流微電網(wǎng)系統(tǒng)中，直流負荷可以在條件允許（電壓相匹配）的情況下，可以直接接入電網(wǎng)，系統(tǒng)中的微電源、儲能系統(tǒng)裝置等大多數(shù)裝置可以通過DC/AC或DC/DC變流器接入電網(wǎng)。為了使系統(tǒng)的有功功率達到平衡，需對母線電壓進行實時調(diào)控，這樣，各個模塊之間既獨立運行又相互配合，可以有效的配合當(dāng)?shù)氐牡貏莺蜌夂蚯闆r，利用當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)的清潔新能源，來建設(shè)適合當(dāng)?shù)厍闆r的智能微電網(wǎng)系統(tǒng)，再并入大電網(wǎng)使用，不但能夠提高當(dāng)?shù)毓╇娤到y(tǒng)的穩(wěn)定性，還可以有效的提升電能質(zhì)量，此舉可以積極響應(yīng)國家政策并滿足用戶側(cè)對電能的需求。在系統(tǒng)運行出現(xiàn)故障時，由于各個模塊的獨立性，不會影響到整個系統(tǒng)的平衡，且容易找到故障點所在，加快了排除故障的時間和能力，對保護整個微電網(wǎng)系統(tǒng)和大電網(wǎng)系統(tǒng)都有著積極的作用。

2 智能微電網(wǎng)特點及關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 微電網(wǎng)運行特點

智能微電網(wǎng)在運行過程中，通過監(jiān)測電網(wǎng)系統(tǒng)的運行狀態(tài)而做出自身的反應(yīng)，即微電網(wǎng)可以進行孤島獨立運行，也可以并入大電網(wǎng)運行[2]。當(dāng)微電網(wǎng)并入的大電網(wǎng)突發(fā)故障或無法實現(xiàn)調(diào)節(jié)內(nèi)部系統(tǒng)時，微電網(wǎng)系統(tǒng)會自動選擇斷開與大電網(wǎng)的連接，防止發(fā)生大的故障產(chǎn)生。在并網(wǎng)運行的過程中，在大電網(wǎng)電壓處于峰值時，微電網(wǎng)向大電網(wǎng)輸送電能，緩解大電網(wǎng)的運行壓力，反之，當(dāng)大電網(wǎng)峰谷時，大電網(wǎng)向微電網(wǎng)輸電，維持整個供電系統(tǒng)的電能平衡，也排除了由于系統(tǒng)誤動作和電壓降落差過大導(dǎo)致的系統(tǒng)的故障的影響，實時監(jiān)控整體電網(wǎng)的運行狀態(tài)，對大電網(wǎng)起著高效的調(diào)節(jié)作用。

直流微電網(wǎng)具有如下特點：（1）具有靈活性。直流微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部可含有多個微電源獨立又統(tǒng)一的控制系統(tǒng)運行，與儲能模塊和負載共同為大電網(wǎng)的穩(wěn)定運行提供保障，對大電網(wǎng)內(nèi)部狀態(tài)進行分析，可以自身決定與電網(wǎng)之間的連接和關(guān)斷，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜卻具有極強的控制靈活性。（2）具有高效性和穩(wěn)定性。鑒于智能微電網(wǎng)與配電網(wǎng)之間的相互協(xié)作，能夠?qū)崟r監(jiān)控整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)，在出現(xiàn)故障時，由于微電網(wǎng)模塊之間獨立運行，所以不會產(chǎn)生交叉影響，也能有效地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。二者協(xié)同運行，彼此之間相互調(diào)節(jié)，使大電網(wǎng)避免了大量的無功功率損耗，可以有效地提高電能利用率和電能質(zhì)量，使系統(tǒng)具有高效性。（3）具有經(jīng)濟實用性。為了貫徹我國減排目標(biāo)和任務(wù)，直流微電網(wǎng)均在當(dāng)?shù)夭捎每稍偕那鍧嵞茉礊橹饕l(fā)電能源，既滿足當(dāng)?shù)仉娔苄枨螅譁p少了遠距離大功率輸電帶來的電能損耗和環(huán)境污染，建設(shè)過程中利用當(dāng)?shù)氐貏萏攸c，建設(shè)有當(dāng)?shù)靥攸c的微電網(wǎng)系統(tǒng)，能夠有效縮減預(yù)算資金投入，具有極好的經(jīng)濟實用性。

2.2?微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)分析

2.2.1 保護技術(shù)

在系統(tǒng)運行時易遇到的問題：（1）微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，根據(jù)不同的地域氣候選擇搭建不同拓撲結(jié)構(gòu);（2）系統(tǒng)微電源分別獨立運行，在故障時產(chǎn)生的故障電流各不相同;（3）兩種運行狀態(tài)下，產(chǎn)生不同性質(zhì)的短路電流;（4）在系統(tǒng)內(nèi)部，短路電流潮流方向雙向;（5）微電網(wǎng)和大電網(wǎng)在遇到故障時，反應(yīng)速度不同。

為了保證微電網(wǎng)系統(tǒng)的準(zhǔn)確運行，應(yīng)對以上出現(xiàn)的問題，微電網(wǎng)保護技術(shù)分析如下：（1）分析系統(tǒng)接地方式，模擬系統(tǒng)故障類型，模擬不同的微電源模塊，針對不同的類型找出故障點，實現(xiàn)點對點的問題解決模式，找到合適高效的解決辦法并加以研究，找出故障類型的預(yù)防方法。（2）針對性研究系統(tǒng)故障的識別技術(shù)，快速的識別可以幫助系統(tǒng)以最快的速度對故障進行處理;（3）研究多種拓撲結(jié)構(gòu)，要將不同拓撲結(jié)構(gòu)應(yīng)用在合適的電網(wǎng)系統(tǒng)中，滿足當(dāng)?shù)貞?yīng)用能力。（4）建立高效智能的通信系統(tǒng)，以解決全天無間斷對系統(tǒng)的監(jiān)控以及保證在系統(tǒng)運行期間能夠正確識別信息的傳送。

綜上分析，直流微電網(wǎng)的保護技術(shù)在基于對故障分析的基礎(chǔ)上，還有著很大的研究空間，在目前的保護技術(shù)研究中，有過流保護、差動保護、距離保護、自適應(yīng)保護、基于智能算法的保護和基于電壓量的保護等，為了系統(tǒng)的安全性，微電網(wǎng)的保護技術(shù)研究勢在必行。

2.2.2 控制技術(shù)

微電網(wǎng)的控制技術(shù)在實際應(yīng)用中有著重要作用，鑒于微電網(wǎng)系統(tǒng)中分布式電源的獨立性，在系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的是控制方式是分層控制，即PQ控制、恒壓恒頻V/f控制、下垂控制三種。

PQ控制應(yīng)用于變流控制，V/f控制應(yīng)用于孤島運行狀態(tài)中的控制，二者都有控制的局限性。下垂控制可以應(yīng)用于兩種運行狀態(tài)中，既可以實現(xiàn)對系統(tǒng)電壓頻率的協(xié)調(diào)控制，也可以滿足系統(tǒng)電壓、頻率的輸出特性[3]，有效的控制微電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間的切換運行，使切換過程更加平滑，穩(wěn)定性更高，所以，下垂控制在微電網(wǎng)的應(yīng)用中使用頻率最高。

2.2.3 微電源接入和反饋技術(shù)

微電網(wǎng)的任一微電源都具有獨立性，接入系統(tǒng)后需要對微電源的各個參數(shù)進行準(zhǔn)確的調(diào)控，各個微電源也可以自主調(diào)整接入和斷開，這樣的自動化判斷功能能夠有效地滿足微電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀，體現(xiàn)微電網(wǎng)的智能化。隨著在微電網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用高水平的通信技術(shù)，使系統(tǒng)識別信號能力有著顯著增強，也使系統(tǒng)各個模塊能夠得到有效準(zhǔn)確的系統(tǒng)運行反饋，很好地提升了系統(tǒng)的自愈性。

3 總結(jié)與展望

在國家和政府的有力領(lǐng)導(dǎo)下，我國的減排工作取得了明顯的成果。這離不開微電網(wǎng)在我國的大力發(fā)展，本文通過對微電網(wǎng)的特點和研究的關(guān)鍵技術(shù)分析，能夠在現(xiàn)實中得到有效應(yīng)用。在保護和控制技術(shù)上，更加關(guān)注二者的結(jié)合應(yīng)用，在不同的保護技術(shù)下應(yīng)用不同的控制技術(shù)，解決母線電壓諧波問題，在未來探尋出更好的技術(shù)來完善電網(wǎng)系統(tǒng)。

參考文獻：

[1]簡志惠.一種直流微電網(wǎng)的分層能量管理控制策略研究[D].西南交通大學(xué)，2014.

[2]楊俊虎.基于逆變器下垂控制的微電網(wǎng)運行特性及其控制系統(tǒng)研究[D].太原理工大學(xué)，2012.

[3]許興柱.微電網(wǎng)中電能質(zhì)量問題及諧波抑制的研究[D].遼寧工業(yè)大學(xué)，2016.

Abstract： In the context of international energy situation and national energy policy， the emergence of smart micro grid provides an effective way to solve the energy crisis. This paper focuses on the characteristics and research key technologies of smart micro grid， and provides an effective theoretical basis and research direction for its practical application.

Key words： Smart micro grid; Features; Key Technologies