微電網(wǎng)特征與關鍵技術研究

孫景文，王藝鋼

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司常州供電分公司，江蘇 常州 213000）

0 引 言

隨著能源發(fā)展的不斷進步，微電網(wǎng)技術受到了更多關注。充分應用微電網(wǎng)作為分布式電源的控制模式，為電力行業(yè)打造既能滿足獨立運行又能實現(xiàn)可控單元并網(wǎng)運行的應用體系，實現(xiàn)經(jīng)濟效益和社會效益的和諧統(tǒng)一。

1 微電網(wǎng)技術概述

微電網(wǎng)構造過程中，將分布式電源與用戶要求的貼合度作為關鍵，綜合分析相關要素對微電網(wǎng)的容量大小和微電網(wǎng)電壓等級產(chǎn)生的影響，保證供電和輸電距離配置的合理性，從而提升應用效益。從微電網(wǎng)實際容量規(guī)模和電壓等級的層面對其進行分類，如圖1所示。

圖1 微電網(wǎng)分級示意圖

二級子微電網(wǎng)屬于低壓等級，容量規(guī)模不足2 MW，為單設施級微電網(wǎng)。這種電網(wǎng)等級結構的應用效能有限，一般會集中應用在小型工業(yè)建筑、居民樓或單幢建筑物中[1]。

一級子微電網(wǎng)屬于中低壓等級，容量規(guī)模在5～10 MW，屬于饋線級微電網(wǎng)，是不同型號或容量較小的微電網(wǎng)利用相應的方式組合形成的統(tǒng)一體系?；谖㈦娋W(wǎng)具備的普適性特征，其一般會應用在公共設施等環(huán)境中。

主網(wǎng)屬于中低壓等級，容量規(guī)模在5～10 MW，屬于變電站級微電網(wǎng)。在實際應用中，劃分為變電站和饋線用戶級微電網(wǎng)，由于其級別的特殊性，因此被廣泛應用在變電站供電區(qū)域[2]。

2 微電網(wǎng)技術特征

2.1 運行模式多樣性

在微電網(wǎng)運行環(huán)境中，孤網(wǎng)運行或并網(wǎng)運行皆可，需要結合實際的應用要求采取對應的處理方式[3]。孤網(wǎng)運行模式指微電網(wǎng)和大電網(wǎng)之間處于斷開狀態(tài)，依據(jù)自身內部分布式電源提供可靠電力資源完成負荷處理（見圖2），在保證電能輸送效能的同時，整合具體的應用運行結構。并網(wǎng)運行模式指微電網(wǎng)借助公共連接節(jié)點的靜態(tài)開關進行處理，有效實現(xiàn)大電網(wǎng)的接入。

圖2 微電網(wǎng)分布式電源控制原理

微電網(wǎng)完全與外部大電網(wǎng)斷開聯(lián)系，這種微電網(wǎng)一般是處于海島地區(qū)、山區(qū)地區(qū)等，能更好地進行分散電力需求的控制處理[4]。在某些電網(wǎng)故障或電能質量不足的情況下，微電網(wǎng)暫時與外部大電網(wǎng)斷開聯(lián)系，這種斷開模式能有效提升其涉及區(qū)域內用電的可靠性和安全性。

2.2 結構多樣性

對于微電網(wǎng)技術體系而言，微電網(wǎng)規(guī)劃設計的前提就是選取適當?shù)慕Y構模式。微電網(wǎng)結構模式是指基于微電網(wǎng)體系拓撲規(guī)則（見圖3）建立的結構，分布式電源的布局模式和電能質量會對微電網(wǎng)結構模式產(chǎn)生影響，這就需要匹配不同模式的微電網(wǎng)供電體系。

圖3 微電網(wǎng)拓撲規(guī)則

不同的供電制式下，結構微電網(wǎng)會存在差異化的特點。對于直流微電網(wǎng)，分布式電源、儲能裝置以及負荷都會借助相應的方式直接傳輸?shù)街绷髂妇€，盡量避免電力變換環(huán)節(jié)產(chǎn)生的影響，并維持電能利用率的最優(yōu)化，同時降低頻率控制難度。對于交流微電網(wǎng)，主要是設置分布式電源，利用相應的手段將儲能裝置和負荷連接到交流母線，在不改變電網(wǎng)結構和配電網(wǎng)模式的基礎上架設微電網(wǎng)網(wǎng)架結構，最大程度上提高應用效能和水平[5]。

目前，許多發(fā)達國家已經(jīng)開始逐步推廣微電網(wǎng)實驗室系統(tǒng)和微電網(wǎng)示范工程項目，并且也取得了相應的成果。我國在相關研究方面的投入也在增大，但是由于微電網(wǎng)結構模式的設計規(guī)劃具有適地性，因此要秉持因地制宜的原則結合可靠性、經(jīng)濟性、適用性等因素構建更加靈活的控制體系，確保設計內容滿足要求。綜合分析負荷的分類特性，依據(jù)供電半徑、能源狀態(tài)等確定微電網(wǎng)最終的實際容量，形成最適宜的總體網(wǎng)絡結構模式，推動微電網(wǎng)技術的全面進步。

3 微電網(wǎng)關鍵技術

3.1 運行控制技術

對于整個微電網(wǎng)應用體系而言，微電網(wǎng)運行控制是核心。相較于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，微電網(wǎng)的運行控制和系統(tǒng)內部分布式電源種類、滲透深度以及控制策略相關聯(lián)。為了保證微電網(wǎng)應用效能，要選取適當?shù)倪\行處理模式，滿足不同運行環(huán)境下的需求。為了保證微電網(wǎng)運行控制效果最優(yōu)，從單元級分布式電源控制和系統(tǒng)級微電網(wǎng)控制兩個方面開展相應的分析研究，更好地評估微電網(wǎng)運行控制技術內容，保證相關工作都能落實到位[6]。

常見的分布式電源控制模式主要分為3種，即下垂控制、恒功率控制以及恒壓恒頻控制。結合分布式電源自身的實際處理特性和入網(wǎng)目的，按照對應的模式選取相應的控制方式，從而確?？刂菩Ч淖顑?yōu)化，更好地發(fā)揮微電網(wǎng)技術的優(yōu)勢作用。

在微電網(wǎng)技術發(fā)展初期，微電網(wǎng)系統(tǒng)控制主要分為主從控制和對等控制兩種基礎模式，需結合實際應用要求選取匹配其應用標準的控制方法。目前，主從控制是應用最為廣泛的技術模式[7]。在技術不斷發(fā)展的基礎上，相關研究人員也陸續(xù)開展了對主從控制和對等控制相結合技術的研究，以實現(xiàn)綜合分析。

3.2 微電網(wǎng)保護技術

微電網(wǎng)應用環(huán)境中，保護措施非常關鍵，在微電網(wǎng)異常故障狀態(tài)下能及時完成故障的識別和定位。同時采取相應的處理方案，以保證微電網(wǎng)能及時恢復安全運行[8]。微電網(wǎng)保護技術基于自適應繼電器保護系統(tǒng)建立的應用模式，將差動保護、過流保護、距離保護等環(huán)節(jié)都應用在微電網(wǎng)控制體系中?；谖㈦娋W(wǎng)并網(wǎng)運行和孤網(wǎng)運行在控制特性方面存在一定差異，需要結合兩種不同的模式選取適當?shù)谋Ｗo技術方案，以便更好地提升微電網(wǎng)保護水平。

3.2.1 故障定位

借助負序功率方向元件和故障分量方向元件等，建立基于定位分析的故障管控模式，實現(xiàn)電流突變量分析過程，并以此獲取的相關數(shù)據(jù)，完成故障定位。在定位過程中，匯總實時性數(shù)據(jù)，確定故障是微電網(wǎng)外部故障還是內部故障，結合故障情況推薦相應的處理措施。

3.2.2 運行處理

在實時性評估判定過程中，結合故障位置信息選取較為合理的故障保護策略，依據(jù)故障特征解列相關情況和參數(shù)完成孤網(wǎng)運行分析工作，保證故障實時性判定工作不會影響微電網(wǎng)和大電網(wǎng)連接的效能。在微電網(wǎng)和大電網(wǎng)連接狀態(tài)下：如果微電網(wǎng)出現(xiàn)解列進入孤網(wǎng)運行的情況，則表示出現(xiàn)了外部故障；如果微電網(wǎng)解列后依舊在大電網(wǎng)中穿越運行，則證明是內部故障[9]。在全面評估故障情況后就能依據(jù)相應的處理模式完成故障的排除，有效保證微電網(wǎng)保護效果滿足應用預期，為電源保護和饋線保護等工作的落實予以支持。

3.3 微電網(wǎng)經(jīng)濟優(yōu)化技術

基于間歇性電源出力完成負荷需求預測、調度策略分析等，在獲取基礎數(shù)據(jù)信息后建立較為合理且經(jīng)濟的調度模型，通過配置分析工作維持系統(tǒng)運行的經(jīng)濟效益，在提升資源利用率的同時避免環(huán)境污染，也能實現(xiàn)離線經(jīng)濟調度和在線經(jīng)濟調度的可控化管理。除此之外，在微電網(wǎng)經(jīng)濟運行技術體系中，要全面分析功率預測內容并設置優(yōu)化調度模型，配合優(yōu)化調度算法等開展具體工作，從而提高微電網(wǎng)應用效能和綜合效果[10]。

4 結 論

綜上所述，通過整合技術要點和要求，建立健全更加可控合理的管控平臺，秉持因地制宜、因時制宜的原則制定更加規(guī)范的微電網(wǎng)技術管理方案，保證微電網(wǎng)關鍵技術能發(fā)揮實際作用，實現(xiàn)經(jīng)濟效益和社會效益的雙贏。