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1、美国电力可靠性技术解决方案协会美国电力可靠性技术解决方案协会 (certs),(certs),微电网结构微电网结构篇一：微网发展研究综述微电网发展研究综述 摘要：微电网已成为一些发达国家解决电力系统众多问题的一个重要辅助手段。本文首先阐述了微网研究的背景，分布式发电的含义以及微电网的结构和概念。其次，介绍了微电网能量管理的含义和微电网协调控制方法。 关键词：微电网；能量管理；协调控制 1.微电网研究的背景 能源是人类创造财富的基础,同时也是人类文明发展的动力。近年来,随着世界经济和工业的飞速发展,全球对能源的需求也迅速加大,但是,传统的能源如煤炭、天然气、石油等不可再生的能源正在日渐枯竭,能源
2、危机以及由于过度使用不可再生能源所造成的环境问题己经摆在了全人类的眼前1。为了解决这一问题，越来越多的人寄希望于风能，太阳能，生物只能等新型能源。这也使得开发和利用可再生清洁能源、构建可持续发展的能源系统逐渐成为世界各国的共识与必然发展趋势2。 随着电网规模的不断扩大，超大规模电力系统的弊端也日益凸显，主要存在以下几个问题：（1）成本高（2）运行难度大（3）抗事故能力低，在发生电网事故时会影响范围扩大，若是处理不当，可能会造成大面积停电（4）难以适应用户越来越高的安全和可靠性要求以及多样化的供电需求。尤其在近年来世界分为内接连发生几次大面积停电事故之后，电网的脆弱性充分暴露了出来3。文献4中阐
3、述了 XX 年 8 月 14 日美加大停电波及 5000 万人口的供电范围，大范围停电达到 29 小时，造成重大的经济损失，是美国历史上最严重的停电事故。文献 5分析了 XX 年初,我国南方地区发生罕见冰雪灾害,500KV 主网架受到重创，电网多处解列或孤网运行, 网架结构受到破坏，导致局部区域完全停电,随后引发了更大规模的停电事故。因此急需新的发电，供电方式对大电网给予补充和支撑，以提高电网供电的可靠性，减少损失，分布式发电正式解决这一问题的重要方法之一。分布式发电是值利用各种可用和分散存在的能源，包括可再生能源（太阳能，生物只能，小型风能，小型水能，波浪能等）和本地可方便获取的化石类燃料（
4、主要是天然气）进行发电供能的技术。分布式电源具有灵活，经济环保等特点，但是在运行过程中，分布式发电技术也有一些弊端，比如分布式电源的并网运行改变了系统中的潮流分布，给配电网的电压调节，保护协调与能量优化带来了新问题。同时，分布式电源在系统侧发生故障事自动退出运行，加剧了系统 暂态功率不平衡，不利于系统的安全性和稳定性，以及分布式电源的多样化，不利于管理调度等6。为了协调和解决大电网与分布式电源间的矛盾，尽量削弱分布式电源对主电网的冲击和负面影响，充分挖掘分布式发电为电网和用户带来的价值和效益，微电网的概念应运而生了。美国电力可靠性技术解决方案协会（The Consortium for Elec
5、tric Reliability Technology Solutions，CERTS)提出了微电网(Micro Grid)的概念。微网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统, 是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统, 既可以与外部电网并网运行, 也可以孤立运行。从微观看, 微网可以看做是小型的电力系统, 它具备完整的发输配电功能, 可以实现局部的功率平衡与能量优化, 它与带有负荷的分布式发电系统的本质区别在于同时具有并网和独立运行能力。从宏观看, 微网又可以认为是配电网中的一个“虚拟”的电源或负荷7。 微电网的结构由很多种，下图 1
6、是由美国电力可靠行技术解决方案协会提出的微电网基本结构： 图 1 CERTS 提出的微电网结构 气轮机电池 ;信息流线;保护信息传输线 图 1 中包括 3 条馈线 A,B,C 及 1 条负荷母线，网络整体呈辐射状结构。馈线通过主分隔装置（通常是一个静态开关）与配电系统相连，可实现孤网与并网运 行模式间的平滑切换，该开关即 PCC 所在的位置，一般选择为配电变压器的原边侧或主网与微电网的分离点3。 2 微电网在国内外的研究状况 目前，一些国家已纷纷开展微电网研究，立足于本国电力系统的实际问题与国家的可持续发展能源目标，提出了个子的微电网概念和发展目标。作为一个新的技术领域，微电网在各国的发展呈现
7、不同的特色。 国外研究现状 美国 CERTS 最早提出微电网的概念。美国首先提出了微电网的概念，在其发展与研究上开创了先河。目前其研究主要集中于微电网的智能化，低成本化和针对用户的可灵活定制方面。在企业界，美国通用公司就微电网的能量管理方案提出了自己的构架，将微电网的运行管理，控制和保护系统化集成，形成了整套的企业级微网方法，为微电网的快速商业化应用铺平了道路。 欧盟在微电网的研究及商业化利用上在全球居于领先地位，并且在持续投入力量进行研究和开发。欧洲第六框架计划资助 850 万欧元，由瑞典国立大学领导，同西门子，ABB，SMA,Anco 等著名公司以及曼彻斯特大学，巴黎矿业学院，INESC
8、Porto 等知名大学和学术团体合作，重点研究了微电网的协调管理方案。系统保护、多个微电网连接到配网的控制策略和经济调度等措施，并且取得了一系列有价值的研究成果。日本在微电网方面的发展着眼于清洁能源的利用，能源多样化，以及降低污染和提高电网能效方面。国内研究现况 随着我国经济的快速发展，光伏发电，风力发电等分布式电源在电力行业革新中占据着重要地位，中国微电网的发展正是植根于我国正在大量发展可再生能源的形势下。处于电力行业管理边缘的大量分布式并网有可能影响到电力系统的可控性，安全性和稳定性，进而影响到电网正常运行，因此分布式技术面临着很多质疑。而微电网技术无疑可以充分发挥分布式电源的优势，同时消
9、除了分布式发电对电网的冲击和其他负面影响。目前很多直流、交流微电网的实验室及示范项目都已建成，包括合肥工业大学实验室，浙江电力公司微电网实验室，上海交通大学微电网实验室等。其中合工大于 XX 年建成的微网实验室的研究内容包括：微电网的仿真模型建立与模型分析，微电网的电能质量问题和微网的能量管理以及运行管理等方面。 3 微网研究中的关键问题微网能量管理系统 能量管理系统的主要功能包括：采集电网信息、分布式电源信息、负荷信息；实现主网、多种 DG、储能单元和负载间的最优功率匹配；实现多种 DG 的灵活投切；孤岛与并网两种模式的转换等。如下图所示。 图 2 微网能量管理功能 微网能量管理按时间长短可
10、以分为 短期功率平衡和长期能量管理；按照控制方式可以分为分散控制和集中化控制。按照系统运行方式分为并网能量管理和孤岛能量管理。 微网能量管理通过制定一些目标函数和约束条件，来实现微网能量管理的优化设计。典型的目标函数和约束有：以停电损失最小为可靠性优化目标，其中可靠性，安全性指标作为相应的约束条件；以配电网损耗最小为降损优化目标；以配电公司的投资和运行费用最小为费用优化目标；以达到储能的寿命达到最大为目标的优化目标等。同时对应的优化求解算法也有很多种，例如图解法，迭代法，随机优化方法，粒子群算法，遗传算法等。 微电网的控制8 目前的微网控制方案，从整体控制策略上可分为主从控制和对等控制。从微网
11、控制层次上，可以分为底层分布式电源的控制和上层的管理系统，本质上，该分层控制属于主从控制策略。从分布式电源的控制方法上，分布式电源控制可分为恒功率控制，下垂控制和恒压恒频控制。 主从控制 主从控制就是微网的而控制系统中存在某一个控制器为主控制器，其余为从控制器，主从控制器之间一般需要通信联系，且从控制器服从主控制器， 主从控制按照是否以某一分布式电源作为主单元可分为以分布式电源作为主控制单元的主从控制和以上层中心控制器作为主控制单元的主从控制两大类。对等控制 对等控制就是每个分布式电源有相等的地位，没有一个单元像主控制单元火中心储能单元那样对微网有着特别重要的作用。同时这种控制方法能让微网具有
12、“即插即用”的功能。所谓“即插即用” ，及时指在能量平衡的条件下，微网中的任何一个分布式电源在接入或断开时，不需要改变微网中其他单元的设置。所以，微网采用对等控制策略，即要求分布式电源采用本地变量惊醒控制，不同分布式电源之间没有通信联系。由于该方法不依赖于通信，从理论上来说它是可以提高微网的可靠性并降低系统成本，所以此控制策略备受关注。 分层控制9 分层控制就是指采用一个中央控制器来统一协调管理底层分布式电源控制器和负荷控制器，实现微网安全稳定运行和利益最大化。该控制方式主要优点是参与微网的暂态过程，快速抑制功率波动，提高了系统稳定和电能质量，主要缺点是对通信依赖较强，通信失败可能会对系统安全
13、运行产生较大影响，甚至导致系统瘫痪。 4.分布式电源逆变器借口的控制策略910 分布式电源控制方法主要有：（1）PQ 控制:采用 PQ控制(恒功率控制)的主要目的是使分布式发电按照参考输出指定的有功功率和无功功率，即当并网逆变器所连接交流母线的频率和电压在一定范围内变化时，分布式发电输出的有功功率和无功功率保持不变.（2）VF 控制:采用恒压恒频（V/F）控制策略的目的是不论逆变电源输出的功率如何变化，其输出电压的幅值和频率维持不变，采用此种控制策略的接口逆变器可以为孤岛模式运行的微网提供强有力的电压和频率支撑，并具有一定的负荷功率跟随特性。（3）Droop 控制:下垂控制（Droop con
14、trol）是通过模拟传统电力系统中同步发电机下垂外特性对逆变器实施控制的一种方法. 5 总结 作为大电网的有效补充与分布式能源的有效利用形式，微电网已引起各国科学家的广泛关注。以后对于微电网的研究会多集中于高级的管理策略、微电网与大电网的互相影响以及微电网之间的相互影响上，同时，微电网作为未来智能电能的重要组成部分，将会有极大的发展前景。 篇二：微网概念和特征微电网的背景意义 随着我国经济增长速度的加快，电力需求也越来越大，大规模联网所带来的问题逐渐显露出来，比如调度困难，安全性和可靠系数不高等。同时，能源危机的加重也使我国这样一个以煤电为主要电力结构的发展中国家在环境治理上耗费了大量人力、物
15、力和财力。分布式发电以其灵活、环保等优势正在逐渐赢得广大市场，而大量分布式电源的并网也给电力系统的保护、实时调度和电网可靠性等各方面带来了一些问题，建立微型电网（微网）是目前解决这些问题较好的途径。 随着包括风电、光伏等可再生能源和高效清洁的化石燃料在内的新型发电技术的发展，分布式发电系统(distributed generation system，DGS)日渐成为满足负荷增长需求、减少环境污染、提高能源综合利用效率和供电可靠性的一种有效途径。DGS 具有投资少、发电方式灵活、可与环境兼容等优点，在配电网中得到广泛的应用，但是 DGS 的大规模渗透也产生了一些负面影响，如分布式发电单机接入成本
16、较高，控制较复杂。另外，从系统的角度来分析，DGS 是不可控的发电单元，因此系统总是试图采取隔离、切机的方式来控制微型发电系统，以消除其对大系统的电压和频率的冲击。 为整合分布式发电的优势，削弱分布式发电对电网的冲击和负面影响，充分发挥 DGS 的效益和价值，相关电力工作人员和专家提出了微网的概念。 集中管理控制分布式电源，使其性能得到最大发挥，减少主干电网在峰荷时期所承受的紧张情况，起到“削峰填谷”的作用； 为中低压等级的用户企业，如 CBD（中央经济商务区） ，高科技企业产发区、住宅小区以及孤立、偏远地区用户提供高质量的电力供应； 采用冷热电联产（CCHP） ，为用户提供综合能源解决方案； 微源在负荷中心区附近，减少了输配电能量损耗，有例子表明同样是热电联产，传统的集中式供电的效益为71%，而以微型燃气轮机为微源的微网效益达到 85% ； 可把微网纳入现有电力系统的负荷侧管理（DSM） ，为电力企业提供紧急功率支持等服务； 提高整个电网的运行效率，同时还可以减少对环境的污染； 微电网的基本概念 为电网的定义与结构 目前，国
