广西大学电气工程学院 广西壮族自治区南宁市 530022
摘要：微电网作为分布式电源接入电网的一种有效手段，逐步引起了广泛关注。本文从微网运行控制、供电可靠性和电能质量等方面对微电网进行了分析研究，并重点就其中的微电网中电源数学模型及优化配置、电力电子应用技术、微电网与配电网交互影响等进行分析。
关键词：微电网；电力电子；电能质量
0 引言
微电网是一种将分布式电源、负荷、储能装置、变流器以及监控保护装置有机整合在一起的小型发配电系统。凭借微电网的运行控制和能量管理等关键技术，可以实现其并网或孤岛运行、降低间歇性分布式电源给配电网带来的不利影响，最大限度地利用分布式电源出力，提高供电可靠性和电能质量。将分布式电源以微电网的形式接入配电网，被普遍认为是利用分布式电源有效的方式之一。微电网作为配电网和分布式电源的纽带，使得配电网不必直接面对种类不同、归属不同、数量庞大、分散接入的（甚至是间歇性的）分布式电源。国际电工委员会在《2010—2030应对能源挑战白皮书》中明确将微电网技术列为未来能源链的关键技术之一。
微电网普遍具备4个基本特征：“微型”，微电网电压等级一般在10kV以下，系统规模一般在兆瓦级及以下，与终端用户相连，电能就地利用；“清洁”，微电网内部分布式电源以清洁能源为主，或是以能源综合利用为目标的发电形式；“自治”，微电网内部电力电量能实现全部或部分自平衡；“友好”，可减少大规模分布式电源接入对电网造成的冲击，可以为用户提供优质可靠的电力，能实现并网/离网模式的平滑切换。因此，与电网相连的微电网，可与配电网进行能量交换，提高供电可靠性和实现多元化能源利用。微电网与配网电力和信息交换量将日益增大并且在提高电力系统运行可靠性和灵活性方面体现出较大的潜力。微电网和配电网的高效集成，是未来智能电网发展面临的主要任务之一。借鉴国外对微电网的研究经验，近来，一些关键的、共性的微电网技术得到了广泛的研究。然而，为了进一步保障微电网的安全、可靠、经济运行，结合我国微电网发展的实际情况，微电网技术需要研究以下问题。
1微电网运行控制
1.1微电网中电源数学模型及优化配置
微电网具有网架结构灵活、电源类型多样、控制方式复杂、运行模态多的特点，使得微电网中微电源的数学模型和多种微电源的优化配置具有十分重要的研究意义。首先，微电网中微电源大致可以分为逆变器型微电源和旋转电机型微电源两类，其中既可能包含柴油发电机、微型燃气轮机等易于控制的电源，也可能包含如风力发电机、光伏电池等具有间歇性和不易控制的电源，通常还需要配置各种类型的储能装置。这些电源的投切以及相互影响增加了微电网研究的复杂性。如何精确地建立各种分布式电源的数学模型，研究其对微电网动、静态稳定性的影响具有十分重要的意义。其次，微电网的组网形式多样、网架结构灵活。交直流混合、单相-三相混合、高低压混合等多种网架结构的微电网在国内已有多处试验示范。研究复杂网架结构下，各种分布式电源的容量的优化配置对于微电网的经济运行具有重要的经济价值。
1.2电力电子技术在微电网中的应用
电力电子技术将成为实现未来智能电网快速、连续、灵活控制的重要技术，电力电子技术在微电网中的应用大体上可以分为2大类：一是柔性交流输电（FACTS）技术，如配网静止同步补偿器（STATCOM）、有源滤波器（APF）、动态电压恢复器（DVR）、统一电能质量调节器（UPQC）等装备在微电网/配电网中的应用；二是微电网内部电力电子并网接口的控制升级和先进控制策略的应用。传统电能质量柔性治理装备如APF、D-STATCOM、DVR、UPQC、UPFC等在微电网接入配网后将发挥更多作用，其支撑配电网的功能对于微电网同样适用。同时，这些电能质量治理装备还能够与微电网/微电源构成联合系统共同支撑配电网，有助于充分利用微电网/微电源的储备功率，降低高造价电能质量治理装备的容量，减少其对配电网的冲击和影响。
2 微电网与配电网交互影响
微电网集成了多种能源输入、转换单元，是化学、热力学、电动力学等行为相互耦合的复杂系统。微电网存在多种运行状态，当微电网处于联网运行状态时，功率可以双向流动；在配电网故障时，通过保护动作和解列控制，可使微电网与配电网解列转为孤岛运行，独立向其所辖重要负荷供电，对于电网而言，微电网的这种孤岛运行是自主性的，避免了分布式电源非计划孤岛的情况，大大减小了分布式电源并网对电网安全的影响。在配电网故障消除后，通过并网控制可再次将微电网并入配电网，重新进入联网运行状态。微电网的运行特性既与其内部的分布电源特性以及负荷特性有关，也与其内部的储能系统运行特性密切相关，同时还与配电网相互作用，尤其在微电网渗透率比较高的情况下，这种相互作用将直接影响到供电可靠性。随着微电网渗透率的增加，即使系统大部分负荷主要由微电网承担时，由于微电网自身的稳定性和可靠性都要优于分布式电源，因此微电网渗透率的增加可以持续减少系统的平均停电次数与停电时间，提高系统的可靠性。
传统配电网一般呈辐射状，稳定运行状况下，沿馈线潮流方向，电压逐渐降低，有功、无功负荷随时间的变化会引起电压波动，线路末端波动较大，如果负荷集中在系统末端附近，电压的波动会更大。当微电网接入传统电网后，尤其是当微电网接入馈线末端时，由于馈线上的传输功率的减小以及微电源输出的无功支持，沿馈线各负荷节点处的电压将被抬高，总体上将有利于提升配电网的供电质量。具体来看，微电源影响接入点的电压分2种形式：1）微电源与当地的负荷协调运行，即当该负荷变动时微电源输出跟随调度做出相应调整，此时的微电网将抑制电压波动；2）当微电源与当地负荷不能协调运行时，如利用风力、光伏系统等自然资源发电的微电网，由于其本身可调度性较差，此时的微电网接入电网后对当地电压的稳定也可能不起积极作用。就目前来讲，微电网公共耦合点（PCC）点处的电压依然由电网公司负责，微电网并网按照系统能接受的恒定功率因数或恒定无功功率输出的方式进行，微电网参与配网电压和频率调整尚需一段过程，先进电力电子技术将在这一过程中担当重要角色。
配电网对微电网的主要不利影响是不平衡电压和电压骤降这两个电压质量问题。当配电网故障时，连接微电网和配电网的隔离设备会断开，使微电网处于孤岛运行状态。当配电网发生短时扰动时，未达到孤岛运行条件时，微电网在公共耦合点维持不平衡的电压，如果没有补偿措施，失衡电压可能导致电机负荷和敏感装置的不正常运行，将给微电网的稳定运行带来问题。
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