(国网太湖县供电公司 安徽太湖 246400)
摘要：近年来，世界范围内发生了数次大面积停电事故，电网脆弱性更加充分地暴露出来，难以满足用户多样化的供电需求。与传统集中供电模式相比较，分布式发电以其接近用户侧、运行方式灵活、就地消纳清洁新能源等优点受到广泛关注。然而，分布式发电技术自身存在诸多潜在弊端，如电源接入成本高、功率输出波动等，其规模化接入电网后会给电网运行控制带来一系列影响。为了协调大电网与分布式电源间的矛盾，充分挖掘分布式电源给电网和用户带来的潜在效益，智能微电网作为一种新型分布式能源组织形式应运而生，迅速得到国内外学者的广泛关注。鉴于此，文章对智能微电网控制技术进行了研究，以供参考。
关键词：智能微电网；控制技术；应用研究
1 智能电网的概念及特点
智能电网就是电网的智能化，是指一个完全自动化的供电网络，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，利用传感器对发电、输电、配电、供电等关键设备的运行状况进行实时监控，并保证从发电厂到用户端电器之间的每一点上的电流和信息的双向流动，然后把获得的数据通过网络系统进行收集、整合，从而实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好，使运行和管理达到最优化。智能电网的特点是：（1）自愈，实现电网安全可靠运行；（2）安全，能抵御自然灾害、外力破坏和计算机遭到攻击等对电力系统的伤害；（3）兼容，既支持大电源的集中接入也支持分布式电源的接入；（4）交互，电网运行与用户设备行为进行交互；（5）经济高效，区域协调调度，提高利用率，优化电力系统运行。
2 智能微电网的分类
（1）根据能量传输类型分为直流智能微电网、交流智能微电网和交直流混合智能微电网。①直流智能微电网系统中，分布式电源、储能、负荷等均通过直流母线连接，直流网络也可以再通过逆变器与大电网连接。②交流智能微电网系统中，系统母线以交流电的形式运行，分布式电源和储能直接或间接接入系统母线，智能微电网再通过对公共连接点控制，实现与大电网的通断。③交直流混合智能微电网系统中，交流母线与直流母线共存，分别向不同负荷供电，减少了单纯交流智能微电网或直流智能微电网中使用电力电子变换器的数量，提高能源利用效率。
（2）根据地理位置分为海岛型智能微电网、偏远地区智能微电网和城市片区智能微电网。①海岛型智能微电网用于解决居民的生活用电和海水淡化问题，避免了海底电缆的敷设和维护，节约成本。其微电源形式以风、光、柴、储为主，大部分以孤网方式运行。②偏远地区智能微电网解决了偏远地区无电、缺电、电能质量差的问题，充分 利 用了当地资源优势，根据居民分布情况合理规划智能微电网，为当地提供可靠、稳定的清洁能源。③城市智能微电网一次能源以风能、太阳能为主，大部分以并网方式运行，为居民用电、道路照明、楼宇办公提供绿色能源
3 微电网的控制策略研究
3.1 PQ功率控制策略
微电网在并网运行时，一般用P/Q来进行控制的，通过给定的有功功率和无功功率的信号来进行自动调节，直到目标值达到，同时大电网的频率和电压也将被跟踪。系统原理图如图1所示，图中的微电源为直流电源，Lf和Cf分别为滤波电感和滤波电容；Ri和Li分别为线路电阻和电感；逆变器的输出电压、输出电流分别是Uik，Ilk，大电网的电压为Ugk。功率控制方法如图2所示：有功功率在电网中的控制是需要调整频率的下垂曲线，使得光伏发电系统有功功率输出值保持在参考值上下；而无功功率的控制是需要调整电压的下垂曲线，使得光伏发电系统无功功率输出保持在参考值上下。微电网工作在B点，即正常运行时，此时系统的频率、电压为额定值，系统电源的输出功率与负荷消耗的功率基本平衡。若系统受外界影响，频率升高，相应的幅值也升高，系统的工作点就会由B点向A点移动，虽然频率增加了，但输出的有功功率和无功功率保持不变；如果系统频率降低，幅值也降低，系统的工作点就会由B点向C点移动，频率减小，但输出的有功功率和无功功率也始终保持恒定状态。
图2 PQ功率控制方法
3.2 U/f控制策略
当微电网处于孤岛运行状态时，一般采用U/f(电压/频率)控制策略，可以输出一个稳定的电压和频率，并且能够让系统的输出功率满足负载变化的需求。图3为控制原理结构框图。系统的电压和频率进行反馈调节之后，得到的值和实际的测量值进行比差，再经过PI调节，最后使得实际的电压和频率跟随给定值变化，最终实现恒频、恒压的控制。控制方法如图4所示：正常运行时，微电网系统的工作点在A点，电压、频率为额定数值，对应的输出功率是有功功率P2)和无功功率是Q2，当负载减小时，工作中心点是由A点向C点移动，输出的有功功率和无功功率都变小，但系统中的电压、频率还是额定值，保持不变；当负载增加时，操作点从A点向B点移动，输出的有功功率和无功功率都变大，而系统电压和频率依然保持不变。因此，恒压和恒频(U/f)控制可以提供稳定的系统和恒定的电压和频率。
图4恒压恒频控制方法
3.3 下垂控制
通过下垂控制，得到了各个逆变器输出的电压和频率值，各自反相微调，使得系统的有功功率和无功功率得到合理分配。原理框图如图5所示，整个系统为三环结构，包括电压电流双环和一个功率环。具体控制方法如下：当逆变器输出的有功功率偏大时，调节频率下垂特性，使得输出频率减小，进而使得有功功率减小；当逆变器输出的有功功率偏小时，调节频率下垂特性，使得输出频率增大，进而使得有功功率增加；当逆变器输出的无功功率偏大时，调节幅值下垂特性，使得输出幅值减小，进而使得无有功功率减小；当逆变器输出的无功功率偏小时，调节幅值下垂特性，使得输出幅值增大，进而使得无功功率增加。在实际系统中，微电源可以由光伏阵列、风力发电系统、燃气发电机、燃料电池等构成，由于这些微电源的差异性比较大，因而在控制方式上必须采取不同的控制方法，才能保证系统的稳定运行。一般来说，对于燃气发电机和燃料电池这些发电方式，可以采用下垂控制，对于光伏阵列，一般采用PQ控制。当微电网工作在两种模式之间的切换状态时，如何实现两种模式的无缝切换、维持系统稳定是控制的关键。
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图5下垂控制原理框架图
结语
智能微电网通过采用先进的电力技术、通信技术、计算机技术和控制技术实现了微电网的智能化，成为智能电网的重要组成部分。智能微电网实现了节能、降耗和清洁能源的充分利用，对我国治理环境污染有重要的意义，因而得到高度重视。随着智能微电网在配电网中渗透率的增加，如何实现对智能微电网复杂故障情况的可靠保护、智能微电网的群控、多能源协调控制的能量管理、多个智能微电网构成一个虚拟电厂技术、智能微电网竞价上网等，将是未来我国智能微电网研究的重点。虽然我国的智能微电网发展较晚，在关键技术上与欧美还有一定差距，但是在国家政策的支持下，相信在不久的将来，中国智能微电网技术将快速发展，并达到国际先进水平。
参考文献：
[1]张建华,黄伟.微电网运行控制与保护技术[M].北京：中国电力出版社,2010.
[2]鲁宗相,王彩霞,闵勇.微电网研究综述[J].电力系统自动化,2007,31(19)：100-107．
[3]王成山,李鹏.分布式发电、微网与智能配电网的发展与挑战[J].电力系统自动化,2010，34(2)：10-23．