一、研究背景及意义
随着火电、水电、核电等大型集中电源和超高压远距离输电网的规模不断扩大，电力系统的弊端日益显著，并且在经济发展之余，人们越来越强调清洁高效的可再生能源的开发，于是包括太阳能、风能、生物质能等在内的分布式发电不断发展，但是分布式电源对于大电网来说是一个不可控源，因此大电网往往会对分布式电源采取限制，这又限制了分布式电源的利用。为了尽可能地解决大电网和分布式电源之间的冲突，在充分利用分布式电源的情况下减少其对大电网的冲击，学者们提出了微电网的概念[1][2]。目前，世界上还没有形成对微电网统一的定义和和表述，不过，一般可以认为，微电网是由负荷、分布式能源、储能设备、电力电子器件、测量、监控和保护装置汇集而成的小型的发电系统，是一种对外部大电网表现为单一的售空单元，能够实现自我控制、保护和管理的独立自治系统，既可以联网运行，也可以孤岛运行。
微电网概念的提出能够促进企业以及用户合理利用可再生能源，减少了环境污染，节省了电网运行成本，同时也节约了用户的电费，给社会带来可观的经济效益和环境效益。综上可知，研究含多种分布式电源的微电网的联合优化控制问题，对微电网发展有着深远的意义，它能够促进分布式能源就地消纳，缓解地区能源供不应求的状态，从而实现区域电网削峰填谷，提供能源利用效率。
二、微电网介绍
当前关于微电网的定义国际上尚未形成统一意见。美国电气可靠性技术委员会（CERTS）将微电网定义为一种能够为用户提供电能和热能的小型电力系统，其由多种微电源和负载构成。与传统大电网相比，微电网是单一受控源，能够满足用户对电能质量和供电可靠性的要求。
微电网将发电机、负荷、储能装置和控制装置结合在一起，形成了一个独立的可控的单元，既能给用户提供电能也能给用户提供热能，其中的电源大多都是微电源，有很多小型机组包括微型燃气轮机、光伏电池、燃料电池、飞轮、超级电容、蓄电池等储能装置，它既可以和大电网联网使用也可以在大电网出现故障的时候与主网断开单独运行[1]。如下图1中的微电网基本结构，展示了光伏发电、微型燃气轮机和燃料电池等微电源形式,其中一些接在热力用户附近,为当地提供热源。微电网中配置能量管理器和潮流控制器，能量管理器可以对整个微电网综合分析控制而潮流控制器可以对微电源就地控制。当负荷变化时,潮流控制器根据本地频率和电压信息进行潮流调节，当地微电源相应增加或减少其功率输出以保持功率平衡。该结构也初步体现了微电网的基本特征,也揭示出微电网中的关键单元:①每个微电源的接口、控制;②整个微电网的能量管理器,解决电压控制、潮流控制和解列时的负荷分配、稳定及所有运行问题;③继电保护,包括各个微电源及整个微电网的保护控制[1]。微电网虽然也是分散供电形式,但它绝不是对电力系统发展初期的孤立系统的简单回归。微电网采用了大量先进的现代电力技术,如快速的电力电子开关与先进的变流技术高效的新型电源及多样化的储能装置等,而原始孤立系统根本不具有这样的技术水平。微电网能够最大限度地利用分布式电源，提供更高的供电可靠性和电能质量，被认为是配电网和分布式电源的纽带，能够帮助配电网不再直接面对不同种类、不同归属、数量繁多且分散性接入的分布式电源。
三、级联微电网在当今电力系统中的应用
交流微电网是智能电网系统的一个重要组成部分，其中的交流并联电网已经在市场上相对普及了，但是关于微电网级联逆变器连接方法的研究还是相对较少的。
级联型逆变器是一种多电平逆变器，它是最早出现的一种，在1980年二极管钳位多电平结构（中性点钳位结构）出现之后就得到了快速的发展。现如今，级联逆变器大多数应用在大功率电源、高电压的电动机驱动等方面[3]。级联型逆变器适用于移动载体的交流驱动，因为移动载体一般都是采用蓄电池提供能量，而蓄电池之间是电器隔离的，这就解决了隔离电源的问题。
级联型逆变器既具有多电平逆变器的大部分优点又有自身独特的优点：
（1）多种输出电平改善了输出波形和控制的效果；
（2）较低的开关损耗，降低了对开关器件的要求，使中等功率的开关器件也可以在高电压情况下使用，可以在较低的开关频率下工作；
（3）出入电流的谐波被降低了，可以减少对环境的污染；
（4）母线短路的危险性大大降低，使得安全性提高；
（5）不需要均衡电容电压，因为各直流电源在充放电时事完全独立的，所以只要每个直流电源的容量是足够的就不需要特别的均衡控制；
（6）在采用了差补技术或混联技术之后，级联型逆变器对器件的需求相比于其他多电平逆变器来说是最少的；
（7）结构上易于模块化和扩展，因为它是一种松散的串联结构，每一个H桥臂结构都相同所以容易模块化生产，并且很易于拆卸或者是扩展。下图2为其两种不同结构：
多电平逆变器已经进入了一个飞速发展的时代，级联型逆变器作为具有独特结构的多电平逆变器有更为广泛的应用前景。随着电子制造工业的发挥在那和高性能器件的不断出现，单个级联单元将会变得拥有更大的容量和更小的体积。级联单元将会朝着智能化、模块化的方向发展，级联型逆变器的控制将由集中控制向分散控制发展，这样的系统会更具可靠性、可扩展性，而以燃料电池、太阳能电池提供能源的级联单元模块将会成为市场的新潮流，并且随着电力环境的整治，市场会越来越大，级联型逆变器将迎来新的发展。
四、研究总结
通过对微电网优化运行现状的分析，可以知道微电网协调优化问题是一个典型的多目标混合整数线性规划问题。现在对微电网优化运行研究，大多数以单目标优化为主，目标函数过于单一，优化效果也不是十分理想。因此，本文的研究重点便是建立微电网多能源多目标优化数学模型，不同目标量纲也不同，有污染气体排放量，有运行费用等，如何将多目标量纲统一也是求解优化模型的关键。本文总结了微电网关键技术，然后以此为基础，研究了微电网的多目标优化运行控制。
参考文献：
[1][1]鲁宗相、王彩霞、闵勇、周双喜、吕金祥、王云波（2007）：微电网研究综述。《电力系统自动化》，31（19），100-107。
[2]李洋,刘海涛,吴鸣,等.能量管理系统开发与应用 [J].华东电力, 2013, 41(05): 1071-1074.
[3]Marnay C. Microgrid Selection and Operation for Commercial Buildings in California and New York States[J]. 2008.