李佳慧
广州电力设计院有限公司，广州 广东 510610
摘要：微电网将分布式电源、供冷设备、储电储冷设备等结合，以微网形式接入大电网，可以有效对内部负荷波动进行调节，减少电网高峰时段的用电负荷，缓解电力系统峰谷负荷之间日益增加的矛盾，解决电力设备年有效利用时间持续下降的问题。本文以南方某区域电网为例，给出了微电网的拓扑结构以及其运行控制策略，并对其主要的运行模式进行了分析，对未来多微网建设提供理论依据。
关键词：微电网；运行控制；子系统；智能充电
中图分类号：TM933 文献标识码：B 文章编号：1001-1390（2020）00-0000-00
0 引 言
能源互联网在未来将以可再生能源为主要一次能源，并支持分布式发电装置和储能装置的接入，是解决能源紧缺问题的根本手段[1-2]。微电网是智能互联网的关键环节，其可实现多种可再生能源和分布式能源并网，减少温室气体排放和空气污染[3]。微电网系统具有能源梯级利用效率高、电能供应可靠、经济效益好、环境友好等优点，可以提高用电安全性和电网稳定性，使发电效率和经济效益均得到有力保障[4]。
微电网的主要目的就是要独立于主电网独立运行一周以上，除此之外，还能够与主电网无缝解列或成孤岛运行。也就是说，在系统负荷由微电网供应期间，电能是由分布式电源提供的，同时在电力间歇期间常配有电量储存设施。而光伏发电技术、电池储能技术以及智能充电桩等多项先进技术融合应用的模式日渐成熟。可以利用分布式光伏和风能为负荷提供清洁能源，利用蓄电池储能系统平滑微电网功率波动和分布式电源柔性并网，从而实现建成一个高可靠性、智能化、低碳环保微电网的目标。
本文以南方某区域电网为例，依据微电网资产所处的地理位置，给出了微电网的拓扑结构以及其运行控制策略，并对其主要的运行模式进行了分析概述，同时对光伏组件选型及安装、蓄电池储能子系统以及充电桩子系统进行了主要描述，对未来多微网建设提供理论依据。
1拓扑结构
本次设计提出了一种由可调度DER方案与电池储能系统级联工作的微电网。只要天然气供应没问题，该微电网能够满足一周的孤岛要求。此外，其中的储能组件还能够进行无缝解列、断电重启、频率和电压调节。通过利用主控制器和本地控制器所组成的控制架构，该微电网不仅能够执行发电和负载平衡控制，而且还能够优化可再生能源。
2 网络拓扑
微电网的一般功能如图1所示。
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主要的微电网运行模式为并网、孤岛和断电。首选运行模式为并网模式，在这个模式中，可以以最高的内部系统弹性，完全利用再生能源的所有优势。因为电网断电，可以有意的（例如躲避暴风雨）或无意的进入孤岛模式。最后，断电模式是最不希望的模式，其发生的原因可能是系统内如故障、DER无力转换至孤岛模式或认为故障。南方某区域微电网的设计应满足即使当柴油发电机未启动时，电网连接与孤岛模式之间的也能进行无缝转换。这个可以通过试运行适宜的穿越技术来实现，比如蓄电池储能系统（BESS）。但是“无缝”的说法没有绝对意义。系统顺利实现无缝转换至无意孤岛模式的能力取决于几个因素，也就是：
（1）电网断电是否是造成系统故障的原因，距离和故障类型；
（2）DER技术的类型及其本地控制；
（3）各个DER在电网断电之前的运行模式。
3系统控制器转换试验研究
3.1 并网模式
并网模式下，市电进线取自附近变电站的10kV馈线。分布电源系统的主回路断路器（记为POI）和三个馈线回路断路器全部闭合，其中一路向预装式户外变电站（POS）供电，另外两路分别接分布式电源系统和蓄电池储能系统（BESS）。所有变压器均为热备。
并网模式模拟分布式设计，大多数故障都可以通过优先级配合有选择性地清除，使系统受影响部分尽量少。然而，在并网状态下，微电网的各组成部分也将受到公共电网的扰动和影响，所受扰动和影响程度取决于故障的严重性和它与故障点的电气距离。
3.2 孤岛模式
电网发生故障时，大多数情况下微电网将离网运行在孤岛模式。在这种模式下，储能单元将作为第一道防线稳定孤岛并调节微电网电压和频率，直到分布电源开始为全部负荷供电。此时，分布式电源，即柴油发电机或往复内燃机发电机（组）将调整微电网电压和频率。转为孤岛模式时应断开在网的光伏系统（光伏系统可以在孤岛系统稳定后重启，即延迟5分钟）。当联网分布电源的旋转备用（即有功备用容量热备用）恢复后，蓄电池储能系统进入充电模式以达到正常的电荷状态。
3.2 供电中断
一旦发生电网断电而微电网又不能转入孤岛模式，微电网将进入供电中断模式。如果发生这种情况，微电网将在短时间内切换为孤岛模式或并网模式。在这种模式下，关键负荷将由连接到开关柜A的应急发电机供电。
4 光伏组件选型及安装
4.1 太阳能光电组件的选型
光伏电池组件种类有很多，一般情况下“单晶硅”或“多晶硅”应为首选，是目前普遍采用的光伏组件。
对于分布式光伏发电项目电池组件选型遵循以下原则：
（1）在兼顾易于搬运条件下，选择大尺寸、高效的电池组件；
（2）选择易于接线的电池组件；
（3）组件各部分抗强紫外线；
（4）组件必须符合IEC61215标准，保证每块电池组件的质量。；
4.2 光伏阵列安装型式
通常，光伏阵列安装支架的类型有简单的固定支架和相对复杂的跟踪系统。
固定式安装是指按最佳倾斜角度将太阳能电池固定到地面上，前后排太阳能电池以不相互遮挡为宜。
跟踪系统安装分为被动式太阳能跟踪装置和电驱动式太阳能跟踪装置两种，被动式的跟踪装置适用规模较小的光伏系统，电驱动式在国外已经有大规模的应用，国内这两年也做了大量的应用示范，技术基本成熟。与固定式阵列系统相比，跟踪系统建设造价增加约5%～20％。
综合考虑环境和经济效益选择安装方式后，再依据屋顶结构特点选择合适的屋顶，如彩钢瓦屋顶、固定支架水泥压块屋顶、钢结构水泥屋顶等。并根据实际情况设计相应的光伏阵列倾角。
4.3 光伏逆变器选型
光伏逆变器是光伏并网发电系统核心的电力电子设备，通过闭环控制电路采集到电网的电压、频率和相位，并以采样值实时调整逆变器的输出，确保逆变器满足同期并网要求，保证并网光伏发电系统与公共电网的同步运行。
光伏逆变器有集中式逆变器和组串式逆变器两种类型，应根据安装地区的具体特点来选择逆变器类型。
4.4 光伏发电系统设计
光伏发电通常有两种利用方式：独立发电、并网发电方式。其中，并网发电方式又分为不含蓄电池储能和含蓄电池储能两种类型，示意图分别见图2。独立发电系统一般由光伏阵列、控制器、蓄电池组、离网逆变器等组成。并网发电系统一般由光伏阵列、并网逆变器、计量装置及上网配电系统等组成；含蓄电池储能的并网发电系统由光伏阵列、双向逆变器、蓄电池组、计量装置及上网配电系统等组成。
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5 蓄电池储能子系统
蓄电池储能子系统安装容量为600kW/1200kWh，其中新电池模块和退役电池模块各300kW/600kWh。其系统构成包括电池能量中央控制器、混合型电池阵列、能量交换机、并网双向变流器等。
5.1 蓄电池选型
目前业界普遍采用的固定储能方式主要是基于锂离子电池技术。预计锂离子电池将成为未来几年业界的主要成员，它非常适用于电力、热循环应用以及部分能源应用场合。
蓄电池储能子系统可采用的安装方式有两种，分别为室内机柜式安装方案和室外移动式集装箱方案。机柜式室内安装采用架设直流母排的并柜形式，室内配置空调照明等设施。室外移动集装箱安装在集装箱内采用机架式结构，集装箱内配置空调照明等设备，占地面积＞12m2。
6 充电桩子系统
充电桩子系统可分为电动汽车充电桩系统和船用充电桩系统，本文主要对电动汽车充电桩系统进行主要描述。
6.1 电动汽车充电桩选型
微电网项目中的电动汽车充电桩主要考虑为小轿车或大中型客车充电。交流充电桩主要面向小轿车类车载充电机用户，目前车载充电机的充电电流最大不超过63A，主流设备充电电流为20A，因此正常情况下10kW即可满足此类车的充电要求。
6.2 计费计量系统
计量计费系统主要由计量部分和计费部分组成，计量部分由关口电表、直流电表、交流电表（三相表与单相表）以及用电采集终端组成；计费部分主要由计费工作站组成。
电动汽车充电桩由用电采集终端负责采集各个关口电表、直流电表、交流电表的实时电量信息，通过本地工业以太网与计费工作站通讯，将整个电动汽车充电系统的总电量、各充电机的每次充电电量传送到后台进行处理，把电量和计费信息存储到数据库中；通过用电采集终端完成与用电信息采集系统或上级监控中心的通信，确保上级系统能够实时获取电动汽车充电系统的电量信息。
7 结论
微电网是智能电网的关键环节，其可实现多种可再生能源和分布式能源并网，减少温室气体排放和空气污染。本文以南方某区域电网为例，依据微电网资产所处的地理位置，对微电网的拓扑结构、运行控制策略和主要的运行模式进行了初步介绍，同时基于光伏、储能、充电三者有机结合的设想，对光伏组件选型及安装、蓄电池储能子系统以及充电桩子系统三者进行了描述，对未来多微网建设提供理论依据，具有十分重要的现实意义。
参 考 文 献
[1] 刘迎澍,陈曦,李斌,朱介北.多微网系统关键技术综述[J].电网技术:1-21.
[2] 董朝阳, 赵俊华, 文福拴,等. 从智能电网到能源互联网:基本概念与研究框架[J]. 电力系统自动化, 2014, 38(15):1-11.
[3] 杨新法, 苏剑, 吕志鹏,等. 微电网技术综述[J]. 中国电机工程学报, 2014(1):57-70.
[4] 马艺玮, 杨苹, 王月武,等. 微电网典型特征及关键技术[J]. 电力系统自动化, 2015(08):168-175.
作者介绍：李佳慧 ，1984年8月，女，湖北赤壁， 高级工程师，广州电力设计院有限公司，三峡大学输电线路专业学士，主要电气工程设计，（e-mail）ljh20034052@163.com。