微电网并离网控制策略研究及实现 任洛卿，唐成虹，王劲松，黄琦 南瑞集团公司（国网电力科学研究院）, 江苏省南京市211106 The Research and Implementation of Micro-grid's Grid-connected & Off-Grid Control Strategy Ren Luoqing, Tang Chenghong, Wang Jinsong, Huang Qi NARI Group(SGEPRI), Nanjing, Jiangsu 210003 ABSTRACT: This paper analyzes the network structure and operation modes of micro-grid and proposes a method of grid-connected & off-grid control strategy, which is based on fast fault detection and pattern recognition. Improved half-wave Fourier algorithm is used to carry out fast protection computation of the characteristic value so as to implement fast fault detection. The characteristic value is described by logical expressions and its real-time value is used to identify the current running mode and as the criterion to implement smooth switching control between the grid-connected mode and off-grid mode. So far, this method has been successfully applied in Luxi island micro-grid demonstration project. KEY WORD: micro-grid; fast fault detection; pattern recognition; coordinated control strategy 摘要: 本文对微电网组成结构及运行模式进行分析研究，提出了故障快速检测和运行模式识别的微电网并离网控制策略方案。故障快速检测以改进的半波傅里叶计算为基础，通过对微电网特征量的快速保护运算，实现故障的快速检测。微电网并离网平滑切换控制实现方法，将微电网特征量以逻辑表达式的形式进行描述，通过读取微电网特征变量实时值，识别出微电网当前运行模式，实现微电网并离网平滑切换。目前该方法已经成功应用于鹿西岛微电网示范工程。 关键词: 微电网；故障快速检测；模式识别；协调控制策略 1 引言 微电网由分布式发电、负荷、储能等部分组成，一般与中低压配电网相连，是一种可以运行在并网模式或离网模式的小型配电网系统。随着分布式发电技术的发展，分布式电源数量快速增长。智能微源、节能降耗、提高供电质量的目的[1]，因此微电网是处理大规模分布式发电接入电网的必然选择，微电网技术的发展对未来坚强电网的发展起着至关重要的作用[2-3]。 微电网有并网和离网两种状态。当电网发生故障时，微电网可离网运行，进入独立的孤岛状态。然而在微电网的发展中，微电网的运行控制尤其是并离网切换控制具有一定的难度。当电网发生故障时，分布式发电和储能设备的电力输出与实际负荷的电力需求很可能不平衡，造成大量电能缺额或电能过剩。此时需要迅速进行判断并进行相应的调节控制，使微电网能够平滑切换至离网状态运行。 现有的微电网并离网切换控制装置一般是针对特定并网方式设计，而离网控制操作过程需要人工参与[4-6]，无法自动适应微电网运行方式，很难做到并离网平滑切换控制。因此，研究微电网并离网平滑切换控制策略实现方法[7-12]是保证微电网安全高效运行的迫切需求。 本文对智能微电网的并离网控制策略进行了研究，提出了包括基于快速保护运算的故障检测技术和基于模式自识别的协调控制方法。这些新技术组成的微电网并离网控制策略，使微电网可以在并网和离网模式间实现平滑切换，同时保证重要负荷的持续供电。 2 快速故障检测技术 快速的故障判断是微电网的并离网切换控制的重要基础，而更快速的故障判断需要在更短时间内完成保护量的运算。 传统的全波傅里叶变换是电力系统中经常使用的保护计算方法。 传统计算方法公式如下： N -1 电网作为智能电网的重要部分，能灵活有效地运用分布式发电和储能设备，达到最大化接纳分布式电 2 a n =x n N =0 sin(nπ 2π ) N 4∑ N
微电网是什么_微电网的概念及技术特点 微电网的概念微电网（Micro-Grid）也称为微网，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。 微电网是一个可以实现自我控制、保护和管理的自治系统，它作为完整的电力系统，依靠自身的控制及管理供能实现功率平衡控制、系统运行优化、故障检测与保护、电能质量治理等方面的功能。 微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，使传统电网向智能电网过渡。 微电网中的电源多为容量较小的分布式电源，即含有电力电子接口的小型机组，包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池、小型风力发电机组以及超级电容、飞轮及蓄电池等储能装置。它们接在用户侧，具有成本低、电压低以及污染小等特点。 由于环境保护和能源枯竭的双重压力，迫使我们大力发展清洁的可再生能源。高效分布式能源工业（热电联供）的发展潜力和利益空间巨大。提高供电可靠性和供电质量的要求以及远距离输电带来的种种约束都在推动着在靠近负荷中心设立相应电源。通过微电网控制器可以实现对整个电网的集中控制，不需要分布式的就地控制器，而仅采用常规的量测装置，量测装置与就地控制器之间采用快速通讯通道。采用分布式电源和负荷的就地控制器实现微电网暂态控制，微电网集中能量管理系统实现稳态安全、经济运行分析。微电网集中能量管理系统与就地控制器采用弱通讯连接。 微电网的特点微电网系统结构图微电网系统由于包含有数量众多、特性各异的多种分布式电源而成为一个大规模、非线性、多约束和多时间的多维度复杂系统，具有复杂性、非线性、适应性、开放性、空间层次性、组织性和自组织性、动态演化性等复杂系统特征，属于一类变量众多、运行机制复杂、不确定性因素作用显著的特殊的复杂巨系统。因此，微
题目：微电网并网系统的控制器的设计与分析学院：电气工程学院 专业:电力电子与电力传动 学号：S130******** 姓名：唐福顺
摘要 ——这篇文章主要讲述了微电网并网控制器的设计与分析。控制器包括对于每个分布式电源的内部电压和电流环控制环和外部控制功率均分以及控制由并网转为孤岛运行模式下的功率分配问题的外部有功无功控制环。控制器还包括同步算法来确保当故障清除后平滑的自动并网。通过控制器的合理搭建，可以实现系统可以在并网和孤岛模式转换过程中并不影响外界的负荷。并且通过仿真和实验验证了这一结论。 引言 近年来，越来越多的新能源或者是微能源例如光伏，小型风机，燃料电池开始以分布式电源的形式并入大电网。随着分布式电源的发展，包含着许多系统化的分布式电源的微电网这个概念随之产生。与传统的集中式电源相比，微电网可以在并网和孤岛两种模式下运行，因而提高了系统的稳定性和电源质量。额外它还包含了所有单个微电网系统的优点。为了更好地控制微电网，在并网和孤岛运行模式下我们采用外部了功率环和内部电压环双重控制。这些控制算法应该在各个并联的分布式电源之间没有信息连接，可以分开单独控制。因此，每一个分布式电源的控制算法应该只使用自己当地能测量到的变量进行反馈。还有，我们还期望当大电网出现故障离网时，各个分布式电源之间能够迅速反应来合理的分配自己的输出功率来保证功率平衡以及当故障清除后微电网和大电网的再次同步运行然后平滑并网。 为了实现上述性能，本文对各个分布式电源采用一种统一的控制器设计方法。即，在控制输出电压的前提下，设计控制器控制功率环，它能够控制并网模式下的功率流动，能够保证在孤岛模式下使各个分布式电源有功和无功的合理分配，以及在再次并网之前实现微电网和大电网的再同步。这种控制器响应迅速，并且保证微电网能够在并网和孤岛两种模式下平滑转换并且不影响与其相连接的负载。通过仿真和实验验证了这种控制器设计具有良好的效果。 系统配置 Fig1展示了本文的微电网配置图，这里采用了两个并联的分布式电源DG1和DG2.每个分布式电源由直流源、ＰＷＭ控制的电压源型逆变器以及LC滤波器。在正常的运行模式下，微电网通过STS（静态转换开关）在PCC点处与大电网相连接。在这种模式下，两个分布式电源来提供对负载123的功率和电压支持，这种配置减少了大电网的负担和大电网的功率传送并且提高了负荷的对大电网扰动的抗干扰能力。 Fig 1 微电网的配置 当大电网出现故障时，在半个周期内STS打开来断开微电网和大电网之间的连接，那么这
基于虚拟同步发电机思想的微电网逆变电源控制策略 作者：丁明， 杨向真， 苏建徽， DING Ming， YANG Xiangzhen， SU Jianhui 作者单位：合肥工业大学教育部光伏系统工程研究中心,安徽省合肥市,230009 刊名： 电力系统自动化 英文刊名：AUTOMATION OF ELECTRIC POWER SYSTEMS 年，卷(期)：2009,33(8) 被引用次数：12次 参考文献(14条) https://www.doczj.com/doc/c112709504.html,SSETTER R;AKHIL A;MARNAY C Integration of distributed energy resources.,the CERTS microgrid concept 2008 2.FIRESTONE R;MARNAY C Energy manager design for microgrids 2008 3.WANG Zhutian;HUANG Xinhong;JIANG Jin Design and implementation of a control system for a microgrid involving a fuel cell power module 2007 4.KATIRAEI F;IRAVANI R;HATZIARGYRIOU N Microgrids management 2008(03) 5.KROPOSKI B;LASSETER R;ISE T Making microgrids work 2008(03) 6.BARSALI S;CERAOLO M;PELACCHI P Control techniques of dispersed generators to improve the continuity of electricity 2002 7.LOPES J A P;MOREIRA C L;MADUREIRA A G Defining control strategies for microgrids islanded operation[外文期刊] 2006(02) 8.CONTI S;GRECO A M;MESSINA N Generators control systems in intentionally islanded MV microgrids 2008 9.LOPES J A P;MOREIRA C L;MADUREIRA A G Control strategies for microgrids emergency operation 2005 10.何仰赞;温增银电力系统分析 2002 11.李光琦电力系统暂态分析 1995 12.王兆安;黄俊电力电子技术 2005 13.刘维烈电力系统调频与自动发电控制 2006 14.孙莹;王葵电力系统自动化 2004 引证文献(12条) 1.时珊珊.鲁宗相.闵勇.王阳无差调频过程中微电源功率分配策略设计[期刊论文]-电力系统自动化 2011(19) 2.杨浩.牛强.吴迎霞.罗建.张磊.江宇飞负荷中心含微电网的小干扰电压稳定性分析[期刊论文]-电力系统保护与控制 2010(18) 3.郑竞宏.王燕廷.李兴旺.王忠军.王小宇.朱守真微电网平滑切换控制方法及策略[期刊论文]-电力系统自动化2011(18) 4.余宏桥.陈水明微电网中合闸空载电缆时的过电压[期刊论文]-电力系统自动化 2010(6) 5.陈卫民.汪伟.蔡慧一种智能型光伏发电逆变器设计[期刊论文]-中国计量学院学报 2009(4) 6.时珊珊.鲁宗相.闵勇.王阳微电网孤网运行时的频率特性分析[期刊论文]-电力系统自动化 2011(9) 7.苏建徽.汪长亮基于虚拟同步发电机的微电网逆变器[期刊论文]-电工电能新技术 2010(3) 8.彭铖.刘建华.潘莉丽基于虚拟同步电机原理的微网逆变器控制及其仿真分析[期刊论文]-电力科学与技术学报
微电网控制与保护学习心得 摘要：本文介绍了文献查阅后总结的微电网的基本知识和微电网控制与保护相关的一些问题。微电网的出现协调了大电网与分布式电源的矛盾，对大电网表现为单一的受控单元，对用户则表现为可定制的电源，可以提高本地供电可靠性，降低馈线损耗。但是目前我国微电网的发展尚处于起步阶段，还有很多问题有待研究。微电网的保护和控制问题是目前分布式发电供能系统广泛应用的主要技术瓶颈之一。微电网的保护既要克服微电网接入对传统配电系统保护带来的影响，又要满足含微网配电系统对保护提出的新要求，这方面的研究是保证分布式发电供能系统可靠运行的关键。文中提出了一些现有的文献中提及的微电网继电保护方法和保护方案。 关键词：微电网；控制；保护；分布式发电 Abstracts：This article describes the literature review after the conclusion of the basics of micro grid and micro grid control and protection-related problems. The emergence of micro-coordination of a large power grid and distributed power conflicts, the performance of a single large power controlled unit, users can customize the performance of the power supply, can improve local supply reliability and reduce feeder loss. But at present, the development of micro-grid is still in its infancy, there are many problems to be studied. Microgrid protection and control of distributed power generation is widely used for energy systems one of the main technical bottlenecks. Microgrid protection is necessary to overcome the Microgrid access to protect the traditional distribution system impact, but also to meet with micro network distribution system to protect the new requirements, this research is to ensure that distributed generation energy supply system reliable operation of the key. This paper presents some of the existing literature mentioned methods and microgrid relay protection scheme. Key Words：Microgrid; Control; Protection; Distributed Power Generation 一、微电网基本知识 当前电力系统已成为集中发电、远距离高压输电的大型互联网络系统。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现，如运行难度大、难以满足用户越来越高的可靠性及多样化用电需求等。近年来世界范围内的大面积停电事故，充分暴露了大电网的脆弱性。鉴于上述问题，国内外学者开始广泛研究分布式发电技术。分布式发电是指直接布置在配电网或分布在负荷附近的发电设施，能够经济、高效、可靠地发电。分布式电源位置灵活、分散，能与大电网互为备用，在一定程度上分担了输电网从电厂向用户远距离和大功率输电的功能。经过20 多年的发展，分布式发电已成为一股影响电力工业未来面貌的重要力量。 1) 应对全球能源危机的需要。随着国际油价的不断飙升，能源安全问题日益突出，为了实现可持续发展，人们的目光转向了可再生能源，因此，风力发电、太阳能发电等备受关注，快速发展并开始规模化商业应用，而这些可再生能源的发电大都是小型的、星罗棋布的。 2) 保护环境的需要。CO2 排放引起的全球气候变暖问题，已引起各国政府的高度重视，并成为当今世界政治的核心议题之一。为保护环境，世界上工业发达国家纷纷立法，扶持可再生能源发电以及其他清洁发电技术(如热电联产微型燃气轮机) ，有利地推动了DG的发展。 3) 天然气发电技术的发展。对于天然气发电来说，机组容量并不明显影响机组的效率，并且天然气输送成本远远低于电力的传输，因此比较适合采用有小容量特点的DG。 4) 避免投资风险。由于难以准确地预测远期的电力需求增长情况，为规避风险，电力公司往往不愿意投资大型的发电厂以及长距离超高压输电线路。此外，高压线路走廊的选择也比较困难。这都促使电力公司选择一些投资小、见效快的DG项目来就地解决供电问题。 尽管分布式电源优点突出，但分布式电源相对于大电网来说是一个不可控电源，大电网也往往限制或隔离分布式电源。为了协调大电网与分布式电源的矛盾，学者又提出了微电网的概念。
微电网运行控制技术
国网电力科学研究院 2011.07.13
吴福保 (wufubao@https://www.doczj.com/doc/c112709504.html,)
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报 告 内 容
n 微电网的起源/定义/特征 微电网的起源/定义/ n 微电网系统的典型结构 n 微电网监控系统体系架构 n 微电网运行控制与模式切换 n 国网电科院微电网相关工作 n 国外微电网试点工程介绍
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1. 微电网的起源、概念、特征
1.1 微电网的起源
n 大量位置分散、形式多样、特性各异的分布式电源(DR)
简单并网运行对电网和用户造成的冲击。
u 电能质量问题 u 间歇性分布式发电（DG）控制困难 u 安全保护……
风力发电
建筑光伏
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1. 微电网的起源、概念、特征
1.1 微电网的起源
n 微电网作为分布式电源
接入电网的一种组织形 式具有积极的作用
u 实现多类型分布式电源
的协调控制
u 提高供电可靠性，满足
特定用户的供电服务要 求 源简单并网对电网的不 利影响……
u 减小高渗透率分布式电
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龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/c112709504.html, 微电网并网控制与保护论述 作者：杨浩亮秦立军 来源：《中国科技博览》2013年第24期 摘要：介绍了微电网概述及其发展现状，并对其控制和保护方面进行了分析。 关键词：微电网；控制；保护 中图分类号：TM77 0引言 微电网从系统来看，是将发电机、负荷、储能装置及控制装置等结合，形成一个单一可控的单元，同时向用户供给电能和热能。与传统集中式能源供电系统相比，微电网接近负荷，可以减少线损，节省输配电建设投资和运行费用；微电网有以下几方面特点，首先由于分布式电源的灵活性可就地供电，解决了电力系统输配电中存在的一些问题提高了供电可靠性。其次，微电网中电源包括风力发电机、光伏电池、小型燃气轮机以及超级电容等，随着微网的运用有利于可再生能源在我国的发展。再次，微电网采取电能在靠近用户的地方生产并直接为用户供电的方式能够有效减少对集中式大型发电厂电力生产的依赖以及远距离电能传输、多级变送的损耗，从而延缓电网投资，降低网损有利于建设节约型社会。微电网的特点适应中国电力发展的需求与方向，在中国有着广阔的发展前景。但是微网接入大电网还存在很多问题，如分布式电源供电的可靠性、电能质量和供电效率等问题，为了保证稳定、可靠的系统运行，需要对接入电网的微源发电系统进行有效的控制是解决问题的有效方法之一。 欧盟把微网定义为：“充分利用一次能源，将小的、模块化的分布式电源互联，能实现冷、热、电联供，配有储能装置，连接到低压配电网的系统”。光伏、燃料电池和微型燃气轮机通过电力电子接口连接到微网，小的风力发电机直接连接到微网，中心储能单元被安装在交流母线侧。美国电气可靠性技术解决方案联合会（CERTS）和威斯康辛大学定义微网为：“微网是一个由负载和分布式电源组成的独立可控系统，对当地提供电能和热能”。采用微型燃气轮机和燃料电池作为主要的电源，储能装置连接在直流侧与分布式电源一起作为一个整体通过电力电子接口连接到微网。其控制方案相关研究重点是分布式电源的“即插即用”式控制方法。到目前为止，他们不允许微网向大电网供电。日本没有明确给出微网定义，但是在发展微网展示平台方面做出了重要贡献。 2微电网控制与保护的研究 2.1控制 微网运行有三种状态：并网运行、孤岛运行、并网运行和孤岛运行之间转换的过渡过 程。为保证微网安全有效的运行，在微网结构和负荷发生变化时仍能发挥最大效能，对微网的
第一章引言 随着电力需求的不断增长，集中式大电网存在一些弊端：成本高，运行难度大，难以满足越来越高的安全性和可靠性要求，尤其是近几年来世界范围内接连几次发生大面积停电事故以后，大电网的脆弱性充分暴露出来，国际上的专家得出一个结论——发展分布式电源比通过改造电网来加强更加简洁、快捷。分布式发电具有污染少，能源利用率高、安装地点灵活等优点，与集中式发电相比，节省了输配电资源和运行费用，减少了集中输电的线路损耗。随着分布式发电渗透率的增加，其本身存在的问题也凸显出来，分布式电源单机接入成本高、控制困难。一方面，分布式电源相对大电网来说是一个不可控源，在分布式电源并网标准中规定：当电力系统发生故障时，分布式电源必须马上退出运行，这就大大限制了分布式能源效能的充分发挥；另一方面，目前配电系统所具有的无源辐射状运行结构以及能量流动的单向、单路径特征，使得分布式发电必须以负荷形式并入和运行，即发电量必须小于安装地用户负荷，导致分布式发电能力在结构上受到很大限制。 随着新型技术的应用，尤其是电力电子接口和现代控制理论的发展，微电网的概念出现了。微电网充分发挥了分布式发电的优势、消除分布式发电对电网的冲击和负面影响，是一种新的分布式能源组织方式和结构。微电网将额定功率为几十千瓦的发电单元——微源（MS）、负荷、储能装置及控制装置等结合，形成一个可控单一的单元，同时向用户提供电能和热能。总之，对于电力企业，微电网可视为一个简单的可调度负荷，可以在数秒内做出响应以满足传输系统的需要；对于用户，微电网可以作为一个可定制的电源，以满足用户多样化的需求。 由于世界各国发展微电网的侧重点不同，所以对微电网的定义也有所差别。以（CERTS）为例，微电网是一种由负荷和微型电源共同组成的系统，它可同时提供电能和热量；微电网内部的电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必需的控制；微电网相对于外部大电网表现为单一的受控单元，并同时满足用户对电能质量和供电安全等要求。欧洲、美国及日本等发达国家都已经完成微电网的基础理论研究，初步建立了分布式能源和微电网的模型和试验工程:美国多兰技术中心微电网试验平台，日本青森县微电网示范工程等，我国对微电网研究尚处于起步阶段，国内一些知名大学展开了对微电网的研究，如，清华大学和辽宁高科能源集团合作，在国内率先将微电网应用到实际工程中。
XX大学 本科学位论文题目：微电网协调运行控制策略 摘要
本文主要通过进行了理论研究、仿真平台搭建，研究微电网综合协调控制策略，，仿真结果分析，为后续微电网的深入研究奠定了基础。 本文设计了PQ 控制器、基于下垂特性的V/f 控制器，并对逆变器输出滤波器进行了设计。同时，针对PI 控制器的不足，利用模型预测控制方法设计了微网中分布式微电源逆变器的PQ 模型预测控制策略和基于下垂特性的V/f 模型预测控制策略， 并在MATLAB/Simulink 中建立了仿真模型，对单个微电源分别采用PI 控制和MPC 控制时的不同场景进行了分析，证明了MPC 控制器的效果。 最后，建立了微电网的模型，用风力发电机组、光伏以及蓄电池三种微电源的模型代替直流电压源，并设计相应的控制策略，在MATLAB/Simulink 中，搭建了整个系统的模型，分别在风机和光伏阵列出口处配置蓄电池，用于平抑并网功率并在孤岛下提高电压和频率支撑，仿真结果验证了控制策略的可行性。 关键词：微电网；综合协调控制；风光储；逆变器；模型预测控制
Study on the Coordination Control Strategy of Wind-Solar-Storage Micro-grid Abstract This paper mainly studies the micro-grid integrated and coordinated control strategies, and, by theoretically analyzing, simulation platform construction, and simulation results analyzing, laid the foundations for subsequent in-depth study of micro-grid. In this paper, a PQ controller, a V/f controller based on droop characteristic and the inverter output filter has been designed. Meanwhile, considering PI controller’s insufficiency, the Model Predictive Control strategy was used to design the converter’s PQ model predictive control strategy and V/f model predictive control strategy based on droop characteristics, and the simulation model was established in MATLAB/Simulink. Then, by simulating a single micro-source respectively using PI controller and MPC controller in different scenes and by afterward analyzing and comparing, the effectiveness of MPC controllers was proved. After single micro-source’s integrating strategy research, the model of micro-grid with multiple micro-sources was built, and through the simulating and analyzing under 3 conditions: the micro-grid operation mode switching, cutting or adding load in island mode, cutting a micro-source in island mode, it is found that the micro-source MPC controller designed in this thesis achieved a sound power control behavior under the aforementioned three conditions. Meanwhile, both the micro-grid’s voltage and frequency were within the required range of the system, which proves the effectiveness of control strategies. Last, the wind-solar-storage micro-grid model was built, which used a wind power generation system, a photovoltaic cell and a storage battery to replace DC voltage sources, along with the design of corresponding control strategies. The whole model of the system was then built in MATLAB/Simulink, in which a storage battery was placed respectively in the outlet of wind power generation system and the export of PV array column, for stabilizing grid power and offer voltage and frequency support in island mode. The simulation results validated the feasibility of the control strategies. Key Words: Micro-grid；Integrated coordination control；Wind-Solar-Storage；Converter；Model Predictive Control
微电网介绍 一、定义 微电网（Micro-Grid）：由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。微电网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。 微电网是相对传统大电网的一个概念，多个分布式电源及其相关负载按照一定的拓扑结构组成的网络，并通过静态开关关联至常规电网。开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，是传统电网向智能电网过渡。 分布式能源(DER)：一般定义为包括分布式发电(DG)、储能装置(ES)和与公共电网相连的系统。其中DG是指满足终端用户的特殊需求，接在用户侧的小型发电系统，主要有内燃机，微型燃气轮机、燃料电池、太阳能、风能等发电； 二、微电网的结构
三、微电网的架构 微电网的体系结构一般采用国际上比较成熟的三层结构(许继的示范工程也是如此)：配电网调度层、微电网集中控制层、分布式电源和负荷就地控制层。 四、微电网的两种运行模式 微电网存在两种典型的运行模式：正常情况下微电网与常规配电网并网运行，称为联网模式;当检测到电网故障或电能质量不满足要求时，微电网将及时与电网断开而独立运行，称为孤岛模式。两者之间的切换必须平滑而快速。微电网相对于外部大电网表现为单一的受控单元，并可同时满足用户对电能质量和供电安全等方面的要求。微电网内部的电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必要的控制。
（1）并网运行：微电网与公用大电网相连，微网断路器闭合，与主网配电系统进行电能交换。光伏系统并网发电。储能系统可进行并网模式下的充电与放电操作。并网运行时可通过控制装置转换到离网运行模式。 （2）离网运行：也称孤岛运行，是指在电网故障或计划需要时，与主网配电系统断开，由DG、储能装置和负荷构成的运行方式。储能变流器PCS工作于离网运行模式为微网负荷继续供电，光伏系统因母线恢复供电而继续发电，储能系统通常只向负载供电。
微电网控制策略研究Last revision on 21 December 2020
微电网控制策略研究1.分布式电源及其等效模型 1.1分布式电源的定义 国际上关于分布式发电的定义较多，没有形成对分布式发电的统一定义，不仅不同国家和组织，甚至是同一国家的不同地区对分布式发电的理解和定义都不尽相同，以下是几种比较有代表性的：（1）国际能源署对分布式发电的定义为：服务于当地用户或当地电网的发电站，包括内燃机、小型或微型燃气轮机、燃料电池和光伏发电技术，以及能够进行能量控制及需求侧管理的能源综合利用系统；（2）美国《公共事业管理政策法》对分布式发电的定义为：小规模、分散布置在用户附近，可独立运行、也可以联网运行的发电系统；（3）丹麦对分布式发电的定义为：靠近用户，不连接到高压输电网，装机规模小于10MW的能源系统；（4）德国对分布式发电的定义为：位于用户附近，接入中低压配电网的电源。接入电压等级限制为20kV，主要包括光伏、风电和小水电；（5）法国对分布式发电的定义为：接入低压配电网，直接向用户供电的电源。接入电压等级限制为20kV，容量限制为10MW，主要是热电联产、小水电和柴油机。综合以上几种定义的共同点，可以认为分布式电源指的是以新能源发电为主，容量较小且靠近负荷中心的发电设备，如小型风力发电机和光伏电池等。 目前，微电网示范工程中的分布式电源主要包括柴油机、微型燃气轮机、小型水力发电机、小型风机、燃料电池和光伏电池，此外，还有少数的生物柴油机、液流电池、超级电容、飞轮储能等。
1.2分布式电源的并网方式 虽然各种分布式电源都可以接入微电网为负荷供电，但由于它们自身的一下特点和微电网对电能质量及供电可靠性的要求，各类分布式电源的并网方式不尽相同。小型水力发电机、鼠笼型异步风机和柴油机等小型常规发电机输出稳定，可直接并网。光伏电池、燃料电池和直流风机等直流分布式电源输出直流电，通常需要经逆变器接入交流微电网，这种并网方式称为直—交式并网。微型燃气轮机和同步风力发电机输出幅值频率变化的交流电电气量,需要整流逆变后才能并网，这种并网方式称为交—直—交并网，对应的分布式电源统称交直
微电网运行控制策略 截至目前，国内已开展微电网试点工程30个，既有安装在海岛孤网运行的微电网，也有与配电网并网运行的微电网。“十三五”期间，我国将在太阳能、风能占优势的地区建设微电网示范区，还将推动建设100座新能源示范城市。为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，一些新的微电网技术需求有待进一步研究。 微电网研究领域，最为关键的技术是微电网的运行控制，微电网控制的基本要求是：任一微电网的接入，不对既有微电网系统造成明显影响；能协调微电网的发电与负荷，自主选择运行点；能稳定的在并网和孤岛两种模式下运行，并在两种模式间平滑切换；可以对有功、无功进行独立控制，具有自主校正电压跌落和系统不平衡的能力。 微电网控制功能基本要求是新的微电源接入时不改变原有设备，微电网解、并列时是快速无缝的，无功功率、有功功率要能独立进行控制，电压暂降和系统不平衡可以校正，要能适应微电网中负荷的动态需求。微电网控制功能如下： （1）基本的有功和无功功率控制 由于微电源大多为电力电子型的，有功功率和无功功率的控制、调节科分别进行，可通过调节逆变器的电压幅值来控制无功功率，调节逆变器电压和网络电压的相角来控制用功功率。 （2）基于调差的电压调节 在有大量微电源接入是用P-Q控制是不适宜的，若不进行就地电压控制，就坑内产生电压或无功振荡。而电压控制要保证不会产生电源间的无功环流。在大电网中，由于电源间的阻抗相对较大，不会出现这种情况。
微电网中只要电压整定值有小的误差，就可能产生大的无功环流，使微电源的电压值超标。要根据微电源所发电流是容性还是感性来决定电压的整定值，发容性电流时电压整定值要降低，发感性电流时电压整定值要升高。 （3）快速负荷跟踪和储能 在大电网中，当一个新的负荷接入时最初的能量平衡依赖于系统的惯性，主要为大型发电机是惯性，此时仅系统频率略微降低而已。由于微电网中发电及的惯量较小，有些电源是响应时间常数又很长，因此当微电网与主网解列成孤岛运行时，必须提供蓄电池、超级电容器、飞轮等储能设备，相当于增加一些系统的惯性，才能维持电网的正常运行。 （4）频率调差控制 在微电网成孤岛运行时，要采取频率调差控制，改变各台机组承担负荷比例，已使各自出力在调节中按一定的比例且都不超标。 储能系统是微电网中的一种特殊微电源。储能系统由储能单元和双向变流器构成，在联网运行时，储能系统能够存储能量；在孤岛运行时，储能系统起着加快切换时间，改善电能质量和平衡多种电源间响应时间不一致的弊端的重要作用。
微电网技术研究现状 国 海1、2;苏建徽1;张国荣1 (1.合肥工业大学电气与自动化工程学院,安徽合肥 230009;2.安徽科技学院,安徽凤阳 233100)摘 要:首先阐释了微网的概念、结构及特点,然后对当前美国、欧盟和日本等国的微网研究现状进行了介绍,并介绍了微网运行方式,最后着重探讨了现阶段微电网研究中的关健问题和相关研究现状。 关键词:微网;DG;分布式发电;电网 Abstrac t:F irstly,t he concept,t he structure and t he character i stics o fm i crogr i d are presented.T hen,the presen t deve lop m ent o f m icrog rid in the U nited States,Europe and Japan is i ntroduced as w ell as t he operati on m odes ofm icrog ri d.A t last,t he key prob l em s and the research cond itions related to m i crog rid are d i scussed e m phaticall y. K ey word s:m icrog rid DG;distri buted gene ra tion;pow er g ri d 中图分类号:TM711 文献标识码:A 文章编号:1003-6954(2009)02-0001-06 1 微网的概况 1.1 微网产生的背景 随着国民经济的发展,电力需求迅速增长,电网规模不断扩大,超大规模电力系统的弊端也日益凸现,成本高,运行难度大,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。尤其在近年来世界范围内接连发生几次大面积停电事故[1], 2008年年初中国南方冰灾还是在汶川震灾期间,中国电网都发生了大面积的停电[2],电网的脆弱性充分暴露了出来。 分布式发电可以提供传统的电力系统无可比拟的可靠性和经济性,具有污染少、可靠性高、能源利用效率高,同时分布式电源位置灵活、分散的特点极好地适应了分散电力需求和资源分布,延缓了输、配电网升级换代所需的巨额投资,它与大电网互为备用也使供电可靠性得以改善[3]。欧美等发达国家已开始广泛研究能源多样化的、高效和经济的分布式发电系统,并取得了突破性进展[4]。 尽管分布式电源优点突出,但本身存在诸多问题,如分布式电源单机接入成本高、控制困难等。另外,为减小分布式电源对大电网的冲击,大系统往往采取限制、隔离的方式来处置分布式电源,当电力系统发生故障时,分布式能源必须马上退出运行。这就大大限制了分布式能源的充分发挥,也间接限制了基金项目:国家自然科学基金资助项目(50777015)对新能源的利用[5]。 为了降低DG带来的不利影响,同时发挥DG积极的辅助作用,一个较好的解决方法就是把DG和负荷一起作为配电子系统 微网(M icrogri d)[6~8]。 1.2 微网的概念 从1999年开始,美国电力可靠性技术解决方案协会(consorti u m for e lectric reliab ility technology so l u tions,CERTS)首次对微电网在可靠性、经济性及其对环境的影响等方面进行了研究。到2002年, CERTS从结构、控制、经济等方面系统全面介绍了微网的概念[6]:微电网是一种由负荷和微型电源共同组成的系统,它可同时提供电能和热量;微电网内部的电源主要由电力电子器件负责能量的转换,并提供必要的控制;微电网相对于外部大电网表现为单一的受控单元,并可同时满足用户对电能质量和供电安全等方面的要求。 1.3 微网的结构 微网的基本结构如图1所示,微网中包含有多个DG和储能系统,联合向负荷供电,整个微网对外是一个整体,通过断路器与上级电网相联。微网中DG 可以是多种能源形式(光电、风电、微型燃气轮机等),还可以以热电联产(co m b i n ed heat and po w er, C H P)或冷热电联产(co m b i n ed co ld heat and po w er, CC H P)形式存在,就地向用户提供热能,提高DG利用效率。 在图1中微网有A、B、C三条馈线,其中A、C馈线中含有重要负荷,安装有多个DG,馈线B为非重 1