电力系统运行及调度自动化作业：
问题：分析图1微电网的运行过程 2号18kw 1号25kw 8号
170kw 7号50kw 6号15kw 5号28kw 4号41kw 3号15kw DC/AC
20KW
DC/AC
20KW
光伏（D ）
21KW 负荷1420KW 汇流柜
逆118kw 逆218kw 37kw 光伏逆518kw 逆418kw 逆318kw 47kw 光伏逆610kw 2kw 光伏汇流柜汇流柜逆710kw 逆818kw 逆1112kw
逆1012kw 逆918kw 69kw 光伏
负11号28.2kw 负12号27kw 负号1333kw 负10号30kw 负9号20kw 逆12100kw 蓄电池
100kw 10kv 交流母线
380v 交流母线
380v 交流母线220v 交流母线负荷pcc1
静态开关
图1：微电网结构图
微电网从系统上来说，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。微电网中的电源多为微电源，亦即含有电力电子界面的小型机组(小于100Kw)，包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池以及超级电容、飞轮、蓄电池等储能装置。它们接在用户侧，具有低成本、低电压、低污染等特点。是能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与大电网并网运行，也可以离网运行。微电网（Micro-Grid ，MG ）很好地解决了DG （DR 或DER ）的缺点，而且在接人问题上．微电网的入网标准只针对微电网与大电网的公共连接点(PCC)，而不针对各个具体的微电源。微电网不仅解决了分布式电源的大规模接入问题，充分发挥了分布式电源的各项优势，还为用户带来了其他多方面的效益。
微电网的运行方式：
微电网的运行分并网运行及离网运行状态。微电网既可与大电网联网运行，也可在电网故障或需要时与主网断开单独运行。
微电网的并网运行：
微电网并网运行时，其主要功能是实现经济优化调度、配电网联合调度、自动化电压无功控制、间歇性分布式发电预测、负荷预测、交换功率预测。流程图如图2所示：
微电网并网运行期间
负荷预测、发电预测、交
换功率预测
电压、功率因数超限
是否存在配电调度曲线
自动电压无功控制实现定交换功率控制经济优化调度否
否
是是
图2 微电网并网运行
在并网运行时，由外部电网提供负荷功率缺额或者吸收DG 发出多余的电能，达到运行电能平衡。在并网运行时，要进行优化协调控制，控制目标是使全系统能源利用效率最大化，即在满足运行约束条件下，最大限度利用DG 发电，保证整个微电网的经济性。
图1分析：
微电网并网运行时，由大电网提供刚性的电压和频率支撑。通常情况下不需要对微电网进行专门的控制。在某些情况下，微电网与大电网的交换功率是根据大电网给定的计划值来确定的，此时需要对流过PCC1的功率进行监控。实际交换功率与计划值的偏差功率计算方式如下：
()()()t t t
PCC plan P P P ?=-。
当交换功率与大电网给定的计划值偏差过大时，需要有微电网控制中心（MGCC)切除微电网内部或发电机，或者通过恢复先前被MGCC 切除的负荷或发电机将交换功率 调整到计划值附近。 此处对图1的分析不考虑大电网给定的计划值，当PCC1闭合时，分布式电源发电最大化，总共能发电（37+47+2+69+21)KW=176Kw 。静态开关右边的总负荷为（20+20+30+28.2+27+33）KW=158.2Kw 。此时运行方式为蓄电池充满电为100Kw 。此时分布式电源总发电为176Kw ，除了满足静态开关右边的总负荷158.2Kw ，剩余的17.8Kw 传送到主电网，实现微电网的经济运行。 微电网并离网（孤岛）切换：
1）“有缝”并网转离网切换
由于PCC 断路器动作时间较长，并网转离网过程中会出现电源短时间的消失，也就是所谓的“有缝切换”。在外部电网故障、外部停电，检测到并网母线电压、频率超出正常范围，或接受到上层能量管理系统发出的计划孤岛命令时，快速断开PCC 断路器，并切除多余负荷（也可以根据实际情况切除多余分布式发电），启动主控电源控制模式切换。由P /Q 模式切换为U /f 模式，以恒频恒压输出，保持微电网电压和频率的稳定。在此过程中，DG 的孤岛保护动作，退出运行。主控电源启动离网运行恢复重要负荷供电后，DG 将自动并入系统运行。为了防止所有DG 同时启动对离网系统造成巨大冲击，各DG 启动应错开，并且由MGCC 控制启动后的DG 逐步增加出力直到其最大出力，在逐步增加DG 出力的过程中，逐步投入被切除的负荷，直到负荷或DG 出力不可调，发电和用电在离网期间达到新的平衡。如图3为“有缝”并网转离网切换流程图。
图3“有缝”并网转离网切换流程图
（2）“无缝”并网转离网切换
对供电可靠性有更高要求的微电网，可采用无缝切换方式。无缝切换方式需要采用大功率固态开关（导通或关断时间为10ms）来弥补机械断路器开断较慢的缺点，同时需要优化微电网的结构。如图4所示，将重要负荷、适量的DG、主控电源连接于一段母线，该母线通过一个静态开关连接于微电网总母线中，形成一个离网瞬间可以实现能量平衡的子供电区域。其他的非重要负荷直接通过公共连接点断路器与主网连接。
图4 采用静态开关的微电网结构
图1分析：
大电网的电能供应突然中止，微电网内一般存在较大的有功功率缺额。在微电网离网瞬间，如果存在功率缺额，则需要立即切除全部或部分非重要的负荷、调整储能装置出力，甚至切除小部分重要的负荷；如果存在功率盈余，则需要迅速减少储能装置的出力，甚至切除一部分分布式电源。这样使微电网快速达到新的功率平衡状态。
由图1可知该微电网采用的是“无缝”并网转离网切换。当断开PCC1时，静态开关断开，从而把1号—8号非重要的负荷断开，在储能装置（蓄电池100Kw）出力为0的情况下，如果各分布式电源仍是发电176Kw，则发电有盈余，需切去一部分的分布式电源来减少DG的发电量。如果各分布式的总发电量小于158.2Kw则需切除一些部分非重要或一小部分重要的负荷，从而保证静态开关右边的重要负荷能够稳定运行。这中方式可以提高微电网供电可靠性。
微电网离网（孤岛）运行：
1）稳态恒频恒压控制
独立微电网稳态运行时，负荷变化不大，柴油发电机组发电及各DG发电与负荷用电处于稳态平衡，电压、电流、功率等持续在某一平均值附近变化或变化很小。由稳态能量管理系统采用稳态恒频恒压控制使储能平滑DG出力。实时监视分析系统当前的电压U、频率f、功率P。若负荷变化不大，U、f、P 在正常范围内，检查各DG 发电状况，对储能进行充放电控制，其流程图如图5 所示。
图5稳态恒频恒压控制流程图
图1分析：
在离网运行时，如果DG发电大于158.2Kw时，说明总发电量有盈余，然后判断蓄电池（100Kw)是否储能到规定上限，如果充电已满，则要限制DG的出力；如果蓄电池（100Kw)未能储能到规定上限，则把发电的多余电能储存起来。如果总发电量低于158.2Kw，说明发电量有缺额，先判断蓄电池（100Kw)的荷电状态，如果没到规定下限，让蓄电池放电，补充缺额部分的电力；如果已经到规定的下限，则要切除部分不重要的负荷。例如，当发电机的总发电量为168Kw时，发电盈余了9.8Kw，先判断蓄电池是否充电完毕，如果充电未完成，则先充电，如果充电完毕，则要限制DG的出力，可以断开逆变器6和限制某一个逆变器来使功率平衡。当发电量有缺额时也是如此。
2）动态切机减载控制
独立微电网系统没有可参与一次调整的调速器、二次调整的调频器，系统因负荷变化造成动态的扰动，不具备进入新的稳定状态并重新保持稳定运行的能力，因此采用动态切机减载控制，由动态稳定控制装置实现独立微电网系统动态稳定控制。如图6所示，各节点的智能终端采集上送各节点量测数据到动态稳定控制装置，动态稳定控制装置实时监视分析系统当前的电压U、频
率f 、功率P 。若负荷变化大，U 、f 、P 超出正常范围内，通过对储能充放电控制、DG 发电控制、负荷控制，达到平滑负荷扰动，实现微电网电压、频率处于动态平衡，其流程图如图6所示。
图6 动态低频减载控制流程
当负荷突然增加，会引起功率缺额、电压降低、频率降低，f 在L B 区域，储能放电，补充功率缺额，若扰动小于30min ，依靠储能补充功率缺额，若扰动大于30min ，为保护储能，切除不重要负荷；f 在L C 区域，频率波动较大，直接切除不重要负荷。U 在L B 区域，通过无功补偿装置增加无功，补充缺额；U 在L C 区域，切除不重要的负荷。
当负荷突然减少，引起功率盈余、电压上升、频率升高，f 在H B 区域，储能充电，多余的电力储存起来，若扰动小于30min ，依靠储能调节功率盈余，若扰动大于30min ，限制DG 出力；f 在H C 区域，直接限制DG 出力。U 在H B 区域，减少无功，调节电压。
例如：孤岛运行期间的某一时刻功率缺额为qe P ，则*qe L L P P P ∑
?=。由式****1L L P K a f ?==?可得出()()()
*010qe L L f f P K P f ∑-=g 。如果在孤岛运行期间的某一时刻，出现系统频率()1f 小于min f ，则需要恢复先前被MGCC 切除的发电机，或者切除微电网内一部分非重要负荷。如果在孤岛运行期间系统频率()1f 大于max f ，则存在较大的功率盈余，需要恢复先前被MGCC 切除的负荷，或者切除一部分分布式电源。
图1分析：
当9号—14号中某负荷有突然投入时，孤岛的微电网会存在缺额，会使电压降低、频率降低，当此缺额造成的扰动小于蓄电池提供的时间时，会依靠储能补充功率缺额。如果大于蓄电池提供的最大时间时，会切除一部分非重要或一小部分重要的负荷。当9号—14号中某负荷有突然投出时，会使电压升高、频率升高，如果蓄电池还没有充满电，先让蓄电池储能。当蓄电池充满电后会限制甚至切断某个DG已达到微电网的稳定运行。同样，当分布式电源发出的电力不能够满足负荷的需求时，也会使电压降低、频率降低，此时会先让蓄电池补充功率缺额，如果在蓄电池到提供的最大时间时还没有解决此扰动，就要切除非重要甚至一些重要的负荷。当电能盈余时和负荷突然投出的处理是一样道理。
总结
本文针对图1微电网运行出现的问题进行分析，涉及了微电网并（离）网控制技术、微电网并离网控制技术。提出了并网转离网切换的“有缝”、“无缝”及相关实现手段，给出了微电网在孤岛运行情况下的稳态恒频恒压控制策略及软件实现流程，微电网动态切机减载控制策略及软件实现流程。并对图1微电网在并网情况下、并网转离网及孤岛情况下的各种情况进行了分析。本文通过对图1微电网的运行状况的分析能够大体上反映出微电网的基本工作原理。