【微电网】_微电网运行与控制第二章-微电网的基本结构及在大电网中的作用

微电网1微电网是什么微电网是智能电网的重要组成部分，是一种小型供电系统，其在某一有限区域内根据负荷需求并采用可控分布式电源向区域负荷供给电能；微电网既可以非自治方式并网运行,也可以自治方式独立运行。

如果网内的微电源能够有效地管理和协调运行，会显著改善整体系统的性能。

2.微电网的基本构成(1)电力管理系统电力管理系统主要负责电力从电源输送到用电设备。

具体功能包括：一是，将电源处各形式的电能转换成符合出所需要的形式，例如使用逆变器将光伏产生的直流电转换成通常负荷所需要的50HZ交流电。

二是，作为储能设备的界面，来使微网内的电力供需达到平衡。

现代微网通常融入了软件和控制系统，例如智能电表，从而实现微网的高效和稳定运行。

(2)储能系统储能系统对微网的重要性不言而喻。

它可以让微网实现内部的电力供需平衡，从而维持电压和频率的稳定。

也可保证用户的用电需求随时能得到满足。

微网系统中常见的储能设备为：电池，燃料电池+电解池，超级电容以及飞轮等。

(3)用电设备微网中用电设备的电力来源是系统中全部的发电和储能设备。

综合考量用电设备是很有必要的，因为它们决定了用电负荷在微网中的位置，相应地也会影响发电装机容量以及对储能系统的要求。

例如，对一个基于分布式光伏发电的微网来说，为手机充电的负荷对系统影响微乎其微，而开启电冰箱这样的有长期稳定的用电设备则对系统管理用电负荷带来了一定的困难。

(4)对外连接微网通常与大电网相连，从而实现之间的电力交换。

这种类型的微电网在校园和医院中十分常见。

此外，电网的发展趋势之一是使用先进的监测和控制系统，将很多个微电网连接起来。

3.微电网的作用(1)就近消纳，提高能源效率。

微电网内部的电来自于天然气、光伏及风电等分布式能源。

在西北之类风光资源充足的地方，修建大型风电场、光伏电站，用户(工业园区、商业区、学校、医院甚至大型的地产项目)在接入小型的风机、光伏、储能、燃气轮机等电源设备时，就能使电能就近消纳，省去了在电网中传输的损耗，提高了能源的使用效率。

微电网基本知识第一章微电网1.1 微电网的前身分布式发电技术（DG）DG的定义：通过在配电网中建立单独的发电单元来对重要用户负荷进行供电，并通过PCC和外界进行能量交换。

DG的特点：（1）提高能量利用率；（2）减少各种碳化物的排放，利于环保；（3）提高电能质量和供电可靠性；（4）可以降低线损；（5）延续电网的不断膨胀。

DG存在的问题：（1）分布式电源单机计入成本高、控制困难等；（2）分布式电源相对大电网来说是一个不可控源，因此大系统往往采取限制、隔离的方式处置分布式电源，以期减小其对大电网的冲击；（3）I EEE P1547对分布式电源的入网标准做了规定：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电源效能的充分发挥。

1.2 微电网的产生针对DG存在的问题，为协调大电网与分布式电源的矛盾充分挖掘分布式能源为电网和用户所带来的价值和效益。

在本世纪初，学者们提出了微电网的概念。

第二章微电网的定义2.1 微电网的定义微网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与大电网并网运行，也可以孤立运行。

微网在实际运行中需要解决的关键问题之一就是控制问题，而微网的硬件平台建设，作为微网控制策略的实现载体，可为微网控制策略研究提供验证平台。

规模较小的分散独立系统，采用大量现代电力技术，将各种微电源，储能设备，直接接在用户侧。

对大电网：微电网被视为电网中的一个可控单元；对用户：满足特定需求，增加本地供电可靠性，降低馈线损耗。

微电网的组成：微电源、储能装置、控制设备、负荷、保护设备。

微电网的结构图：微电源：主要是分布式电源，其主要包括可再生能源发电设备，如太阳能光伏发电、风力发电、燃料电池、微型燃气机和内燃机等。

储能装置：由于微电源的分散性和规模不大特点，也受自然条件制约，另外，微电网系统运行在孤岛模式下需要有储能装置来保证能量平衡。

一、微电网的定义微电网是由分布式发电、负荷、储能、蓄冷(热)及控制装置构成的单一可控的独立发电系统，是分布式能源的有效组织方式。

微电网可以实现自我控制、保护和管理的自治，它具备完整的发、输、配电功能，可依靠自身的控制及管理功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，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。

二、微电网的作用(1)微电网将储能技术和分布式发电结合，解决分布式发电出力波动问题，大大提高分布式电源的有效运行时间和效率；(2)微电网可利用自身的储能进行削峰填谷，在大电网用电紧张时，可避免配电网的拉闸限电，减少大电网的备用容量；(3)在电网故障、灾害等特殊情况下，微电网离网运行可保证供电可靠性，加速大电网的故障恢复；(4)分布式发电与电网接口采用电力电子装置，可灵活地控制发电的有功、无功输出及电压输出，有助于能源的优化利用和电网节能降损。

三、可再生能源发电与微电网在用户侧，可再生能源发电(包括光伏发电、风力发电以及生物质发电等)多采用接入配电网的分布式发电形式，且具有间歇性、随机性的特点，这给电网的规划设计、保护控制与运行管理等带来一系列新问题。

研究和实践已表明，将分布式发电系统以微网的形式接入大电网并网运行，与大电网互为支撑，是发挥分布式发电供能系统效能的最有效方式：一方面，微网的灵活运行模式可有效地将不同类型的分布式电源组合起来，采用冷/热/电联供等技术和理念，提高各类能源的综合利用效率，并降低大量小容量分布式电源接入对电网的影响；另一方面，微网作为大规模互联电网的有效补充，可提高电网的抗灾能力，提高负荷侧的供电可靠性，改善电能质量。

四、微电网中的储能技术微电网对储能装置的性能特点具有较为独特的要求，概括起来包括：(1)能量密度大，能够以较小的体积重量提供较大的能量；(2)功率密度大，能够提供系统功率突变时所需的补偿功率，具有较快的响应速度；(3)储能效率高；(4)高低温性能好，能够适应一些特殊环境；(5)环境友好等。

1 微电网的组成微电网由分布式发电（DG）、负荷、储能装置及控制装置四部分构成，微电网对外是一个整体，通过一个公共连接点（Point of Common Coupling，PCC）与电网连接。

1）分布式发电（DG）：DG可以是以新能源为主的多种能源形式，如光伏发电、风力发电、燃料电池；也可以是以热电联产（Combined Heat and Power，CHP）或冷热电联产（Combined Cooling、Heat and Power,CCHP）形式存在，就地向用户提供热能，提高DG利用效率和灵活性。

2）负荷：负荷包括各种一般负荷和重要负荷。

3）储能装置：储能装置可采用各种储能方式，包括物理储能、化学储能、电磁储能等，用于新能源发电的能量存储、负荷的削峰填谷，微电网的“黑启动”。

4）控制装置：由控制装置构成控制系统，实现分布式发电控制、储能控制、并离网切换控制、微电网实时监控、微电网能量管理等。

2 微电网总体架构微电网电压等级的选取与微电网规模、微电网电源的种类、容量及接入方式、并网点注入电流及运行电压范围等密切相关。

考虑微电网的应用目的，目前微电网的电压等级主要有10kV（20kV）和380V 两种。

由于微电网与配电网存在并网运行模式，其变压器接线形式应与地区配电网相匹配（10/0.4kV通常为D11，yn）。

下面以380V微电网为例对微电网的基本结构进行阐述。

微电网的基本结构如下图所示。

微电网系统由分布式发电系统（DG）、储能装置、滤波补偿装置、智能控制系统和负荷构成。

其中可以包含多个DG和储能装置，这些DG和储能装置联合向负荷供电，整个微电网相对大电网来说是一个整体，通过主隔离设备和大电网相连接。

微电网中DG除可以提供电负荷外，还可以通过热电联产（CHP）或冷热电联产（CCHP）的形式就地向负荷用户供热或制冷，提高能源多级利用的效率。

就电负荷而言，其按性质亦可分为三类：重要负荷、可调节负荷和一般负荷。

微电网——大电网的重要补充-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1微电网———大电网的重要补充曹波（广东韶关乐昌供电公司，广东韶关 512200 ）摘要：微电网与大电网有效结合，能在一定程度上能满足日益增长的能量需求和供电的不间断性，并能应对突发事件。

了解微电网的概念及其主要结构特征，并简要探讨来了发展微电网的重要战略意义和面临的挑战。

关键词：微电网；独立可控；安全性；突发事件众所周知，普通电网一般是由大型发电厂互联成大电网，远距离高压输电，通过多级配电系统到用户。

其优点就是使能源资源丰富的地区发电送往资源少又缺电的发达地区，可充分利用动力资源，发挥各类电厂机组的特点，实现水，火电配合，提高经济性；由于系统容量足够大，机组或电气设备的投切对电压频率等的影响不大，均可在允许变化范围内，提高了电能质量，一般用户负载或一机组的投切对供电无影响，提高供发电可靠性；合理调度可使用机组，提高设配年利用小时数来提高设备利用率等等。

但是其不足也是非常的明显的，随着电网规模的不断扩大，远距离输电线路的输送容量不断增大，负载电网对外来电力的依赖程度也不断提高，并且使得电网运行的稳定性和安全性下降。

超大规模电力系统成本高，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。

近年来世界范围内接连发生几次大面积停电事故，还有我国2008年1月的冰灾和5月的汶川大地震使得大电网的脆弱性充分暴露了出来，冰灾停运的电力线路共36 740条，停运的变电站共2 016座，南方几省的电网几乎崩溃，这不仅给国民经济造成了巨大的损失而且给社会造成了极大的紊乱，如交通出行、居民的生活等。

另外在汶川震灾期间，四川电网发生了大面积的停电事故，这使得本已发生的灾难无疑更加雪上加霜———无电的状态给救援工作带来了巨大的困难。

如果是在战争恐怖活动等非常时期，像大电网的主线路极有可能成为敌人的打击目标，将对国家安全造成极大威胁。

微电网的基本结构和关键技术一、微电网的结构微型电网相对于大电网来说，从某种意义上讲，也可以算是一个孤岛电网，微型电网中，包含有多个分布式电源和储能元件，它通过PCC点和大电网相连，通过系统元器件向大电网负荷供电。

分布式电源DG的种类很多，一般有风力发电、太阳能光伏发电、微型燃料电池、微型燃气轮机等等、小型水电、小型电热联产。

典型的微型电网基本结构为放射状，内含A、B、C三条馈线；三条馈线通过PCC点（静态开关）和配电系统相接；期待实现微电网在孤岛模式和并网模式中稳定、平滑、无缝的转换；以及实现电能的灵活传输。

馈线A、B两个重要的负荷均为敏感电源；馈线C是普通电源也是一个非敏感性的负荷。

图中有太阳能光伏电池、微型燃气轮机及燃料电池3种分布式电源向配电网供电；微电网最强大的地方就在于，当主配网的电能质量下降或不满足使用需求时，例如主配网故障的时候，微电网能孤岛独立运行，继续满足用户的用电需求。

如果微电网自身不能继续保证优质电能，那么可以断开C馈线上的负荷，待故障消除，电能质量恢复后，主断路器重新合闸，继续保证系统过渡回并网模式。

二、微电网的元件（1）微型电源。

微型电网中的微型电源一般是指，安装在微电网内部的分布式电源和储能装置相结合的装置，而在实际中，分布式电源的种类有很多种，其中主要的有：第一，微型燃气轮机。

微型燃气轮机的发电效率很高，可以达到30%，一般以天然气、甲烷、汽油等为燃料；微型燃气轮机的体积小、质量小、效率高，是目前最成熟的分布式电源。

第二，太阳能光伏发电。

太阳能光伏电池是将太阳能转化成电能，十分清洁，毫无疑问是我们发展绿色能源的重要部分，即便现在光纤的制造成本很高，但是其前景依旧非常乐观。

第三，风力发电。

风力发电机分为风力机和发电机，风速作用在风力机上，产生了扭力，驱动轮毂旋转，通过齿轮箱高速轴、刹车和连轴器于异步发电机相连，从而发电运行。

第四，微型燃料电池。

微型燃料电池是利用富含氢元素的燃料和空气中的氧气相结合产生水，氢离子和阳离子的定向移动形成外电流，将化学能转化成为电能。