微电网研究综述

0 引言

随着煤、石油等化石燃料的日益减少，全球能源、环境问题逐渐凸显，而风能、太阳能等新能源具有资源丰富、可再生、环保的特点，世界各国都非常重视风能、太阳能等新能源的开发和利用。

近年来，全球风电装机容量、光伏发电装机保持每年20%、25%的增速;我国风电装机容量、光伏发电装机保持每年40%、50%的增速;我省风电装机容量、光伏发电装机保持每年30%、35%的增速;世界各国对风能、太阳能、生物能等可再生能源的利用促进了分布式电源的快速发展，使分布式发电技术应运而生。

分布式发电是指将相对小型的发电装置分散布置在用户现场或用户附近的发电方式。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，减少了输、配电网升级换代所需的巨额投资，同时它与大电网互为备用也使供电可靠性得以改善。但也存在诸多问题，例如：分布式电源单机接入成本高、控制困难等。特别是分布式电源相对大电网是不可控源，使得电网往往采取限制、隔离的方式来处置分布式电源以减小其对大电网的冲击。

1 微电网的概念

为协调大电网与分布式电源间的矛盾，充分挖掘分布式电源的价值和效益，在本世纪初学者们提出了微电网的概念。微电网将发电机、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，向用户供给电能。微电网中的电源多为分布式电源，包括风力发电机、光伏发电以及微型燃气轮机及燃料电池 、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、低电压和低污染的特点。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。微电网具有双重角色，可以被控制为一个简单的可调度负荷，也可以作为一个可定制的电源以满足用户多样化的需求。微电网在接入电力系统时，入网标准只针对微电网与大电网的公共连接点，而不针对各个具体的微电源。因此，微电网可以充分发挥了分布式电源的各项优势，也为用户带来了多方面的效益。微电网是大电网的有利补充，可以经济有效地解决偏远地区的供电，避免单一供电模式造成的地区电网薄弱和大面积停电事故，提高供电系统的安全性、灵活性和可靠性，可以实现节能减排，是能源发展的方向。

2 微电网的研究

近三年来，围绕《含分布式电源的微电网运行与优化控制的合作研究》重大课题，致力于分布式发电、微电网运行、电力变换器控制、电力电子在电力系统中的应用、新能源并网与利用等相关领域项目的研究与合作，“风光发电控制与智能电网山西省科技创新团队”成员已在双向dc\dc、双向ac\dc、光伏逆变器等方面做了大量深入研究，并取得显著成果，可为交直流混合微电网中各类微电源、储能系统等的协调运行、光伏及风力发电并网以及电动车充放电控制等提供理论和技术支持。

a) 最早在国际上提出“交直流混合微电网”的概念、模型与结构。交直流混合微电网将交流配电网和直流配电网通过功率变换器相连接，不仅保留了交直流电网的优势，同时减少了多重交直流变换造成的能耗和电器设备中的多余电力电子转换器件。主要针对交直流混合微电网的结构、各微电源及储能装置的协调控制、微网结构中电力电子的拓扑结构做了大量研究。提出一种适用于交直流母线间功率变换器的下垂控制方式，可以实现交直流配电网功率自动调节，保证微电网功率平衡;提出新的电力电子拓扑结构，优化了微电源和储能装置功率出力及功率流向的无缝切换;

b) 针对微电网系统的集成做了大量研究，包括新能源发电(如风电、光伏等)并网，及电动汽车的充放电控制。主要有以下几方面研究重点：综合考虑多维风速影响因素，建立风速模型并进行风速预测，同时监测分析风力发电并网点的电能质量;分析评估新能源发电高渗透率情况下的系统运行可靠性和能源利用效率;提出一项新指标，用于评估风速骤升或缓降时风力发电系统的剩余电能;

c) 针对微电网系统中配电网可靠性的分析取得了显著的研究成果。主要研究有：针对新能源发电的不确定性和间歇性，提出了新的电力系统和微电网运行可靠性模型; 为了减少新能源并网引起的频率和电压的变化，提出了微电网中储能系统的优化设计方法;提出针对大型风电场进行四维风功率预测的模型和方法，提高电力调度计划的准确性，从而提高系统的可靠性和稳定性;建立融合风电和传统发电系统的发电模型，当系统负荷和发电量同时变化时，采用新算法减小可靠性分析运算量;针对系统无功功率源故障引起的无电压变化进行研究，并提出无功功率缺失对系统可靠性影响的相关指标;针对风机故障时对下游风速及风电场出力的影响，结合地形和风机可靠性，对风电场发电进行可靠性评估，并采用二次插值法计算风机最佳位置，保证风电场最大出力;

d) 针对微电网中存在的电压质量问题，提出了基于光蓄发电单元的动态电压恢复器(dynamic voltage restorer, dvr)。dvr以光蓄发电单元为储能单元，通过整流器串联接入到低压配电网与微电网公共连接处。提出了dvr的动态电压恢复方式、不间断供电方式和微电源方式的3种运行模式。通过对系统开关信号进行合理控制，实现3种模式的有效切换，提高dvr设备的利用率。dvr的动态电压恢复方式可有效抑制电压暂降或骤升，改善微电网电压质量;不间断供电方式可提高对负荷的供电可靠性;微电源方式可以减少主网的电能供给，实现节能减排。

3 结语

微电网能有效降低或消除分布式电源直接接入大电网所产生的负面影响，为新能源及可再生能源并网发电的规模化应用提供了新的途径。微电网技术在我国已经兴起，顺应了我国大力开展可再生能源发电，社会可持续发展的要求，因此对其进行深入研究具有重大意义，将促进山西省风电、光电产业健康、持续发展。