4.微電網的相關技術

　　微電網是一種新型的網絡結構微電網技術已經成為電力系統發展的前沿技術。

　?。?）微電網的硬件研究

　　微電網的實現需要有先進的設備作支持。這包括微電網的發、輸、變、配、用各個環節。為此，需要開發智能電表、向量測量單元、廣域測量系統等，研發合適的硬件設備，使微電網具有即插即用的能力。研發新型的分布式能源控制器，以保證微電網的高效運行。

　　（2）微電網建模研究

　　開發可用于對逆變器控制的低壓非對稱微電網的靜態和動態仿真工具;建立微電網內部各元件的模型，包括分布式電源和負荷的模型;建立微電網整體模型，包括總體模型結構、等效靜態模型、等效電機模型等。

　　（3）微電網對大電網的影響研究

　　微電網的接入必然會對大電網造成影響，需要研究：微電網在并網和孤島運行下的穩定性分析;微電網對大電網運行的影響，包括地區性的和大范圍的影響;微電網能給電網在供電可靠性、網絡損耗和環境等方面帶來的改善;微電網的發展對基礎電網發展的影響等。

　　微電網中的微電源，如風電、光伏發電等，大都采用全控型換流器，這些電力電子設備的引入很可能會帶來一些諧波方面的問題。對于微電網諧波問題需要做進一步的探討和研究。

　?。?）微電網的控制策略

　　微電網與大電網之間存在一種最優的狀態，在這種狀態下微電網和大電網都能夠高效穩定的運行。對微電網的控制的目標就是讓微電網實現最優控制。為此，必須研究微電網控制技術，其中包括：各微電源之間的協調控制、電力電子設備的智能控制和最優控制、微電網和主網之間的協調控制等，研究孤島和互聯的運行理念、基于代理的控制策略、本地黑啟動策略、基于先進通信技術的控制策略等;研究創造新的網絡設計理念，包括新型保護方案的應用等。

　?。?）其它

　　電網的實現還需要很多方面的支持：需要制定微電網在技術和商業方面的協議標準;需要做好各種微電網在技術和商業方面的整合;需要做好現有的小發電機組并入微電網的可行性分析;需要建立微電網示范工程及實驗測試系統等。

　　5.微電網的關鍵技術

　　微電網的出現將從根本上改變傳統電網應對負荷增長的方式，其在降低能耗、提高電力系統可靠性和靈活性等具有巨大潛力。目前，微電網技術已經成為電力系統發展的前沿技術。

　　5.1微電網的控制功能

　　微電網控制功能基本要求包括：新的微電源接入時不改變原有的設備，微電網解、并列時是快速無縫的，無功功率、有功功率要能獨立進行控制，電壓暫降和系統不平衡可以校正，要能適應微電網中負荷的動態需求。微電網的控制功能主要有以下幾種：

　?。?）基本的有功和無功功率控制（P-Q控制）。由于微電源大多為電力電子型的，因此有功功率和無功功率的控制、調節可分別進行，可通過調節逆變器的電壓幅值來控制無功功率，調節逆變器電壓和網絡電壓的相角來控制用功功率。

　?。?）基于調差的電壓調節。在有大量微電源接入時用P-Q控制是不適宜的，若不進行就地電壓控制，就可能產生電壓或無功振蕩。而電壓控制要保證不會產生電源間的無功環流。在大電網中，由于電源間的阻抗相對較大，不會出現這種情況。微電網中只要電壓整定值有小的誤差，就可能產生大的無功環流，使微電源的電壓值超標。因此要根據微電源所發電流是容性還是感性來決定電壓的整定值，發容性電流時電壓整定值要降低，發感性電流時電壓整定值要升高。

　?。?）快速負荷跟蹤和儲能。在大電網中，當一個新的負荷接入時最初的能量平衡依賴于系統的慣性，主要為大型發電機是慣性，此時僅系統頻率略微降低而已（幾乎無法覺察）。由于微電網中發電機的慣量較小，有些電源（如燃料電池）的響應時間常數又很長（10~200s）因此當微電網與主網解列成孤島運行時，必須提供蓄電池、超級電容器、飛輪等儲能設備，相當于增加一些系統的慣性，才能維持電網的正常運行。

　　（4）頻率調差控制。在微電網成孤島運行時，要采取頻率調差控制，改變各臺機組承擔負荷比例，以使各自出力在調節中按一定的比例且都不超標。

　　5.2微電網的保護

　　微電網結構對繼電保護提出了一些特殊的要求，必須考慮的因素主要有以下幾點：①配電網一般是放射形的，由于有了微電源，保護裝置上流經的電流就可能有單向變為雙向;②一旦微電網孤島運行，短路容量會有大的變化，影響了原有的某些繼電保護裝置的正常運行;③改變了原有的單個分布式發電接入電網的方式，構成微電網的初衷之一是盡可能地維持一些重要負荷在電網故障時能正常運行而不使其供電中斷，這些必須采用一些快速動作的開關，以代替原有的相對動作較慢的開關。這些均可能使原有的保護裝置和策略發生變化。

　　5.3微電網并網運行

　　要根據微電網中負荷的需求來確定保護的方案，也即要根據負荷（如半導體制造工業負荷或一般商業性負荷）對電壓變化的敏感程度和控制標準來配置保護。如故障發生在配電網中，則要采用高速開關類隔離裝置（SeparationDevice，SD），將微電網中的重要敏感性負荷盡快地與故障隔離。此時，微電網中的DR（或DER）是不應該跳閘的，以確保故障隔離后仍能對重要負荷正常供電（供熱）。當故障發生在微電網中時，除了上述隔離裝置協調，以免影響上一級饋線負荷。一旦配電網恢復正常，就應通過測量和比較SD兩側電壓的幅值和角度，采用自動或手動的方式將微電網重新并網運行。如果微電網內僅有一個微電源，當然允許采用手動的方式再同步并網;但若在微電網內多個地點有多個地點有多個微電源，則必須考慮采用自動的方式再同步并網。

　　5.4微電網孤島運行

　　當電網孤島運行時，為了使所隔離的故障區盡可能小，微電網中保護裝置的協調尤為重要。特別需要指出的是，由于微電網的電源大多為電力電子型設備，所發出的電力通過逆變器與網絡連接，故障時僅提供很小的短路電流（例如2被于正常負荷電流），難以啟動常規的過電流保護裝置。因此，保護裝置和策略就應相應地修改，如采用阻抗型、零序電流型、差分型或電壓型繼電保護裝置。此外，微電網的接地系統必須仔細設計，以免微電網解列時繼電保護誤動作。

　　5.5微電網的能量管理系統

　　微電網被定義為發電和負荷的集合，而通常負荷不僅包括了電負荷，還包括熱和冷負荷，即熱電聯供和熱電冷三聯供。因此，微電網不僅要發電，而且要利用發電的余熱以提高總體效率。能量管理系統（EnergyManagementSystem，EMS）的目的即為作出決策以最優地利用發電產生的電和熱（冷）。該決策的依據為當地設備對熱量的需求、氣候的情況、電價、燃料成本等。

　　能量管理系統的調度控制功能：能量管理系統是為整個微電網服務的，即為系統級的，由此首要任務是將設備控制和系統控制加以明確區分，使各自的作用和功能簡單明了。微型汽輪機的轉速、頻率、機端電壓、發電機（微電源）的功率因數等應由微電源來控制，他們依據就地信號。CERTS的模型中，EMS只調度系統的潮流和電壓。潮流調度時需考慮燃料成本、發電成本、電價、氣候條件等。EMS僅控制微電網內某些關鍵母線的電壓幅值，并由多個微電源的控制器配合完成，與配電網相聯的母線電壓應由所聯上級配電網的調度系統來控制。

　　除了上述基本功能外，EMS還具有其他一些功能，如當微電網與配電網解列后微電網應配備快速切負荷的功能，以使微電網內的發電與負荷平衡;由于微電源同時供給電、熱等負荷，調度時應同時兼顧，一般情況下往往采取“以熱定電”的原則，即滿足用戶對熱負荷需求的條件下再進行電量的調度;微電網中應配備一些儲能設備，如蓄電池、超級電容、飛輪等。

　　EMS的功能自然首先應針對微電網內需求，如潮流和電壓調度、電能質量和可靠性、提高運行的效率和經濟性、降低污染排放等，但從長遠看它還可對配電網提供一些輔助服務和可靠性服務，特別是微電網作為智能電網的一個組成部分，可起到一定的負荷響應的作用。此外，由于微電網本身位于用戶側，這些用戶可能為中心商業區（CBD）、學校、工廠等，它們本來就有供熱、通風、空調等過程控制系統，未來的EMS有可能成為這些系統以及當地發電、儲能等的總調度系統。