微电网综述

可以从结构设计、运行控制、供电可靠性和电能质量、经济运行与安全机制、仿真平台这几个方面进行学习。
目前这个项目要从 多源协调控制与能量管理、微电网与配电网交互、电能质量主被动治理入手,制定一个所谓的能量管理策略。

微网的运行控制

目前,微电网的控制策略研究可以分为:主从控制(主要运用于离网状态)、对等控制、集中控制、分散控制、分层控制等。能量管理层面可以是分层控制与主从控制的结合;并网策略层面可以是下垂控制、PQ控制、V/F控制。
能量管理策略层面的分层控制:中央控制器与本地控制器。
并网策略层面的分层控制:
第一层控制
(1)PQ下垂控制方法
控制微电网的有功功率和无功功率,需采用下垂控制方法。下垂控制方法可分成两种类型困:一种是根据测量系统的频率和逆变器的输出电压幅值来提出频率和电压参考值;另一种是根据逆变器输出的有功功率和无功功率,提出频率参考值和电压幅值 [4] 。
(2)电压和电流的控制
内部控制环由两部分组成,即电压外环和电流内环的双闭环控制。电压外环控制一般采用PI控制器,电流内环控制也采用PI控制器。
第二层控制
第一层控制通过调节逆变器输出的功率来控制频率和电压,但这会导致频率和电压的波动。第二层控制可弥补频率和电压的波动造成影响。在此层控制中,微电网的分布式电源输出频率和电压幅值,与其参考值和进行比较,得到频率偏差占和电压偏差。将这些偏差值反馈到第一层,来控制分布式电源的控制器,进而使分布式电源的频率和电压幅值将达到一个稳定值 [5] 。
在微电网的并网运行过程中,第二层控制不仅是调节、监控微电网的频率和电压幅值,而且要将参考值与已测量到的微电网和主电网的各相的值进行比较,从而实现电网同步化。同步过程完成之后,微电网可通过静态开关并入主电网。此前,微电网与主电网之间不能交换任何能量。右图就是微电网并网的同步控制图。
第三层控制
在并网时,可通过频率和电压幅值来控制微电网的输出功率。三级控制作为最顶层的控制,也是时间尺度最大的控制策略。该层控制主要涉及微电网的经济运行。

电源的建模

微电网中微电源大致可以分为逆变器型微电源旋转电机型微电源两类,前一类有柴油发电机、燃气轮机等,这一类易于控制,后一类有风力发电、光伏发电等,这一类具有间歇性,不易控制。应对分布式电源进行精确建模 。

并网接口策略

主要从并网逆变器的上层调度控制和本地的电流跟踪控制出发探讨微电源并网接口控制策略的研究。
并网逆变器的上层调度控制方面核心问题之一是降低微电网运行模式切换冲击和实现平滑过渡,解决这个问题的关键是降低因网架不对称带来的模式切换前后功率不匹配问题和严格控制交换功率的规模(如 Droop 控制由孤岛转联网的适应性问题)。
其中,恒功率控制一般应用于微电网并网运行状态,恒压/恒频控制主要应用于微电网孤岛运行状态,下垂控制模拟发电机功频特性,通过对逆变器输出电压的幅值和频率的调节来实现有功功率和无功功率的特定分配,不需要额外的通信线路,既可以应用于孤岛模式也可以应用于并网模式,是目前最有发展和应用潜力的分布式电源控制策略。
在并网逆变器的电流跟踪控制方面,接口技术中对逆变器功率环 、电压电流环 以及输出滤波器、等效输出阻抗的优化设计以提升系统性能以及改进拓扑结构等也有广泛的研究。
主从模式和对等模式是微电网分布式电源控制最常用的两种结构。当微电网采取主从控制时,并网状态下的分布式电源通常采取恒功率控制,而在进入孤岛状态后,输出稳定的分布式电源或储能系统作为主控单元需切换至恒压/恒频控制策略,并为从控制单元提供电压和频率的参考 。微电网采取对等控制时,分布式电源通常选择下垂控制且无主从之分,孤岛状态下自主参与系统电压和频率的整定,易于实现 “即插即用”和 “无缝切换”。

多元协调控制与能量管理

能量管理策略可以高效的管理微电网与配网间的能量交换。
研究配电网高渗透率下微电网的群控技术能量管理技术以实现“多源协调控制”应归属于为我国未来几年能源战略中的重点之一。这里的多源协调控制既包含配电网中多微电网的协调控制、微电网中多微电源的协调控制,也包括多个供电单元、装备或接口的控制。
网络拓扑上看,多源协调控制与能量管理涵盖设备层的本地控制器与主控层的中央控制器两大部分。
针对网内多源协调控制问题,如储能与微电源间协调控制、储能与储能、微电源与微电源、逆变器接口与接口等,其动作时序配合问题响应速度匹配问题都值得关注与梳理。
基于群控技术的微电网能量管理系统可以采用集中控制、分级(层)控制或分布式控制及这几种控制的混合方案。
微电网中的可调节变量更加丰富,如分布式电源的有功出力、电压型逆变器接口母线的电压、电流型逆变器接口的电流、储能系统的有功输出、可调电容器组投入的无功补
偿量、热/电联供机组的热负荷和电负荷的比例等等。通过对这些变量的控制调节,可以在满足系统运行约束的条件下,实现微电网的优化运行与能量的合理分配,最大限度地利用可再生能源。同时,当微电网并网运行时,尤其是在微电网高渗透率情况下,适当的群控策略可以对微电网输出进行有效控制,降低配电系统中的配电变压器损耗和馈线损耗。

微电网供电可靠性和电能质量

微电网与配电网交互影响

具体来看,微电源影响接入点的电压分 2 种形式:
1)微电源与当地的负荷协调运行,即当该负荷变动时微电源输出跟随调度做出相应调整,此时的微电网将抑制电压波动;
2)当微电源与当地负荷不能协调运行时,如利用风力、光伏系统等自然资源发电的微电网,由于其本身可调度性较差,此时的微电网接入电网后对当地电压的稳定也可能不起积极作用。
就目前来讲,微电网公共耦合点(point of common coupling,PCC)点处的电压依然由电网公司负责,微电网并网按照系统能接受的恒定功率因数或恒定无功功率输出的方式进行,
微电网参与配网电压和频率调整尚需一段过程,先进电力电子技术将在这一过程中担当重要角色
此外,大型微电网启动或输出发生突然变化将造成电压闪烁,目前的解决方法主要是减少微电网启动次数并将微电源经变流器隔离后接入配电网以减小输出功率、电压、频率的大幅度变化。

电能质量治理和评估

1)不平衡控制。如单相入户
2)无功电压控制。
3)谐波抑制。电力电子元件的接入,非线性负荷的存在
4)频率稳定。微电网频率稳定问题主要是由于内部多个微电源同时参与调整频率引起的
5)环流抑制

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