基于运行模式分析的微电网控制系统研究

    姚岳 周茜

    摘 要：微电网作为智能电网的一种类型，其系统构成包括微电源、储能装置、负荷以及控制装置。按照可控性，将微电源分为三种类型：部分可控、不可控和全控电源。本文基于微电网的结构特点，对微电网的运行模式以及控制策略展开分析。事实证明，在并网和孤岛共同运行的模式下，采取科学、合理的策略，对微电网进行有效控制，就能够确保电压和频率处于稳定运行状态。

    关键词：微电网；结构；运行模式；控制系统；控制策略

    0 前言

    微电源大多使用电力电子装置的接入方式，安装在用户侧，其结构与传统的电力系统有所区别，需要将微电网自身具备的一些特殊性考虑在内。一般情况下，微电网的基础研究内容是电能质量，但在研究微电网电能质量之前，还需要分析微电网的结构，并且了解微电网的基本运行模式和相关控制策略。

    1 微电网结构分析

    微电网负荷，按照可控性分为：可控和不可控；按照重要程度分为：一般和重要；按照敏感度分为：敏感和非敏感。其中，有部分非敏感负荷属于可控负荷范畴，主要用于平滑和削峰负荷的波形。馈线在微电网中的功能主要是供给负荷、提供电压以及支撑频率，增强负荷抵御电压干扰的能力；微电网处于正常运行状态的时候，使用的是并网工作模式；当配电网出现故障、电压处于非正常状态或电能质量未达要求的时候，静态开关会自动断开，在故障恢复前，微电网会一直处于孤岛运行模式。由上分析，可以看出微电网具有如下特点：

    （1）一般采用单点接入的方式，接入大电网，即从侧面看配电网，可以将微电网看成发电单元或一种可控负荷。微电网"即插即用"的功能，使得各种分布式电源能够相互作用，并被充分利用，减少直接接入电源给大电网造成的干扰，提高电网的运行效率；将电网升级引发的投资成本降到最低，同时也有效降低输电线路的损耗率；将负荷电压维持在平稳状态。

    （2）具有两种工作模式：并网与孤岛。当微电网处于并网运行状态时，配电网和微电网都可以提供电能负荷，此时微电网与配电网之间能够实现能量交换。当电能运行不正常或质量欠佳，无法满足用户需求的时候，微电网为了将其内部能量维持在供需平衡状态，就会切换为孤岛运行模式，与主网隔离开来。

    2 微电网运行模式分析

    微电网的运行模式一共有四种，其中有两种为过渡状态运行模式，另外两种为稳态运行模式：并网与孤岛。所谓过渡状态，即：在正常的状态下，微电网会与主网并列运行；利用黑启动恢复电网运行之后，微电网会切换为稳态运行模式。

    微电网在正常状况下使用的是并网运行模式，即：微电网会与与配电网并列运行；当大电网出现故障、电能质量无法满足用户要求的时候，为了不中断对敏感与重要负荷的供电，静态开关会自动断开，此时微电网会切换为孤岛运行模式，与大电网隔离。

    3 微电网控制系统研究

    就控制状况来看，微电网分为主从与对等控制两种类型。主从控制指的是：微电源在微电网中发挥的作用不同，其中一个微电源控制器被设置为主控制单元，其余微电源为从控制单元。对等控制又可以称为分散控制，即：微电网中的每个分布式电源都是平等的，不存主从控制系统下的那种主从关系。依据本地信息，独立控制每个微电源，促使微电网能够实现"即插即用"。当前，微电源控制方法有：下垂、恒功率以及恒压恒频控制等几种类型。

    （1）Droop控制（下垂控制）

    微电源输出电压、输出频率的下垂独立控制，是借助传统发电机的多种功能来实现的，例如，频率特性、有功或无功功率、电压特性等等。当系统对有功和无功两种功率的需求明显增加的时候，微电源的频率与电压都会有所下降，自动调整运行点，将新的功率维持在平衡状态。此过程可以不通过微电源取得通信联系，因此，对电源接口逆变器进行控制的时候，一般会使用此方法。

    （2）V/f控制（恒压恒频控制）

    恒压恒频控制方式不会受微电源输出功率变化的影响，一般用于主微电源的控制过程，维持输出电压和频率的稳定。微电源有功和无功功率输出发生变化时，其频率不会变，始终维持在50Hz的水平，电压也会保持在固定幅值。

    （3）PQ控制（恒功率控制）

    在并网运行模式下，配电网是微电网频率与电压的决定因素，而微电网本身的作用在于调节局部电压，防止电网内部出现无功电流现象，此时可以采用PQ方式控制微电源。PQ控制方式，一般是用保证微电源可以向系统正常输入用功和无功这两种功率，这也是其最终控制目标。

    4 小结

    本文立足于智能电网的发展现状，对微电网的概念与特点展开分析，随后探讨了微电网的几种运行模式和控制方式，从中我们可以看出，采取科学、合理的策略控制微电网，可以维持电压和频率的稳定，有效调节负载突然增加引发的功率差额，并与大电网并列运行，平滑过渡电网故障。

    参考文献：

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