新型电力系统运行模式与控制系统分析研究

新型电力系统运行模式与控制系统分析研究

姚 岳

国网忻州供电公司，山西忻州 034000

摘要：智能电网中微电网是一些微电源、负荷、储能装置和控制装置构成的系统。对于大电网，它表现为一个单一可控制的单元，能实现对负荷多种能源形式的可靠供给。微电源按是否可控可分为部分可控电源、不可控电源和全控电源。这些电源多为小容量的分布式电源，具有低成本、低电压及低污染的特点。本文首先介绍了微电网的结构特点，然后分析了微电网的运行模式以及控制策略。结果表明，微电网若采取合理的控制策略，能够确保微电网在并网和孤岛运行模式下电压和频率的稳定。

关键词：微电网；运行模式；控制策略

1 引言

微电网的电源接在用户侧，且微电源多采用电力电子装置接入，其结构不同于传统电力系统，必需考虑微电网自身的特殊性。通常，电能质量研究是微电网研究的基础和主要内容，在进行微电网电能质量分析之前，有必要研究其基本结构，并分析微电网的运行模式以及控制策略

2 新型电网结构特点分析

微电网一般与用户端的低压配电网相连，电压等级为380/220V，网络呈放射状，包含若干条馈线。

微电网中负荷可分为不可控和可控负荷、一般和重要负荷、敏感和非敏感负荷等。在实际运行中，部分非敏感负荷可以看成是可控负荷，用于削峰和平滑负荷波形。由于各馈线负荷重要程度不同，因此可以对系统实现分层控制。微电网中的馈线主要供给重要负荷，提供电压和频率支撑，确保负荷能够抵御电压干扰；正常运行状态下，微电网工作在并网模式；配电网电压异常、出现故障或电能质量不符合要求时，静态开关断开，微电网运行模式转为孤岛运行直到故障恢复。这两种模式能否平滑切换直接影响到微电网的电能质量，静态开关的控制也至关重要。

由上分析，可以看出微电网具有如下特点：

（1）一般接入大电网的形式为单点接入，即配电网侧看进去微电网可作为可控的负荷或发电单元。这种即插即用的形式，使微电网中各种分布式电源得到充分利用和相互补充，减少了分布式电源直接接入对大电网造成的影响，有益于电网的管理与运行；减少大型发电站的备用容量；降低由电网升级带来的投资成本，同时也使输电线路损耗降低；更好地维持负荷电压。

（2）具有并网模式和孤岛模式两种工作模式。并网运行时，负荷既能由配电网供电，也能由微电网提供电能，微电网能够与配电网实现能量交换（取决于电网接入标准）。当电能质量不能满足用户要求或者系统出现故障时，微电网与主网隔离，运行于孤岛模式，此时微电网必须满足其内部能量的供需平衡。

（3）微电网中各微电源之间通常有一定的地理距离。由于微电网中风力发电、太阳能发电等受天气条件影响很大，因此，根据实际地理条件来对分布式电源位置进行选择，实现因地制宜。

3 新型电网控制要求介绍

微电网实际运行中必须解决的问题之一——微电网控制。当微电网网络结构或负荷变化时，微电网中的微电源应采取怎样的控制策略，来保证不同运行模式下微电网总能够提供高质量的电能，是微电网能否正常运行的关键。

微电网的控制必须满足如下要求：1）任一种形式的微电源接入不影响系统的正常运行；2）自主选择自身的运行点，能够基于本地信息对电网中异常事件（如发生故障、电压暂降或中断等）立即做出反应，它不同于传统电网，其微电源可利用本地信息自动转为孤岛，而不依赖于电网调度；3）并网与孤岛模式平滑过渡；4）对于有功功率和无功功率进行独立的控制；5）具有改善电压暂降及系统不平衡的功能。

4 微电网控制策略

微电网中微电源大多由电力电子元件换流器接入，因此，微电网的控制方法与传统电网有较大差异。就微电网总体控制而言，可分为主从控制和对等控制。前者就是微电网中微电源分别发挥不同作用，将其中某一个微电源控制器作为主控制单元来控制其余的微电源（从控制器），此过程需要通信联系，使得系统结构较复杂，还有一种主从控制，其结构以上层能量管理系统为主控制单元来实现对底层分布式电源的控制；后者又称为分散控制，即在微电网中，每个分布式电源之间是平等的，没有一个单元像主控制单元或控制中心那样对微电网来说很重要。每个微电源只依据本地相关信息进行独立地控制，使得微电网具有“即插即用”功能。能量平衡时，微电网中任何一个微电源接入或断开，无需改变微电网中其它发电单元的设置。同时，此方法省去了通信联系，有益于提高供电可靠性，满足负荷用电需求，降低成本。

由于微电网工作在多种运行模式，同时微电网中各微电源发电特性不同，因而，应针对微电源的输出特性来选择相应的控制方法。目前，根据微电源控制方法的不同可分为：恒功率控制、下垂控制以及恒压恒频控制方法。

4.1 恒功率控制（PQ控制）

并网模式下，微电网的频率和电压取决于配电网，其本身仅用于调节局部电压，减少无功电流，此时微电源可采用PQ控制。PQ控制通常是对有功功率和无功功率进行解耦控制，其目标主要是保证微电源向系统输入的有功功率和无功功率为参考功率。

该控制方式并不能维持微电网的频率和电压，如果微电网独立运行，则系统中必须具有维持电压和频率的微电源，否则系统将产生很大的功率缺额，甚至会导致系统瓦解。

4.2 下垂控制（Droop控制）

微电源的下垂控制利用传统发电机有功功率-频率特性及无功功率-电压特性对微电源输出电压和频率进行独立控制。当系统所需有功和无功功率增加时，微电源的频率和电压幅值下降，运行点由移位时，实现一个新的功率平衡。该方法不需要微电源间进行通信联系，所以一般用于对等控制策略中的分布式电源接口逆变器的控制。

5 小结

本文首先介绍了在智能电网的发展中极其重要的微电网的概念以及自身的特点，然后分析了微电网的运行模式和控制方式，可以看出微电网采取合理的控制策略，可以确保微电网在并网和孤岛运行模式下电压和频率的稳定，也可以调节由于突加负载造成的功率差额，防止电压跌落；同时在异常情况下，能够实现与大电网并网与解列的平滑过渡。

参考文献：

1. 张铁良．有源电力滤波器与光伏发电的统一控制研究[D]．合肥：合肥工业大学，2007．

2. 张国荣，张铁良，丁明，等．具有光伏并网发电功能的统一电能质量调节器仿真[J]．中国电机工程学报，2007，27(7)：82-86．

3. 姚勇，朱桂萍，刘秀成．电池储能系统在改善微电网电能质量中的应用[J]．电工技术学报，2012，27(1)：85-89．