微电网分布式控制理论与方法　 顾伟等

微电网的概念和作用

微电网是由多种分布式电源、储能、负载以及相关监控保护装置构成的能够实现自我控制和管理的自治型电力系统，既可以与电网并网进行，也可以以孤岛运行。

分布式发电是指将容量在兆瓦以内的可再生能源（风能、太阳能、生物质能、海洋能）和部分化石类能源（天然气、柴油等），布置在用户或负荷附近进行就地发电的技术。

可再生能源得到越来越广泛的应用，而发展传统集中式可再生能源存在环境破坏、局部消纳困难、长距离输送占用通道及损耗高等问题。与传统的集中式发电相比，分布式发电具有低污染排放、灵活方便、高可靠性和高效率的优点，一方面可以消纳本地丰富的可再生新能源，缓解能源危机，另一方面有效解决了电力在升压和长途输送过程中的损耗问题。然而分布式电源的大规模应用和接入给传统电网的稳定运行提出了新的挑战：风、光等可再生能源功率输出具有间歇性和波动性，尤其是在高渗透下系统稳定性变差；分布式电源的接入改变了传统电网单向潮流的格局，对电力系统的供电可靠性和电能质量将产生影响；此外，传统大电网通常采取限制、隔离的方式处理一些不可控分布式电源，这对分布式电源大规模并网有着较大的限制。为了减少分布式电源接入对电网产生的不利影响，并充分挖掘可再生能源的效益和价值，国内外学者提出了微电网的概念。

大规模分布式可再生能源直接并网将使电网稳定性面临许多新的挑战。现有研究和实践表明，将分布式电源以微电网形式接入配电网，是发挥分布式电源效能的有效途径。

相比于集中式控制依赖于复杂通信网络以及高性能中央控制器，分布式控制则基于局部信息交互进行类全局信息共享，以稀疏通信方式实现本地控制决策的全局优化，更适应于微电网运行对实时性、灵活性和可靠性的控制需求以及分布式电源“即插即用”的控制场景，因此分布式控制受到了国内外微电网领域众多专家学者的广泛关注。

微电网概念的提出旨在实现分布式电源灵活、高效的应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题，最终为用户提供稳定、可靠和经济的电力供应。由于组成结构和运行形式的特殊性，微电网具有双重角色，即本身是将分布式电源、负荷、储能及监控装置等汇集而成的可控发配电单元，具有良好的能量管理功能，可实时独立控制，满足用户多样化的能源需求；对电力系统而言，微电网又可以视为一个可调度的负荷或电源，通过系统内分布式电源的协调控制实现与大电网间的功率双向流动，既可以减少由于可再生能源的随机性和波动性对电力系统的影响，也可以对电网起到削峰填谷的作用。

将多种分布式电源以微电网形式集成并灵活并网，是充分利用分布式电源的有效方式。由于微电网的入网标准只是针对微电网与外部电网的公共连接点，并不是针对具体的分布式电源，从而解决了高密度分布式电源接入的问题。分布式电源种类繁多、特性各异，可以将不同特性的微源组合并发挥各自的效能优势。例如，通过配置储能装置可以有效抑制可再生能源输出功率的波动，提高分布式电源的利用效率和系统的运行经济性；将能量型储能系统和功率型储能系统组合，可提升储能系统的瞬时功率消纳能力和持续时间。独立型微电网作为微电网的一种特殊形式，在电网故障或系统需要时脱离外部电网，完全依靠自身分布式电源、储能和可调负荷的协同控制为本地用户提供持续电力供应的微电网。此类型微电网一方面可以增强电网对电力故障的抵抗能力，另一方面可解决高远边无地区供电难的问题。此外，由于微电网具有自组织性，覆盖区域较小的微电网，譬如家用微电网，可以由用户自身建设并运行；覆盖区域相对较大的微电网，譬如社区微电网、工业园区微电网，可以由电力公司或第三方机构建设并运营。多元化的应用场景可进一步推动可再生能源的利用水平。

微电网融合了先进的信息技术、控制技术和电力技术，在提高分布式可再生能源利用效率，提供多样化供能形式的同时，相对传统集中电网可实现能源效益、经济效益和环境效益的优化。智能配电系统作为智能电网的重要组成部分，它的主要目标就是解决大量分散的分布式电源在电力系统中的运行问答，以期适应具有绿色、高效、和谐等特性的新时期电网建设的需要。微电网作为分布式电源和配电网的纽带，既能够实现大规模分布式电源的接入，最大限度地利用可再生能源，又可以避免间歇式电源对配电网安全运行的影响，保证网内用户的电能质量。此外，微电网是未来智能配电网实现自愈、用户侧互动和需求响应的重要途径。

微电网的分类

微电网的分类方法有多种。按照是否与外部电网直接相连，可分为并网型微电网和独立性微电网；按照系统内电压母线类型，可分为交流微电网、直流微电网和交直流混合微电网；按照电压等级和接入配电网系统的规模，可分为低压微电网、中压微电网、高压微电网以及中低压混合微电网。

并网型微电网与独立型微电网
微电网工作在并网模式下时，通过公共连接点与外部配电网直接连接，作为可控的“电源”或“负荷”参与电力系统运行，而外部电网为微电网运行提供频率和电压参考值。当微电网内各分布式电源输出功率大于本地负荷功率时，微电网向外部电网传输有功和无功功率；总而言之，在并网控制模式下，微电网与外部电网互为支撑，实现能量的双向交互，在保证电力系统功率平衡的同时提高分布式电源的利用效率。

当外部电网出现故障或系统需要维护时，类似于大电网的解列过程，微电网PCC（公共连接点，point of common coupling）断开与主网的连接，形成了脱网型微电网。此外，在譬如海岛、边防、船舰等远离供电中心的区域，孤岛型微电网作为分布式电源的有效组织形式已获得成功应用，解决了偏远地区供电难的问答。上述脱网型微电网和孤岛型微电网是独立微电网的两种主要形式，这样一方面为系统内负荷提供持续不间断的电能供应，提高供电可靠性，另一方面脱网型微电网可作为黑启动电源，防止主网故障和停电范围扩大，并快速恢复主网供电。与并网型微电网相比，独立微电网失去了外部电网的频率和电压支撑，完全利用系统内分布式电源、储能和可调负荷的协同控制为本地负荷提供清洁、可靠、经济的电力供应，具有等效转动惯量小且易受风、光等间歇性分布式电源扰动影响等特性。如何设计和执行独立微电网控制策略，保证系统的稳定性和可靠性、提高分布式电源的利用效率、避免间歇性电源对用户电能质量的影响，是微电网的重要研究方向。