第二章微电网的总体结构

第二章微第二章微电网的网的总体体结构构目录目录微电网基本结构微电网基本结构电网接线方式简介电网接线方式简介微电网系统结构微电网系统结构微电网体系结构微电网体系结构微电网的元件微电网的元件 一、一、电网接线方式简介电网接线方式简介 是由发电、输电、变电、配电和用电等附属环节组成的电能生产、传输、分配和消费的系统。1.电力系统概念 一、一、电网接线方式简介电网接线方式简介 由输电、变电、配电设备及相应的辅助系统组成的联合发电与用电的统一整体称为电力网。电网是电源和用户之间的纽带，其主要功能是把电能安全、优质、经济地送到用户。2.电力网（简称电网）概念 一、一、电网接线方式简介电网接线方式简介 电网接线主要描述系统发电厂、变电站、开关站之间线路的连接方式。电网接线图分为地理接线图和电气接线图。地理接线图是按比例表示电力系统各发电厂和变电所的相对地理位置及各电力线路的路径的接线图。电气接线图是表示电力系统各元件间（发电机、变压器、负荷等）的电气联系的电路图，一般用单线图表示。3.电网接线图分类地理接线图电网接线图主网虎虎岗岗潭潭东东嘉嘉定定金金堂堂百百乐乐赣赣州州埠埠头头渡渡口口瑞瑞金金龙龙岗岗瑞瑞金金电电厂厂燕燕丰丰电网结构情况电网结构情况东部电网形成东部电网形成220kV埠头、渡埠头、渡口、瑞金三个口、瑞金三个供区供区中、西部电网形成中、西部电网形成220kV虎岗、潭东、燕虎岗、潭东、燕丰、龙岗四个供区丰、龙岗四个供区南部电网形成南部电网形成220kV嘉定、嘉定、金堂、百乐三金堂、百乐三个供区个供区 一、一、电网接线方式简介电网接线方式简介 电网的接线方式对于保证安全、优质和经济地向用户供电具有非常重要的作用。4.电网接线方式分类 按供电可靠性021无备用接线无备用接线方式方式2有备用接线有备用接线方式方式 一、一、电网接线方式简介电网接线方式简介5.无备用接线负荷只能从一个电源获得电能开式接线。单回路放射式、干线式和链式就属于这类。放射式 干线式 链 式 一、一、电网接线方式简介电网接线方式简介6.有备用接线负荷可以从两个或两个以上电源获得电能闭式接线。它包括了双回路的放射式、干线式、链式以及环式和两端供电网络。放射式干线式链式环式两端供电网络微电源微电源储能储能系统系统控制控制装置装置负荷负荷微电网微电网微电网（微电网（Micro-Grid）是一种新型网络结构）是一种新型网络结构 二、微电网总体结构二、微电网总体结构微电网是一个能够实现自我控制、保护和管理微电网是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。可以孤立运行。微电网是相对传统大电网的一个概念，是指多微电网是相对传统大电网的一个概念，是指多个分布式电源及其相关负载按照一定的拓扑结个分布式电源及其相关负载按照一定的拓扑结构组成的网络，并通过构组成的网络，并通过静态开关静态开关关联至常规电关联至常规电网。开发和延伸微电网能够充分促进分布式电网。开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，是传统电网向智能电网的网的一种有效方式，是传统电网向智能电网的过渡。过渡。微电网 1、微电网总体结构微电网总体结构32图中包含了多个DG(DistributedGeneration)和储能元件，这些系统和元件联合向负荷供电，整个微电网相对大电网来说是一个整体，通过一个断路器和上级电网的变电站相连接。微电网 1、微电网的总体结构、微电网的总体结构 图中包括3条馈线A,B和C及1条负荷母线，网络整体呈辐射状结构。馈线通过主分隔装置(通常是一个静态开关)与配电系统相连，可实现孤网与并网运行模式间的平滑切换。该该开开关关点点即即PCC(公公共共连连接接点点）所所在在的的位位置置，一一般般选选择择为为配配电电变变压压器器的的原原边边侧侧或或主主网网与与微微电电网网的的分分离离点点。IEEE P1547标标准准草草案案规规定定:在在PCC处处，微微电电网网的的各各项项技技术术指指标标必必须须满满足预定的规范。负荷端的馈线电压通常是足预定的规范。负荷端的馈线电压通常是480 V或更低。或更低。图中展示了光伏发电、微型燃气轮机和燃料电池等微电源形式，其中一些接在热力用户附近，为当地提供热源。微微电电网网中中配配置置能能量量管管理理器器和和潮潮流流控控制制器器，前前者者可可实实现现对对整整个个微微电电网网的的综综合合分分析析控控制制，而而后后者者可可实实现现对对微微电电源源的的就就地地控控制制。当负荷变化时，潮流控制器根据本地频率和电压信息进行潮流调节，当地微电源相应增加或减少其功率输出以保持功率平衡。微电网 图中还示范了针对3类具有不同供电质量要求的负荷的个性化微电源供电方案。对于连接在馈线A上的敏感负荷，采用光伏电池供电;对于连接在馈线B上的可调节负荷，采用燃料电池和微型燃气轮机混合供电;对于连接在馈线C上的可中断负荷，没有设置专门的微电源，而直接由配电网供电。这样，对于敏感负荷和可调节负荷都是采用双源供电模式，外部配电网故障时，馈线A,B上的静态开关会快速动作使重要负荷与故障隔离且不间断向其正常供电，而对于馈线C上的可中断负荷，系统则会根据网络功率平衡的需求，在必要时将其切除。1、微电网的总体结构、微电网的总体结构孤网运行是微电网最重要的能力，实现这一性能的关键在于微电网与大电网之间的电力电子接口处的控制环节静态开关。该静态开关允许在接口处灵活可控地接收或输送电能。微电网对外呈现一个整体，通过一个公共连接点微电网对外呈现一个整体，通过一个公共连接点（Point of Common Coupling,PCCPoint of Common Coupling,PCC）与电网相连）与电网相连 .2、微电网系统结构、微电网系统结构1 分布式发电（分布式发电（DG）DG可以是以新能源为主的多种能源形式，如光伏发电、风力发电、燃料电池等，也可以是以热电联产（CombinedHeatandPower,CHP）或冷热电联产（CombinedCooling、HeatandPower,CCHP）形式存在，就地向用户提供热能，提高DG利用效率和灵活性。2 负荷负荷包括各种一般负荷和重要负荷。3 储能装置储能装置储能装置可采用各种储能方式，包括物理储能、化学储能、电磁储能等，用于新能源发电的能量存储、负荷的削峰填谷、微电网的“黑启动”黑启黑启动微电网黑启动，就是指在整个微电网因外部或内部故障停运进入全黑状态后，不依靠大电网或其他微电网的帮助，仅通过启动微电网内部具有黑启动能力的微电源，进而带动微电网内无黑启动能力的微电源，逐步扩大系统的恢复范围，最终实现整个微电网的重新启动。4 4 控制装置控制装置由控制装置构成控制系统，实现分布式发电控制、储能控制、并离网切换控制、微电网实时监控、微电网能量管理等。3、微、微电网的体系网的体系结构构 微电网三层控制方案结构图为许继集团有限公司采用的微电网三层控制方案结构，最上层称为配电网调度层，从配电网的安全、经济运行的角度协调调度微电网，同时接受上级配电网的调节控制命令。中间层称为集中控制层集中控制层，对DG发电功率和负荷需求进行预测，制订运行计划，根据采集电流、电压、功率等信息，对运行计划实时调整，控制各DG、负荷和储能装置的启停，保证微电网电压和频率稳定。在微电网并网运行时，优化微电网运行，实现微电网最优经济运行时间；在微电网离网运行时，调节分布式电源出力和各类负荷的用电情况，实现微电网的稳态安全运行。下层称为就地控制层就地控制层，负责执行微电网各DG调节、储能及充放电控制和各种负荷控制。1 配电网调度层配电网调度层 配电网调度层为微电网调度系统，从配电配电网调度层为微电网调度系统，从配电网的安全、经济运行的角度协调调度微电网，网的安全、经济运行的角度协调调度微电网，微电网接受上级配电网的调节控制命令，其具微电网接受上级配电网的调节控制命令，其具体实现的功能为以下几个方面。体实现的功能为以下几个方面。使微电网对于大电网表现为单一可控、可灵活调度的单元，既可以与大电网并网运行，也可在大电网故障或需要时与大电网断开运行。在特殊情况下（如发生地震、暴风雪、洪水等意外灾害情况）下，可使微电网作为配电网的备用电源向大电网提供有效支撑，加速大电网的故障恢复。在大电网用电紧张时，可使微电网利用自身的储能进行削峰填谷，从而避免配电网大范围的拉闸限电，减少大电网的备用容量。正常运行时可使微电网参与大电网经济运行调度，提高整个电网的运行经济性。（1）配电网调度层配电网调度层2 集中控制层集中控制层 集中控制层为微电网的控制中心（集中控制层为微电网的控制中心（Micro-Grid Control Center,MGCC）是整个微电网控制系统的核心）是整个微电网控制系统的核心部分，集中管理部分，集中管理DG、储能装置和各类负荷，完成整个微、储能装置和各类负荷，完成整个微电网的监视和控制。根据整个微电网的运行情况，实时优电网的监视和控制。根据整个微电网的运行情况，实时优化控制策略，实现并网、离网、停运的平滑过渡；化控制策略，实现并网、离网、停运的平滑过渡；在微电网并网运行时负责实现微电网优化运行，在在微电网并网运行时负责实现微电网优化运行，在离网运行时调节分布式发电出力和各类负荷的用电情况，离网运行时调节分布式发电出力和各类负荷的用电情况，实现微电网的稳态安全运行，其功能具体表现为以下几实现微电网的稳态安全运行，其功能具体表现为以下几个方面：个方面：使微电网并网运行时实施经济调度，优化协调各使微电网并网运行时实施经济调度，优化协调各DG和和储能装置，实现储能装置，实现削峰填谷削峰填谷以平滑负荷曲线。以平滑负荷曲线。在并网过渡中能协调就地控制器，快速完成转换。在并网过渡中能协调就地控制器，快速完成转换。离网时能协调各分布式发电、储能装置、负荷，保证离网时能协调各分布式发电、储能装置、负荷，保证微电网重要负荷的供电、维持微电网的安全运行。微电网重要负荷的供电、维持微电网的安全运行。在微电网停运时，能启用在微电网停运时，能启用“黑启动黑启动”，使微电网快速，使微电网快速恢复供电。恢复供电。（2）集中控制层集中控制层3 就地控制层就地控制层 就地控制层由微电网的就地保护设备和就地控制器组就地控制层由微电网的就地保护设备和就地控制器组成，微电网就地控制能完成分布式发电对频率和电压的一成，微电网就地控制能完成分布式发电对频率和电压的一次调节，就地保护则能完成微电网的故障快速保护，通过次调节，就地保护则能完成微电网的故障快速保护，通过就地控制和保护的配合实现微电网故障的快速就地控制和保护的配合实现微电网故障的快速“自愈自愈”。DG接受接受MGCC的调度控制，并根据调度指令调整其有功的调度控制，并根据调度指令调整其有功和无功出力。和无功出力。其功能具体表现为以下几个方面：离网主电源就地控制器能实现U/F控制和P/Q控制的自动切换。负荷控制器能根据系统的频率和电压，切除不重要的负荷，保证系统的安全运行。就地控制层和集中控制层能采取弱通信方式进行联系。就地控制层能实现微电网的暂态控制，微电网集中控制则能实现微电网的稳态控制和分析。2.2 微电网的元件微电网的元件微电网的元件微电网的元件电力电子电力电子装置装置储能元件储能元件微型电源微型电源开关开关通信设施通信设施 微电网中的微电网中的开关分为用开关分为用于隔离微电于隔离微电网与大电网网与大电网的的静态开关静态开关和用于切除和用于切除线路或微电线路或微电源的源的断路器断路器。微电网的开关微电网的开关静态开关，又叫静态开关，又叫固态转换开关，固态转换开关，在故障或扰动时，在故障或扰动时，有能力自动地把有能力自动地把微电网隔离出来，微电网隔离出来，故障清除后，再故障清除后，再自动地重新与主自动地重新与主网连上。网连上。静态开关静态开关 1、静、静态开关开关静态开关安装在用户低压母线上，其规划设计非常重要，应确保有能力可靠运行和具有预测性，有能力测量静态开关两侧的电压和频率以及通过开关的电流。通过测量，静态开关可以检测到电能质量问题，以及内部和外部的故障。而当同步性标准可以接受时，使微电网和主电网重新连上。静态开关也被纳入各种智能控制水平，其连续监控耦合点的状态。2、微型、微型电源源指安装在微电网中的各分布式电源，包括微型燃气机、柴油发电机、燃料电池，以及风力发电机、光伏电池等可再生能源。3、常用、常用储备设备包括蓄电池、超级电容器、飞轮储能等。储能设备的主要作用主要作用在于，在微型电源所发功率大于负荷总需求时，将多余的能量存储在储能单元中，反之，将存储在设备中的能量以恰当的方式释放出来及时供电以维护系统供需平衡；当微电网孤网运行时，储能设备是微电网能否正常运行的关键元件，它起到一次调频的作用。储能设备的响应特性以及由微型电源及储能设备组成的微电网的外响应特性值得深入研究。4、电力力电子器件子器件主要包括整流器、逆变器、滤波器以及斩波器等。整流器是一个整流装置，简单的说就是将交流（AC）转化为直流（DC）的装置。它有两个主要功能：第一，将交流电（AC）变成直流电(DC)，经滤波后供给负载，或者供给逆变器；第二，给蓄电池提供充电电压。因此，它同时又起到一个充电器的作用。逆逆变器器逆变器是一种DCtoAC的变换器，它其实与整流器是一种电压逆变的过程。整流器是将电网的交流电压转变为稳定的直流输出，而逆变器是将直流电压转变为高频的高压交流电;两个部分同样都采用了用得比较多的脉宽调制(PWM)技术。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱，录像机、按摩器、风扇、照明等。滤波器波器电源滤波器是由电容、电感和电阻组成的滤波电路。滤波器可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。滤波器分为有源滤波器和无源滤波器。主要作用是：让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的衰减。滤波器一般有两个端口，一个输入信号、一个输出信号斩波器波器直流斩波器又称为截波器，它是将电压值固定的直流电，转换为电压值可变的直流电源装置，是一种直流对直流的转换器已被广泛使用，如直流电机的速度控制、交换式电源供应器(Switching-Power-Supply)等。2.3 微型微型电源技源技术一、太阳能发电太阳能成熟的发电形式目前有两种，光热发电和光伏发电；（一）太阳能光热发电太阳能光热发电技术是通过聚光装置利用太阳光加热工质（工作介质）至沸点，使其由液态变为气态蒸汽，推动汽轮发电机进行发电。按着聚光方式的不同，太阳能光热发电系统一般分为塔式、槽式和碟式三种；目前只有槽式线聚光系统实现了商业化，其他两种处在示范阶段，有实现商业化的可能和前景。美国和以色列联合组成的路兹太阳能热发电国际有限公司，自1980年开始进行太阳能光热发电技术研究，主要开发槽式太阳能光热发电系统进入商品化阶段。我国在光热发电领域起步晚，受经费和技术条件的限制，没有给予足够的重视，开展的工作比较少，到目前还没有成功的太阳能光热发电示范，关键部件研发上几乎是空白。主要由一些高校和科研院所开展了一些基础性研究，离大规模商业化运营还有较大差距。（二）太阳能光伏发电1、太阳能光伏发电原理“光伏”来源于“光生伏打效应”(简称“光伏效应”)，指的是光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。能产生光伏效应的材料很多，如单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同。太阳光照射太阳能电池，太阳光的光子在电池里激发出电子空穴对，电子和空穴分别向电池的两端移动，如果外部构成通路，就形成电流。阳能电池单元是光伏发电最小的单元；将电气性能相近的多个太阳能电池单元进行串并联并进行封装组成太阳能电池组件；在大规模光伏发电应用中，一般将多个太阳能电池组件按照电气性能串并联构成太阳能电池阵列。太阳能光伏发电是继风力发电之后又一个被世界普遍接受和看好的能源利用形式之一。近年来由于技术的不断进步，成本的逐渐降低，世界上很多国家都制定了相关的激励政策，大大推动了光伏发电技术的发展。我国在光伏发电领域起步并不晚，并且到目前为止，中国已经在太阳能电池组件的生产能力上走在世界的前列，很多科研院所也逐步开展了相关技术的研究，有力地推动了我国光伏产业的发展。太阳能光伏发电系统将太阳能电池输出的直流电能通过功率变换装置给负载供电（交流或直流）或者向电网输出功率。太阳能光伏发电系统可分为离网型和并网型两种。1）离网型光伏发电系统离网型光伏发电系统的结构见图4-1所示.太阳能电池发出的直流电能可以直接为直流负载供电，也可以通过逆变器（实现直流到交流的变换）为交流负载供电。为了为负载持续供电，系统必须配备储能装置，目前多为蓄电池。整个系统的的运行控制、保护由控制器完成。2）并网型光伏发电系统并网型光伏发电系统是指与电网相连的光伏发电系统。根据其是否含有储能装置可以分为两类：含有储能装置的又称“可调度式光伏并网发电系统”；不含储能装置的又称“不可调度式光伏并网发电系统”。两者的系统配置示意图见图4-2所示。可调度式并网光伏系统设置有储能装置，有益于电网调峰。二、风力发电（一）风力发电原理风力发电的过程是一个能量变换的过程：风的动能先被风力机的桨叶捕获并转换为机械能，再经过一个含齿轮箱（增速）的机械传动系统传递给发电机；发电机实现机械能到电能的转换；由于风速是变化的，发电机直接出来的电能在幅值和频率上都与电网不同，不能够直接被用户使用，需要一个功率变换装置；功率变换装置一方面实现与电网的接口，另一方面可以实现风力发电机的控制。目前风力发电系统产品多为690V，需要一个变压器升压到电网电压(一般35kV以上)。风力发电原理见图4-3。微电网的分类微电网的分类微电网按照不同的分类方法可以分为以下几类(1)按功能需求分类按功能需求分类，微电网可分为简单微电网简单微电网、多种类设备微电网多种类设备微电网和公用微电网公用微电网。简单微电网简单微电网仅含有一类分布式发电，其功能和设计也相对简单，如仅为了实现冷、热、电联供或保障关键负荷的供电。多种类设备微电网多种类设备微电网含有不只一类分布式发电，由多个不同种类的简单微电网组成或由多种性质互补协调运行的分布式发电系统构成。相对于简单微电网，多种类设备微电网的设计与运行则更加复杂，该类微电网中应划分一定数量的可切换负荷，以便在紧急情况下离网运行时维持微电网的功率平衡。公用微电网公用微电网在公用微电网中，凡是满足一定技术条件的分布式发电和微电网都可以接入，它根据用户对可靠性的要求进行负荷分级，紧急情况下首先保证高优先级负荷的的供电。微电网按功能需求的分类很好地解决了微电网运行时的归属问题：简单微电网可以由用户所有并管理；公用微电网则可由供电公司运营；多种类设备微电网既可属于供电公司，也可属于用户。(2)按用电规模分类按用电规模分类 按用电规模划分，微电网可分为按用电规模划分，微电网可分为简单微简单微电网电网、企业微电网企业微电网、馈线区域微电网馈线区域微电网、变电站区域微电网变电站区域微电网和和独立微电网独立微电网。简单微电网用电规模小于2MW,由多种负荷构成的、规模比较小的独立性设施、机构如医院、学校等。企业微电网用电规模在25MW之间，由规模不同的冷、热、电联供设施加上部分大的商业和工业负荷组成。馈线区域微电网用电规模在520MW之间，由规模不同的冷、热、电联供设施加上部分大的商业和工业负荷组成。变电站区域微电网用电规模大于20MW，一般由常规的冷、热、电联供设施加上附近全部负荷（即居民、商业和工业负荷）组成。以上四种微电网的主网系统为常规电网，所以又可称为并网型微电网。并网型微电网。独立微电网独立微电网主要是指边远山区，包括海岛、山区、农村等常规电网辐射不到的地区，主网配电系统采用柴油发电机或其他小机组发电构成主网供电，满足地区的用电需求。(3)按交直流类型分类按交直流类型来划分，微电网分为直流微电网、交流微电网和交直流混合微电网。微电网图（图（2 2）直流微电网结构图）直流微电网结构图直流微电网直流微电网一、直流微电网是指采用直流母线构成的微电网一、直流微电网是指采用直流母线构成的微电网 微电网 直直流流微微电电网网的的结结构构如如图图（2 2）所所示示，其其特特征征是是系系统统中中的的DG、储储能能装装置置、负负荷荷等等均均通通过过电电力力电电子子变变换换装装置置连连接接至至直直流流母母线线，直直流流网网络络再再通通过过逆逆变变装装置置连连接接至至外外部部交交流流电电网网。直直流流微微电电网网通通过过电电力力电电子子变变换换装装置置可可以以向向不不同同电电压压等等级级的的交交流流、直直流流负负荷荷提提供供电电能能，DG和和负负荷荷的的波波动动可可由储能装置在直流侧补偿。由储能装置在直流侧补偿。直流微电网直流微电网AddYourTitleAddYourTitleAddYourTitle由于由于DG的控制的控制只取决于直流电压，只取决于直流电压，直流微电网的直流微电网的DG较较易协同运行。易协同运行。DG和负荷的波和负荷的波动由储能装置在直动由储能装置在直流侧补偿。流侧补偿。相比于交流微电网，相比于交流微电网，直流微电网由于各直流微电网由于各 DG与直流母线之间与直流母线之间仅存在一级电压变换仅存在一级电压变换装置，降低了系统建装置，降低了系统建设成本，在控制上更设成本，在控制上更易实现；同时，由于易实现；同时，由于无需考虑各无需考虑各DG之间之间的同步问题，在环流的同步问题，在环流抑制上更具优势。抑制上更具优势。直流微电网的优点：直流微电网的优点：常用用电负荷交流负荷，需要通过逆变装常用用电负荷交流负荷，需要通过逆变装置给交流用电负荷供电。置给交流用电负荷供电。直流微电网的缺点：直流微电网的缺点：二、交流微电网交流微电网是指采用交流母线构成的微电网，交流母线通过公共连接点（PCC）断路器控制，实现微电网并网运行和离网运行。微电网交流微电网交流微电网模式切换模式切换图（图（3 3）交流微电网结构图）交流微电网结构图模式切换模式切换模式切换模式切换模式切换微电网 目目前前，交交流流微微电电网网仍仍然然是是微微电电网网的的主主要要形形式式，其其典典型型结结构构如如图图（2）所所示示。在在交交流流微微电电网网中中，DG、储储能能装装置置等等均均通通过过电电力力电电子子装装置置连连接接至至交交流流母母线线，通通过过对对公公共共连连接接点点(PCC)端端口口处处开开关关的的控控制制，可可实实现现微微电电网网并网运行与孤岛运行并网运行与孤岛运行模式的转换。模式的转换。交流微电网交流微电网交流微电网的优点：优点：采用交流母线与电网相连，符合交流用电情况，交流用电负荷不需专门的逆变装置。缺点：缺点：微电网控制运行较难。三、交直流混合微电网交直流混合微电网是指采用交流母线和直流母线共同构成的微电网。微电网图（图（4 4）交直流混合微电网结构图）交直流混合微电网结构图交直流混合微电网交直流混合微电网微电网 交直流混合微电网交直流混合微电网 交交直直流流混混合合微微电电网网结结构构图图如如图图（4 4）所所示示。微微电电网网中中既既含含有有交交流流母母线线又又含含有有直直流流母母线线，既既可可以以直直接接向向交交流流负负荷荷供供电电又又可可以以直直接接向向直直流流负负荷荷供供电电，因因此此可可称称为为交交直直流流混混合合微微电电网网。但但从从整整体体结结构构分分析析，实实际际上上仍仍可可看看做做是是交交流流微微电电网网，直直流流微微电电网网可可看看做做是是一一个个独独特特的的电电源源通通过过电电力力电电子子逆逆变变器器接接入交流母线。入交流母线。四、按结构的复杂程序来分可分为简单结构和复杂结构微电网所谓简单结构微电网，是指系统中DG的类型和数量较少、控制和运行比较简单的微电网。所谓复杂结构微电网，是指系统中DG类型多、DG接入系统的形式多样、运行和控制相对复杂的微电网。德国DeMotec微电网结构在复杂结构微电网中含有多种不同电气特性的DG，具有结构上的灵活多样性。但对控制提出了相对较高的要求，需要保证微电网在不同运行模式下安全、稳定运行。微电网微电网的控制模式微电网的控制模式l主从控制模式主从控制模式l对等控制模式对等控制模式l分层控制模式分层控制模式微电网所谓主从控制模式，是指在微电网处于孤岛运行模式时，其中一个DG(或储能装置)采取定电压和定频率控制(简称V/f控制)，用于向微电网中的其他DG提供电压和频率参考，而其他 DG则可采用定功率控制(简称PQ控制)，如图（5）所示。采用V/f控制的DG(或储能装置)控制器称为主控制器，而其他DG的控制器则称为从控制器，各从控制器将根据主控制器来决定自己的运行方式。主从控制模式微电网图（图（5 5）主从控制微电网结构）主从控制微电网结构主从控制模式微电网主从控制模式适于采用主控制器控制的DG需要满足一定的条件。在微电网处于孤岛运行模式时，作为从控制单元的DG一般为PQ控制，负荷变化主要由作为主控制单元的DG来跟随，因此要求其功率输出应能够在一定范围内可控，且能够足够快地跟随负荷的波动。在采用主从控制的微电网中，当微电网处于并网运行状态时，所有DG一般都采用PQ控制，而一旦转入孤岛模式，则需要作为主控制单元的DG快速由PQ控制模式转换为V/f控制模式，这就要求主控制器能够满足在两种控制模式间快速切换的要求。微电网所谓对等控制模式，是指微电网中所有 DG在控制上都具有同等的地位，各控制器间不存在主、从的关系，每个DG都根据接入系统点电压和频率的就地信息进行控制。对等控制模式 对于这种控制模式，DG控制器的策略选择十分关键，一种目前备受关注的方法就是 Droop 控制方法。微电网图（图（6 6）对等控制的微电网结构）对等控制的微电网结构对等控制模式微电网 分层控制，是指将管理组织分为分层控制，是指将管理组织分为不同的层级不同的层级，各个，各个层级在服从整体目标的基础上，相对独立地开展控制活层级在服从整体目标的基础上，相对独立地开展控制活动。动。电力系统分层控制电力系统分层控制，根据电力系统管理体制、组织、，根据电力系统管理体制、组织、电网结构和电压等级，各级调度按职责和任务及其管辖电网结构和电压等级，各级调度按职责和任务及其管辖范围，对电网的有功范围，对电网的有功-频率、无功频率、无功-电压、线路潮流进行的电压、线路潮流进行的控制和管理控制和管理。分层控制分层控制微电网微电网发展的关键技术l大电网应对微电网接入的关键问题l大电网与微电网相互作用的机理l含微电网的大电网运行策略l含微电网的大电网保护构建策略l微电网与大电网的电能交易模式微电网微电网接入大电网后，将对大电网的规划、运行、保护等方面带来深刻影响。开展微电网与大电网相互作用的研究，对揭示二者相互影响的作用规律，进而提出微电网与大电网在规划、运行、保护等方面的改进措施具有重要意义，能够为新型电网系统进行的技术升级和改造提供有力的理论依据。大电网应对微电网接入的关键问题大电网应对微电网接入的关键问题微电网在微电网和大电网并联运行中，微电网对大电网所表现的电气特性较复杂。目前国内在这二者作用机理方面的研究基本处于起步阶段，拟研究的主要课题包括：微电网稳、暂态运行特性的理论分析及建模方法的研究；微电网对大电网的电压、功角和频率稳定运行的作用机理和对应措施的研究；微电网与大电网控制系统及故障过程相互作用机理的研究和微电网所引起的大电网电能质量的研究。微电网与大电网相互作用机理研究的目的就是要揭示出二者相互作用的本质，发展相关的理论和方法，为含微电网大电网系统的稳定性分析与控制奠定理论基础。大电网与微电网相互作用的机理大电网与微电网相互作用的机理微电网含微电网的大电网运行策略对包含微电网的大电网运行策略进行研究，需要从以下6个方面展开：含微电网的大电网短期负荷预测方法；含微电网的大电网调度技术与规范；含微电网的大电网经济运行策略；含微电网的大电网电能质量问题；微电网并网技术与规范；含微电网的大电网安全紧急控制策略。微电网含微电网的大电网保护构建策略含微电网的大电网保护构建策略 根根据据含含有有微微电电网网的的大大电电网网保保护护在在实实际际应应用用中中面面临临的的理理论论和和技技术术问问题题，进进而而开开展展的的课课题题研研究究主主要要集集中中在在不不同同类类型型微微电电网网短短路路电电流流的的特特性性研研究究与与仿仿真真计计算算模模型型的的建建立立、新新型型大大电电网网保保护护系系统统的的构构建建及及整整定定计计算算原原则则的的研研究究，以以及及大大电电网网保保护护与与微微电电网网保保护护的的协协调调配配合合机机制制的的研研究究等等关键基础性问题方面。关键基础性问题方面。微电网接入微电网后，电力市场中的交易模式、竞价机制等都将发生变化，形成一种新的格局：一方面，DG作为微电网的重要组成部分，将使电力公司与用户之间形成一种新型关系，用户可以从电力公司买电，也可以在自发自用的基础上，将自己拥有的 DG的剩余电能卖给电力公司或为电力公司有偿提供削峰、紧急功率支持等服务；另一方面，微电网并网运行时参与大电网竞争，必将对原有的电力市场交易模式产生影响。微电网与大电网的电能交易模式微电网与大电网的电能交易模式微电网微电网接入大电网后，将对大电网的规划、运行、保护等方面带来深刻影响。开展微电网与大电网相互作用的研究，对揭示二者相互影响的作用规律，进而提出微电网与大电网在规划、运行、保护等方面的改进措施具有重要意义，能够为新型电网系统进行的技术升级和改造提供有力的理论依据。大电网应对微电网接入的关键问题大电网应对微电网接入的关键问题微电网在微电网和大电网并联运行中，微电网对大电网所表现的电气特性较复杂。目前国内在这二者作用机理方面的研究基本处于起步阶段，拟研究的主要课题包括：微电网稳、暂态运行特性的理论分析及建模方法的研究；微电网对大电网的电压、功角和频率稳定运行的作用机理和对应措施的研究；微电网与大电网控制系统及故障过程相互作用机理的研究和微电网所引起的大电网电能质量的研究。微电网与大电网相互作用机理研究的目的就是要揭示出二者相互作用的本质，发展相关的理论和方法，为含微电网大电网系统的稳定性分析与控制奠定理论基础。大电网与微电网相互作用的机理大电网与微电网相互作用的机理微电网含微电网的大电网运行策略对包含微电网的大电网运行策略进行研究，需要从以下6个方面展开：含微电网的大电网短期负荷预测方法；含微电网的大电网调度技术与规范；含微电网的大电网经济运行策略；含微电网的大电网电能质量问题；微电网并网技术与规范；含微电网的大电网安全紧急控制策略。微电网含微电网的大电网保护构建策略含微电网的大电网保护构建策略 根根据据含含有有微微电电网网的的大大电电网网保保护护在在实实际际应应用用中中面面临临的的理理论论和和技技术术问问题题，进进而而开开展展的的课课题题研研究究主主要要集集中中在在不不同同类类型型微微电电网网短短路路电电流流的的特特性性研研究究与与仿仿真真计计算算模模型型的的建建立立、新新型型大大电电网网保保护护系系统统的的构构建建及及整整定定计计算算原原则则的的研研究究，以以及及大大电电网网保保护护与与微微电电网网保保护护的的协协调调配配合合机机制制的的研研究究等等关键基础性问题方面。关键基础性问题方面。微电网接入微电网后，电力市场中的交易模式、竞价机制等都将发生变化，形成一种新的格局：一方面，DG作为微电网的重要组成部分，将使电力公司与用户之间形成一种新型关系，用户可以从电力公司买电，也可以在自发自用的基础上，将自己拥有的 DG的剩余电能卖给电力公司或为电力公司有偿提供削峰、紧急功率支持等服务；另一方面，微电网并网运行时参与大电网竞争，必将对原有的电力市场交易模式产生影响。微电网与大电网的电能交易模式微电网与大电网的电能交易模式微电网微电网能量管理系统（EMS)微微电网网被被定定义为发电和和负荷荷的的集集合合，而而通通常常负荷荷不不仅包包括括了了电负荷荷，还包括热和和冷冷负荷荷，即即热电联供供和和热电冷冷三三联供供。因因此此，微微电网网不不仅要要发电，而而且且要要利利用用发电的的余余热以以提提高高总体体效效率率。能能量量管管理理系系统（Energy Management System，EMS）的的目目的的即即为为作作出出决决策策以以最最优优地地利利用用发发电电产产生生的的电电和和热热（冷冷）。该该决决策策的的依依据据为为当当地地设设备备对对热热量量的的需求、气候的情况、电价、燃料成本等。需求、气候的情况、电价、燃料成本等。微电网微电网能量管理系统(EMS)能量管理系统的调度控制功能：能量管理系统是为整个微电网服务的，即为系统级的，由此首要任务是将设备控制和系统控制加以明确区分，使各自的作用和功能简单明了。微型汽轮机的转速、频率、机端电压、发电机（微电源）的功率因数等应由微电源来控制，他们依据就地信号。CERTS的模型中，EMS只调度系统的潮流和电压。潮流调度时需考虑燃料成本、发电成本、电价、气候条件等。EMS仅控制微电网内某些关键母线的电压幅值，并由多个微电源的控制器配合完成，与配电网相联的母线电压应由所联上级配电网的调度系统来控制。微电网微电网能量管理系统(EMS)除除了了上上述述基基本本功功能能外外，EMS还还具具有有其其他他一一些些功功能能，如如当当微微电电网网与与配配电电网网解解列列后后微微电电网网应应配配备备快快速速切切负负荷荷的的功功能能，以以使使微微电电网网内内的的发发电电与与负负荷荷平平衡衡；由由于于微微电电源源同同时时供供给给电电、热热等等负负荷荷，调调度度时时应应同同时时兼兼顾顾，一一般般情情况况下下往往往往采采取取“以以热热定定电电”的的原原则则，即即满满足足用用户户对对热热负负荷荷需需求求的的条条件件下下再再进进行行电电量量的的调调度度；微微电电网网中中应应配配备备一一些些储储能能设设备备，如如蓄蓄电电池池、超超级级电电容容、飞飞轮轮等等。此此外外，由由于于微微电电网网本本身身位位于于用用户户侧侧，这这些些用用户户可可能能为为中中心心商商业业区区、学学校校、工工厂厂等等，它它们们本本来来就就有有供供热热、通通风风、空空调调等等过过程程控控制制系系统统，未未来来的的EMS有有可可能能成为这些系统以及当地发电、储能等的总调度系统。成为这些系统以及当地发电、储能等的总调度系统。微电网中国发展微电网的意义中国发展微电网的意义(1)微电网可以提高电力系统的安全性和可靠性，有利于电力系统抗灾能力建设。(2)微电网可以促进可再生能源分布式发电的并网，有利于可再生能源在我国的发展。(3)微电网可以提高供电可靠性和电能质量，有利于提高电网企业的服务水平。(4)微电网能够有效减少对集中式大型发电厂电力生产的依赖以及远距离电能传输、多级变送的损耗，降低网损。(5)微电网能够有效地解决我国西部地区目前常规供电所面临的输电距离远、功率小、线损大、建设变电站费用昂贵的问题，为我国边远及常规电网难以覆盖的地区的电力供应提供有力支持，有利于社会主义新农村建设。微电网系统的构成设备微电网系统的构成设备（1）分布式发电接入微电网综合控制管理所用设备小型微电网系统网络结构分布式发电接入微电网综合控制管理所用设备只需在集中控制层中使用一台集中控制器（该集中控制器直接嵌入控制屏中，无需独立的监控室），该集中控制器能完成数据采集、应用服务、数据库服务、操作员监控界面等功能，具有结构简单、占地小、投资小等特点。大中型微电网系统网络结构对于大中型微电网系统网络，由于其管理设备较多、电压等级较高，系统规模较大等特点，集中控制层所需设备除交换机和集中控制器外，还应包括能量管理系统前置机、微电网工作站、微电网/配网数据交互终端等设备，用来完成集数据采集、应用服务程序的运行、数据的存储及监控界面的显示、微电网/配网数据交互数据的上传等，根据需要，这些服务器可以采用双机以实现主备。该类型系统结构具有结构灵活、运行安全、运行效率高、功能配置强大等特点。无论是小型还是大中型的微电网，其所需要的设备及完成的功能如下：集中控制器集中控制器集中控制器是整个微电网控制系统的核心部分，完成整个微电网的监视和控制(SupervisoryControlandDataAcquisition：SCADA)，以及微电网能量管理控制(微电网能量管理系统)等功能。集中控制器的外观集中控制器的外观集中控制器主要完成的功能：一是微电网的综合监视、实时统计即：对分布式电源发电情况进行监控、统计和分析；对储能系统充放电进行监控、统计和分析；对负荷进行进行监控、统计和分析；对整个微电网的综合运行情况监视与统计；对微电网内的电能质量监视二是对微电网内的能量进行管理，即：对分布式发电及负荷进行预测：如进行光伏发电的预测、风机发电预测、负荷预测等；对配电网进行功率交换方面的控制；对调度交换的功率进行紧急控制；对离网能量进行平衡控制；对分布式电源出力进行平滑控制；能进行自动电压的无功控制；能对分布式电源发电互补进行经济运行分析；能对冷热电联供进行优化控制；能对负荷进行自动跟踪并进行消峰填谷。微微电网并离网控制网并离网控制设备微电网并离网控制设备（如MSD831/R1、MSD831/R2）可对公共连接点进行监控，实现离网自动断开连接断路器、自动并网等功能。该装置用在公共连接线路和连接母线上，可同时管理两个公共连接线路和母联，主要配置有孤岛检测、自动同期并网、手动同期并网、过流保护、电能质量检测等。微微电网网负荷控制荷控制设备微电网负荷控制设备(如：MSD832)具有低频、低压、过频、过压控制功能，主要用于低频、低压减载，过频切机，过频或过压解列。装置测量安装处的母线电压、频率以及变化率。当发生频率、电压事故时，进行相应的频率、电压事故判断及处理。适用于两段母线并列或分列运行的微电网，也可用于单段母线的微电网。微微电网前置网前置终端端设备微电网前置终端设备（如MCC803）其主要是用来完成各种设备的规约解析与数据接入，包括分布式电源接入（光伏逆变器、风机逆变器、储能双向变换器等）、保护测量装置、微电网并离网控制器等。其支持的规约类型包括IEC61850、IEC8705103/104、Modbus/Jbus等标准规约，并支持其他设备厂家的自定义协议。微网微网/配网数据交互配网数据交互终端端设备微网/配网数据交互终端设备（如MCC802）主要是用来与微电网集中控制器进行通讯，获取处理后的采集数据与微电网统计数据，并上送配网调度（也可将数据发送至其他应用），并且接受配电网对微电网的遥控、参数设置命令，实现微电网与配电网间数据的上送与下传。与配网调度间的规约支持IEC61850、IEC8705101/104、CDT等。分布式分布式发电：光伏：光伏发电系系统相关相关设备典型的光伏发电系统的示意图典型的光伏发电系统方框图它是由一个光伏箱式变电站和若于光伏电池方阵、负荷和汇流箱所组成的，其中的光伏箱式变电站是在对常规箱变产品进行创新设计的基础上，集成光伏发电交直流系统、逆变装置、低损耗变压器及其它控制系统的新型产品，使交直流控制系统、逆变装置、升压系统、控制系统等更有机的结合起来，达到配置形式简化、可靠性灵活性高、运行检修安全方便，同时具有环保节能、结构紧凑等特点，完全满足大型光伏电站接入电网的需求。与光伏发电有关的设备主要有：1）光伏电池组件光伏电池组件可分为晶硅（单晶硅、多晶硅)、非晶硅及微晶硅薄膜等电池组件，其功能主要是完成太阳能到电能的转换。单晶硅电池组件多晶硅电池组件非晶硅电池组件2）光伏防雷汇流箱光伏汇流箱是根据逆变器输入的直流电压范围，把一定数量的规格相同的光伏组件的组串排列后接入光伏防雷汇流箱进行汇流，方便了后级逆变器的接入。另外，由于光伏防雷汇流箱通常光伏专用防雷器和高性能自动微型断路器，可以为下级设备提供必要的的隔离保护功能。3）光伏控制器光伏控制器的主要作用是控制多路太阳能电池方阵对蓄电池充电以及蓄电池给太阳能逆变器负载供电的自动控制设备。光伏控制器采用高速CPU微处理器和高精度A/D模数转换器，是一个微机数据采集和监测控制系统。既可快速实时采集光伏系统当前的工作状态，随时获得PV站的工作信息，又可详细积累PV站的历史数据，为评估PV系统设计的合理性及检验系统部件质量的可靠性提供了准确而充分的依据。此外，光伏控制器还具有串行通信数据传输功能，可将多个光伏系统子站进行集中管理和远距离控制。4）光伏逆变器光伏逆变器主要用来实现直流到交流的变换，除此之外，还能完成电压、电流、频率等数据的显示、通/断电故障及报警的指示、输出短路保护、过流保护、输入欠压保护、输入过压保护、输入反接保护、过热、过载保护以及防雷保护等保护功能。分布式分布式发电：风力力发电系系统相关相关设备1）风力发电机组风力发电机组主要功能是用来将风能转换成电能，较常用的风力发电机组一般是采用下风向结构设计，外形紧凑美观，能实现低风速运行，采用被动变浆控制技术，超越偏航控制，强风下风轮转速稳定，安全可靠性提高；采用主动变浆刹车停机技术，实现柔性刹车并具有自动(手动)开机功能及自动(手动)刹车停机功能，采用永磁直驱发电机，无需特殊维护保养。2）风力发电控制器风力发电控制器是对风力发电机组所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量按蓄电池的特性曲线对蓄电池组进行充电，当所发的电不能满足负载需要时，控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后，控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时，控制器要控制蓄电池不被过放电，保护蓄电池。3）风力发电逆变器风力发电逆变器采用交-直-交的变换机构，由整流部分、直流变换部分和逆变部分构成，它能解决风力发电机组在低风速时整流以后的电压幅值过低、频率变化太快、直流纹波较大、电压尖刺等问题，具有升压和稳压并能将将风力发电机组输出的直流转换成适合并网条件的交流后再通过变压器或直接并入电网，它在风力发电机组与电网之间起到一咱连接了缓冲作用，使得风力发电在并网时无电流冲击，同时还可以调节电压、频率及输出功率。储能系列能系列设备蓄电池蓄电池（Storagebattery），又称可充电电池（Rechargeablebattery），泛指所有在电量用到一定程度之后可以被再次充电、反复使用的化学能电池的总称。它之所以可以充电是因为化学作用在接上外部电源后其化学作用能反向进行。储能系统蓄电池分胶体电池系列、铅酸电池系列和锂电池系列。胶体电池以额定电压可分为6V和12V两种规格。铅酸电池以额定电压2V为主。锂电池以额定电压3.2V为主。2.4 微电网接线形式微电网接线形式低压线路的接线方式有放射式、树干式、环形等。微电网包括若干条馈线，整个网络成放射状。馈线通过微电网主隔离装置（一般是静态开关）与配电网系统相连，可实现孤网与并网运行模式间的平滑无缝转换。微微电网接网接线形式的特点形式的特点1、微电网可按负荷的重要程度以及负荷对电能质量的不同要求，分别接入不同的馈线，从而实现对负荷的分级分层控制。2、微电网中分布式电源接入馈线中，使线路中的功率变为双向流，为微电网的控制、保护带来而来新的问题。2.5 微电网的负荷微电网的负荷微电网负荷分为电负荷和热（冷）负荷。并网运行模式下，电力配电系统通常被认为是电气“松弛母线”，即平衡节点，以供应/吸收微电网产生的不平衡功率，维持净功率平衡。如果净输入/净输出达到硬性限制，微电网内部也可以采取切负荷或者切电源方案。孤网运行模式下，经常会采用切负荷/切电源方案以维持功率平衡，从而稳定微电网/角度。运行策略必须保证微电网对关键负荷的服务优先。微电网运行应该满足用户服务分化，改善特殊负荷的电能质量以及提高特殊类别负荷的可靠性。同时，也应该实行负荷控制，通过减少峰荷和负荷变动的范围，优化可调度DG单元的额定容量。