微电网技术在主动配电网中的应用研究

摘 要：传统的配电电网机构已经无法适应社会的快速发展。在主动配电网中采用微电网技术构成智能化控制配电网络，不仅能够保护环境和减少供电消耗，而且可以发挥调节和管理能源的作用。以主动配电网和微电网群为研究对象，对微电网接入主动配电网后的网架结构、规划设计等问题进行了阐述，分析了微电网技术为主动配电网带来的优势，同时论述了微电网技术应用所面临的问题以及解决对策。

关键词：微电网;主动配电网;结构;规划

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.141

众所周知，电力行业是我国国民经济中十分重要的一部分。随着经济的发展和进步，生产以及生活等诸多方面，对电力输送的要求越来越高[1]。然而传统配电网往往无法满足新产业、新行业、新产品的技术要求。特别是在间歇式能源的吸纳方面，传统技术就会无能为力[2]。那么如何利用新技术实现被动式电网向主动式电网转化，进而完成大量间歇式能源的主动控制和管理，已然成为当前电力系统亟待解决的关键问题。另外，微电網技术作为一门新兴技术，其在主动式配电网中的应用，不仅能够减小功耗而且可以大幅提高配电网工作效率。总体来说，微电网技术可以满足配电网发展的各种需要，是我国能源和电力发展的主要方向[3]。

1 微电网定义及特点

一般情况下，微电网由分布式电源、能量储存装置、能量转换装置、监控装置、保护装置以及负载等构成的小型配电系统。微电网具有一定的控制、保护和管理功能，既可以单独运行也可以并到外部网络。根据区域电力实际使用情况，微电网的作用在于合理分配传统发电模式产生的电能和分布式电源，进而可持续为区域提供电力和热能[4]。微电网是实现主动式配电网的一种重要形式，有助于促进传统电网向智能电网转变。微电网具有以下特点：

1.1 独立运行

在并网模式下，负荷可同时从微电网或主电网上获取电能。如果微电网电能质量不符合国家标准或者在任何节点处出现故障，那么微电网就会自行断开，而且不影响主电网的正常运行，所以具有较强的独立性。

1.2 融合分布式发电

对于发电负荷，微电网能够以基本单元为单位进行合理、有效地控制，可实现分布式电源的融合以及高效利用，提高闲置能源的利用程度，在很大程度上降低分布式发电能源的不稳定性对整个电网的影响。

1.3 储存电能

目前来看，传统的分布式电网仍很难满足行业发展对电力能源的需求，微电网的应用则可以解决能量需求不断变化的问题。另外，微电网具有储存电能的特点，可以保证能量平衡。

2 微电网接入主动配电网的结构和规划设计

2.1 结构

微电网应用典型结构如图1所示。微电网内部包含常规负荷、可控负荷、储能单元以及分布式电源等，然后以单点接入形式并到主动配电网。而且可以实现多种互供互联模式共存。微电网能够在最大程度上实现不同负荷、电源或储能设备的调控;而且还可以准确、及时地管理、分析信息流通和电力传输方向;一方面提高了电网资源配置效率，另一方面保证了公网电能质量[5]。

2.2 规划设计

网源双层综合规划如图2所示，如上所述分布式电源、储能装置以及负荷都是通过微电网的形式接入，所以主动配电网规划设计应该综合考虑配电网和微电网两层因素[6]。

微电网中分布式电源的规划包括两个方面：技术方案和效益分析。技术方案需要从模型建立、电源类型、接入位置、安装容量、储能配套、负荷需求等方面综合考虑。效益分析需要综合考虑环境效益、经济效益、社会效益和用户满意度等。以充电桩为例，其数量大、随机性强、功率波动大、可控性差，规划过程中需要慎重考虑。

主动配电网与微电网网架规划可分为中短期规划、长期规划。中短期规划需从可靠性、投资成本、网络损耗、运行成本、建设环境、抗灾供电等方面入手;长期规划需从网络拓扑、灵活性、经济性、城市规划、负荷需求、工程实际等方面入手。以电力电子设备、固态变压器、固态断路器为例，其选型需要考虑后期负荷增加等问题[7]。

主动配电网中多个微电网布局同样是设计的重点。 本文以6个微电网系统单点接入主动配电网布局为例进行阐述，结构如图3所示。

从图中可以看出：微电网之间布局规划需要考虑以下几点：

（1）分布式电源的不确定性和不同种类分布式电源之间的互补性。

（2）微电网的优化配置和选址定容，重点参考经济效益、电气运行、环境保护等指标。

（3）主动配电网的多层次网架结构以及潮流特点。

（4）预留应急供电方案，以提高抗灾能力。

（5）大规模充电桩的规划、设计、布局等问题。

（6）城市规划建设，后期改造、升级、拆迁等诸多问题。

综上所述，主动配电网规划以及微电网布局需要研究一种多目标、多约束、非线性动态规划方法。

3 微电网的问题及解决对策分析

从前面论述可以得出，微电网的优势比较明显而且应用前景非常广阔。但是作为一门新兴技术，在实际应用过程中还是存在一定的问题。

3.1 电能质量问题

电能质量是首要问题，具体表现为高电压、谐波污染和频率/电压闪变等。

对于高电压，主要是由负荷减小造成的。一般情况下，接入微电网的分布式电源电压是稳定的，但是如果负荷突然减小，其接入点处的电压就会达到极大值。电压波动有可能超过允许范围，因而出现高电压问题。为解决此问题，可采用如下两种途径：限制分布式电源注入功率;通过接口装置调节出口电压。

对于谐波污染，主要是由微电网中电力电子器件造成的。这些器件容易产生谐波，谐波振幅会影响电网电压的稳定性，改变输出电压波形，造成谐波污染。为解决此问题，通常安装谐波过滤装置或使用性能更好的电子器件。

对于频率/电压闪变，主要是由分布式电源的不可控性和间歇性造成的。再加上电子器件造成的系统惯性降低，一旦用户需求发生变化，分布式电源就无及时作出响应，容易出现频率/电压闪变同时冲击系统。为解决此问题，通常采用如下两种途径：分布式电源独立回路供电或配备分布式储能装置[8-9]。

3.2 微电网控制及管理问题

微电网管控问题主要涉及到并/离网控制和能量管理两个方面。为最大限度地发挥微电网的作用，在实际应用过程中，无论并网模式还是离网模式，各接入节点的電压、频率都应该具有一定的稳定性。微电网控制同时要注意电源、负荷之间暂态功率差额的平衡。根据实际需要，实现同主电网分离、并列、过度运行的自主性[10]。

当前，微电网能量控制往往采用分散式控制方式。这种方法虽然可以提高系统用电灵活性，但是仍存在较大的改进空间。原因如下：间歇性电源的存在，可控负荷在时间、空间上的不确定性;单一储能技术无法满足经济性、技术性需求，多种储能技术的配合使用成为了微电网能量管理的主要方向。

4 结论

本文以微电网在主动配电网中的应用为研究对象，重点论述了微电网接入主动配电网的结构;电网规划布局应该考虑哪些因素。对当前微电网技术应用仍面临的问题进行了探讨，包括电能质量问题和微电网控制、管理问题，给出了相应的解决对策。所研究内容对微电网技术的应用具有一定的参考价值。

参考文献：

[1]王成山，武震，李鹏.微电网关键技术研究[J].电工技术学报，2014，29（02）：1-12.

[2]董开松，谢永，涛贾嵘等.面向主动式配网的微电网技术探究[J]. 高压电器，2015（06）：97-100.

[3]范明天，张祖平，苏傲雪等.主动配电系统可行技术的研究[J]. 中国电机工程学报，2013，33（22）：12-17.

[4]刘凯，李幼仪.主动配电网保护方案的研究[J].中国电机工程学报，2014，34（16）：2584-2590.

[5]王成山，武震，李鹏.分布式电能存储技术的应用前景与挑战[J]. 电力系统自动化，2014，38（16）：1-8.

[6]王成山，李鹏.分布式发电、微网与智能配电网的发展与挑战[J]. 电力系统自动化，2010，34（02）：10-14.

[7]李超，侯庆雷，崔大明.微电网技术在主动配电网中的实际运用[J].企业技术开发，2015（36）：32-33.

[8]张建华，曾博，张玉莹等.主动配电网规划关键问题与研究展望[J].电工技术学报，2014，29（02）：13-23.

[9]尤毅，刘东，钟清等.主动配电网优化调度策略研究[J].电力系统自动化，2014，38（09）：177-183.

[10]吴雄，王秀丽，刘世民等.微电网能量管理系统研究综述[J]. 电力自动化设备，2014，34（10）：7-12.

作者简介：何国才（1979-），男，贵州毕节人，本科，助理技术专家，主要研究方向：配网运行及安全管理。