交直流混合微电网运行控制技术

岳应娟， 凤林， 蔡艳平， 王旭

(火箭军工程大学军队重点实验室， 西安 710025)

随着社会的飞速发展，各种用电负荷的增加，对电能的需求持续增强。尤其是偏远艰苦以及高山海岛地区，由于受到地理位置的制约，传统远距离、集中式、大容量的电能传输方式受到了很大的限制[1]。同时，由于环境污染和能源危机，开发利用清洁可再生能源，建立可持续的能源供电体系，已成为世界各国的发展趋势。分布式电源以其环保清洁、节约输电成本、可提高局部供电可靠性和能源利用率等优势，特别是近些年来，风能、光伏、金属燃料电池等新能源的迅速发展，因此受到了广泛的关注[2]。但由于传统大电网在建设过程中并未考虑分布式电源的接入，且分布式电源自身存在随机性、间歇性等特点，这会对大电网的稳定运行产生不利的影响。为了解决分布式电源在应用过程中存在的问题，研究人员提出了微电网的概念。

微电网系统可以看作是一个小型的电力系统，它是一个集成分布式电源、储能设备、电能变换装置及负载的系统，通过电力电子器件实现微电网内的能量控制与优化。它既可以工作在离网状态，为偏远艰苦及高山海岛等局部地区供电；又可以并网运行接入到大电网中，在满足自身负荷的要求下，还可为配电网的负荷提供支撑[3]。相比单一的直流微电网、交流微电网，交直流混合微电网兼具两者的优点。交流微电网发展的较为成熟，但其存在电能变换器件多、控制复杂等特点；直流微电网具有能量转换少、效率高、控制简单等优势，但由于传统交流配电网的限制，具有一定的局限性。交直流混合微电网结合了两者的优点，一方面可以实现对交流、直流发电单元和负载的高效接入，大大减少了电能变换环节，提高了电能输出效率；另一方面各交流子网和直流子网，既可以独立控制，也可以协调控制，还可以接入大电网，实现并/离网控制，提高了微电网系统的可靠性[4]。同时，由于交直流混合微电网存在源荷种类多样、拓扑结构复杂、运行模式多元、能量相互耦合以及协调控制变量多等特征，对交直流混合微电网的稳定运行控制带来了诸多挑战，这也使得交直流混合微电网运行控制技术成为微电网系统稳定运行的关键[5]。

为了更好地满足微电网系统的各类负荷用电需求，提供稳定可靠的高质量电能，需要对微电网系统进行综合全面的控制，这就需要选择合适的综合控制模式。交直流混合微电网的综合控制模式主要分为：主从控制模式、对等控制模式和分层控制模式[6]。由于交直流混合微电网系统拓扑结构复杂，设备类型众多，分布式发电单元由于地理因素的限制分散在各地，分层控制模式可以很好地解决这些问题。同时分层控制模式的控制结构清晰，可降低微电网系统的控制难度，提升系统内源荷储的协调控制能力，确保交直流混合微电网的稳定可靠运行[7]。

近年来，中外研究学者基于分层控制模式对微电网的运行控制技术开展了广泛的研究。文献[8]提出了一种兼容的微电网分层控制结构，利用虚拟振荡器控制明显提高了初级控制的响应，并实现了微电网并/离网无缝切换的平滑控制。文献[9]针对孤岛式微电网电能质量和电力供应不平衡的问题，提出了基于分散式模型预测的分层控制策略，该控制结构由内部控制回路、一级控制和二级控制组成，并与传统的控制策略对比，验证了该控制策略的可行性。文献[10]针对微电网系统内非线性负载和电力电子设备引起的微电网谐波问题，提出了利用分层控制的方法缓解谐波的影响，并取得了较好的效果。文献[11]提出了一种交直流混合微电网三层控制结构的分模式协调控制策略，实现了交直流混合微电网的多工况运行控制和微电网子网之间的储能荷电量均衡，提高了系统的稳定性和可靠性。文献[12]提出了利用基于云计算的物联网设备和基于机器学习的微电网三层控制策略，在第一层应用基于虚拟阻抗的恒压恒频控制策略；在第二层应用基于分散平均的方法消除微电网系统内电压和频率的偏差；在第三层应用人工神经网络技术建立基于云的机器学习模型，该策略在实际的交直流混合微电网测试中有效地提高了系统的稳定性。

综上所述，中外学者基于分层控制的理念对交直流混合微电网运行控制技术开展了相关研究，并取得了阶段性成果。交直流混合微电网运行控制技术作为交直流混合微电网的关键技术，在实现对不同类型分布式能源的高效接入、多种负荷的稳定供电以及运行模式切换下的动态功率平衡等发挥着重要的作用。以上研究，还缺乏基于交直流混合微电网分层控制理念的运行控制技术科学、系统、详尽的研究。为此，首先从交流、直流以及交直流混合微电网的典型结构与主要特征进行阐述，然后基于交直流混合微电网系统分层控制理念，从设备控制层、协调控制层以及能量管理层三方面的研究现状进行综述，最后分析了交直流混合微电网运行控制技术的重点难点内容，提出了微电网未来的发展趋势与展望。

1 微电网的典型结构及主要特征

1.1 交流微电网

交流微电网的典型结构，如图1[13]所示。在交流微电网中，各种分布式电源和储能设备通过电力电子装置连接到公共的交流母线上，同时，储能设备通过双向电能变换器为配电网提供双向功率流。通常在交流母线和大电网之间设有公共联结点(PCC端口)，对其打开或关闭可以实现微电网离网与并网模式的切换[14]。

交流微电网的优点：①不需要昂贵的换流站，通过电力电子装置就能实现电能变换，在换流时不会产生谐波电压电流的影响；②结构简单，成本较低，各单元通过电力电子装置可以容易地接入配电网，若某个电力电子装置损坏或者失效，其他电源的供电也不受影响；③交流微电网的发展起步早，技术成熟，应用范围也最为广泛[15]。交流微电网的缺点是过流能力弱，当微电网受到大扰动影响时，短时的冲击电流大于电力电子装置的安全阈值，就会对交流微电网的稳定性产生较大的影响，并且具有集肤效应和无功损耗的影响[16]。在交流微电网研究方面，电源与负载的容量配置、微电网的规划设计、能量管理系统与保护、自愈控制、电力电子的智能互联技术与黑启动等关键性技术受到了广泛的关注[17]。

DC(direct current)表示直流；AC(alternating current，)表示交流图1 交流微电网的典型结构[13]Fig.1 Typical structure of AC microgrid[13]

图2 直流微电网的典型结构[18]Fig.2 Typical structure of DC microgrid[18]

1.2 直流微电网

直流微电网是只含有直流母线的微电网，其典型结构如图2[18]所示。可以看出，光伏、蓄电池、燃料电池等直流分布式电源通过DC/DC变换器连接到直流母线上，柴电、风机、飞轮储能等交流分布式电源通过AC/DC变换器连接到直流母线上，直流母线可直接为直流负载供电，交流负载可通过DC/AC变换器实现供电。直流母线通过双向DC/AC变换器实现电能变换，利用公共联结点(PCC端口)开闭可实现直流微电网的并/网模式切换。

直流微电网的优点有：①直流微电网只需要控制母线电压的稳定就能实现内部功率的平衡，控制方法简单易于实现；②直流微电网中的分布式电源和负载均通过DC/DC变换器连接至直流母线，减少了大量整流逆变的过程，有效降低了损耗和成本；③直流微电网中几乎不存在电感损耗、集肤效应等，能够为负载提供高质量、更可靠的电能[19]。尽管直流微电网相比交流微电网有许多优点，但由于分布式电源输出电能具有时序性、间歇性等特点，会影响微电网的稳定运行，必须通过分布式电源与储能设备的协调控制，才能保持直流微电网的稳定运行[20]。目前中外学者对直流微电网已经开展了大量的相关研究，大多聚焦在包含电力电子变换器等关键设备的控制、多源协调控制技术、能量管理和保护系统及并/网无缝切换等关键性技术[21]。

1.3 交直流混合微电网

随着新能源的发展，不同类型的负荷迅速增加，交直流混合微电网受到了广泛的关注。交直流混合微电网同时包含直流母线和交流母线，各分布式电源及负荷通过电能变换器实现与交流、直流母线的能量流动，交流母线通过公共联结点(PCC端口)开闭实现交直流混合微电网并/离网模式切换[22]。典型的交直流混合微电网结构，如图3[23]所示。

图3 交直流混合微电网的典型结构[23]Fig.3 Typical structure of AC-DC hybrid microgrid[23]

交直流微电网结合了交流微电网和直流微电网的优点：①交直流微电网既有直流母线又有交流母线，可同时为交直流负荷供电，减少了电能变换器的数量，降低了电能变换的损耗；②交直流混合微电网既可以独立控制交流微电网或直流微电网，也可以协调控制，还可以通过联结点连接大电网，实现并/离网控制，提高了微电网的可靠性。基于以上的优点，交直流混合微电网的建设和改造成本大大降低，有利于交直流混合微电网的广泛应用，这也使得交直流混合微电网成为未来微电网发展的重要趋势[24]。目前，中外学者在交直流混合微电网的微电源接入与稳定运行、能量管理优化运行、微电网群建设、故障检测与保护等方面开展了大量的研究，并取得了丰硕的成果[25]。

2 交直流混合微电网运行控制技术的 研究现状

交直流混合微电网的运行控制是指微电网在不同的运行模式下，采取高效可靠的运行控制策略，协调控制微电网中的分布式电源和负荷，实现系统的稳定运行。基于分层控制的理念，交直流混合微电网三层控制架构分为本地控制层、协调控制层、集中控制层[26]，其结构如图4所示。

图4 交直流混合微电网分层控制结构Fig.4 AC-DC hybrid microgrid hierarchical control structure

2.1 本地控制层

第一层本地控制层，属于设备级控制。微电网系统中的分布式电源、储能设备和电力电子变换器等根据各自的功能要求，采取不同的控制策略进行本地自主控制运行，实现微电网系统内电压频率稳定和功率平衡。

2.1.1 分布式电源的建模仿真研究现状

交直流混合微电网中分布式电源类型和储能设备多样、工作原理不同、控制方法复杂，因而研究分布式电源的数学模型以及优化配置对于微电网的稳定运行具有重要的意义。微电网中分布式电源可分为旋转型微电源和逆变型微电源。旋转型微电源分为风力发电、水利发电、柴油机发电等，它们的输出特性与同步发电机的特性类似。逆变型微电源分为光伏发电、金属燃料电池发电、蓄电池等，这类电源输出直流电经逆变器转换为交流电为交流负荷供电。但这类电源输出的电能具有间歇性、不易控制等特点，同时由于电源之间的切换和相互影响，使得微电网的控制更加复杂。因此，如何精确地建立分布式电源和储能设备的数学模型以及优化配置，对研究交直流混合微电网的暂态与动态稳定性具有十分重要的意义[27]。

基于分布式电源的工作原理，采用合适的方法建立准确的模型，是对其稳定控制的基础。文献[28-33]采用恰当的数学方法，分别建立了光伏发电、分布式风力发电、微型燃气轮机、蓄电池、柴油发电机、燃料电池等数学模型，并进一步分析了电源特性。随着分布式电源大量接入到微电网中，使得交直流混合微电网的建模与分析愈发复杂。近些年，随着人工神经网络技术的快速发展，由于其可以很好地处理非线性复杂系统，受到了研究学者的广泛关注。文献[34]提出了一种基于优化回声状态网络的微电网等效建模方法，将微电网并网端的电流和功率分别作为网络的输入和输出，针对回声状态网络初始参数自适应差的问题，利用烟花算法对其进行自适应优化，通过建模仿真验证了该模型的准确性。文献[35]将长短期记忆网络(long sort-term memory，LSTM)应用到微电网系统的等效模型，通过采集微电网系统扰动期间公共耦合点的扰动数据来训练LSTM神经网络，得到了一种可靠的非线性等效模型。文献[36]提出了一种基于优化广义学习系统的微电网并网等效建模方法，以并网接入点的电气参数作为广义学习系统的训练数据集，并通过鲨鱼嗅觉优化算法对参数进行优化，经实验验证较好地提高了微电网模型的精度和泛化性能。

综上所述，随着微电网中分布式电源的大量接入和微电网群技术的广泛应用，传统的元器件建模法和等效电路法，在实际复杂的大型电力系统中存在较大的局限性，且很难较好地进行电力系统的建模分析。而以神经网络技术为代表的智能建模方法将整个微电网系统看作为外部系统，只需要通过微电网并网接入端的电压、电流和功率等参数建立其等效模型，避免其内部复杂的结构和元器件之间的相互影响关系，有效简化了微电网系统中分布式电源的建模规模，可极大地提高系统的仿真分析速度。智能建模方法为实际复杂微电网系统的建模仿真提供了很好地解决方案，在未来复杂微电网的建模分析中具有重要的研究意义。

2.1.2 分布式电源接口逆变器的控制策略研究现状

微电网中的分布式电源多为逆变型微电源，接口逆变器的控制就成为微电网系统的关键。为了实现微电网系统简单高效的控制，一种常用的方法是逆变器模拟传统同步发电机的控制方式，并按照下垂特性曲线运行。常见的分布式电源接口逆变器的控制策略分为恒功率控制(PQ控制)、恒压恒频控制(V/f控制)和下垂控制(Droop控制)[37]。

(1)恒功率控制。恒功率控制也称为PQ控制，是指逆变器按照参考功率值输出有功功率和无功功率，常用于微电网的并网运行。文献[38]提出了一种将多谐振控制、LCL恒功率控制与比例-积分(proportional-integral，PI)控制相结合的控制策略，能较好地解决LCL滤波型微电网在逆变器并网过程中出现系统谐振的问题。文献[39]针对微电网中存在因三相电压、电流不对称而造成微电网系统产生功率脉动的问题，提出了一种基于正负序信号解耦的改进型恒功率控制策略。首先把采集的并网点的实时信号分解成互相独立且平衡的正序、负序分量，然后利用陷波器对正负序分量进行解耦控制，限制其负序电流分量，实现微电网功率脉动的抑制。近些年来，随着人工智能技术的发展，智能算法也被引入到相应的控制策略中。文献[40]将智能模糊逻辑引入到微电网的分布式协同二次控制及稳定性分析方法中，利用基于智能模糊逻辑的参数调谐器对分布式二次控制回路和参数的小信号状态空间线性化模型优化，维持了微电网内频率和电压的稳定。在微电网运行过程中，由于光伏、风力和燃料等分布式电源易受外界环境的影响，输出的电压和功率存在较大波动，为了保证微电网并网运行时的安全性和稳定性，通常采用恒功率控制方法。

(2)恒压恒频控制。恒压恒频控制也称为V/f控制，常用于微电网的离网运行。针对分布式电源之间的互相影响会在微电网系统内产生电压和频率的波动，影响输出电能的质量，因此需对微电网系统进行恒压恒频控制。该控制策略的基本思想是不管分布式电源的输出功率如何变化，其输出的频率和电压保持不变[41]。文献[42]针对离网状态下传统恒压恒频控制策略存在频率、电压偏移的问题，将自抗扰技术与恒压恒频控制策略相结合，实现了微电网系统内频率和电压的无差调节，保证了微电网系统的稳定运行。文献[43]提出了一种基于遗传算法的微电网恒压恒频控制参数自适应调整的方法，通过遗传算法对负荷侧的输出电压和指令电压偏差阈值进行优化，找寻到全局最优的恒压恒频控制参数，仿真实验结果表明，该方法较好的提高了微电网系统电压和频率的稳定。文献[44]针对恒压恒频控制模式对微电网故障穿越能力的影响，提出了一种基于虚拟阻抗的控制策略。首先利用虚拟阻抗分布式电源控制原理建立了分布式电源的等效模型，同时基于虚拟阻抗改进了直接限流法。然后提出了一种虚拟阻抗阻感比的控制策略，实现了在不对称故障时并网点电压的平衡。最后综合协调恒压恒频与恒功率的控制策略，保持了微电网在故障暂态阶段的稳定性。在偏远孤岛地区，如西藏尼玛县城由于地理位置的限制，大电网难以全面覆盖供电时，就需要分布式能源在孤岛模式下进行供电。针对外界环境条件的变化或用电高峰时，光伏系统经常出现溃网的问题，将分布式能源与储能系统结合，通过优化的恒压恒频控制策略，实现在分布式能源供电充足时，储能系统快速储能；当在夜间、阴雨天或者用电高峰时，储能系统高效放电，实现安全稳定不间断的供电[45]。

(3)下垂控制。下垂控制也称为Droop控制，微电网的离网或并网模式都可适用。下垂控制的思想是模拟传统同步发电机输出特性，利用分布式电源输出有功功率与频率呈线性关系而无功功率与电压幅值呈线性关系的原理进行控制。由于该控制方法不需要建立分布式电源之间的通信联系就能实施控制，即可以实现“即插即用”，在微电网的控制运行中具有巨大的潜力价值[46]。基于传统的下垂控制策略出现了很多改进策略，文献[47]针对微电网系统在传统的下垂控制策略下因分布式电源之间难以耦合的问题，导致微电网系统稳定性及效率低的问题，提出了将耦合补偿和虚拟阻抗结合的改进型下垂控制策略，以提高系统的动态性能，同时，采用改进型粒子群算法对耦合补偿的参数进行优化，实现了微电网系统的高效稳定运行。文献[48]针对独立型微电网中储能单元组的荷电状态均衡效率低以及母线电压偏差等问题，提出了一种基于荷电状态改进型下垂控制策略。首先明确储能单元的荷电状态与充放电状态，找寻最优下垂曲线，减少其母线电压的偏差。然后基于主储能单元把功率进行再分配，动态调整其最优下垂曲线，提升其均衡状态的收敛速度，进一步减少其母线电压偏差。近年来，人工智能技术在电力系统也得到了广泛的应用。文献[49]针对传统下垂控制模式下微电网存在电压静态偏差以及运行成本偏高的问题，提出了一种基于强化学习的完全分布式经济下垂控制策略。基于适应性矩估计(adaptive moment estimation，Adam)算法和偏差调整原理改进了分布式一致性算法，使系统始终处于经济最优运行；基于改进的强化学习原理实现微电网电压的二次优化控制，通过仿真实验证明了该策略的可靠性和优越性。在浙江南都电源动力公司微电网示范工程中，利用储能系统的“削峰填谷”功能，将光伏发电、铅酸蓄电池/锂电池和超级电容储能系统相结合，基于下垂控制策略，采用功能模块化，实现了分布式电源的“即插即用”[50]。

将上述控制策略进行对比分析，如表1所示。

表1 不同控制策略的分析比较Table 1 Analysis and comparison of different control strategies

2.2 协调控制层

第二层为协调控制层，属于微电网系统级控制。该层的控制任务是协调控制分布式电源和负荷的关系，使其满足源荷协调，同时补偿第一层微电网控制存在的频率和电压幅值偏差问题，维持系统的稳定。主要包括系统运行模式切换、母线电压二次调节、互联功率控制等[51]。

2.2.1 系统运行模式切换

交直流微电网并/离网运行模式的平滑切换，减少切换过程中对系统的冲击影响，保持系统的稳定运行。文献[52]针对微电网系统在离网、并网过程中存在频率和电压暂时失控的问题，提出了一种将恒压恒频控制和下垂控制相结合的综合性控制策略，并在微电网并网过程中进行预同步处理，实现运行模式的平滑切换。相较于传统的运行模式切换，该策略的切换效率和系统的稳定性均有所提高。文献[53]提出了一种基于弱通信的交直流混合微电网并/离网自适应切换控制策略，通过电力电子变换器的相互配合，不需要微电网中央控制器的集中控制，经实验验证了该控制策略具有较高的可靠性。在北京延庆智能微电网工程中，包含大量的分布式能源，采用多级微电网架构，分级管理，将光伏发电、风力发电、储能系统等新能源综合管理，并集中接入到大电网中，采用系统优化控制方法，实现了并/离网的平滑控制[54]。

2.2.2 母线电压二次调节

由于微电网中分布式电源的工作特性不同，在负载的相互作用下会产生频率和电压波动等问题，需对其进行二次调节[55]。文献[56]针对微电网系统内频率和电压的偏差，提出了一种分布式二级共识容错控制策略，可以实现微电网内分布式电源输出有功功率和无功功率的平衡。文献[57]针对微电网离网运行时存在有功功率分配和频率调节等问题，提出了分布式优化的分层控制策略。通过对一致性算法的改进，提升系统在有限时间内的收敛速度，同时将该改进算法应用二次控制层，不断更新分布式设备的频率变化和设定的有功功率点，实现了对系统偏差的调整。为了减少对微电网内通信网络的依赖，文献[58]提出了一种随机分布式二次控制策略，实现微电网内电压和频率偏差的补偿，同时该策略在噪声干扰或者弱通信状态下，也可以实现其协调控制。在实际的电力系统应用中，由于通信延迟、线路阻抗分配不均及通信协议等实际影响因素，使得分布式电源之间功率分配不均，影响微电网系统的运行效率和电能质量，通过相应控制策略的改进，消除传统控制策略中频率和母线电压的偏差，实现系统的稳定运行，这也使得离网型微电网的母线电压二次调节问题受到了广泛的关注。

2.2.3 互联功率控制

多个微电网的互联是以单个微电网为基础，但微电网的互联在容量配置和系统内部的阻抗关系等方面与单个微电网的规律和特性不同，考虑到微电网互联的功率控制问题，文献[59]提出了一种微电网互联网间功率流的控制策略，基于一致性算法的二次电压控制策略消除了母线电压的电压偏差，同时提出了改进型一致性算法，将带有偏差的一致性算法应用于微电网间功率流的控制策略中，实现了微电网网间功率的自适应控制。随着电力电子技术的发展，互联变换器为直流微电网和交流微电网的能量流动搭建了重要桥梁。文献[60]针对交直流混合微电网的动态功率平衡问题，提出了一种基于互联变换器交直流混合微电网柔性功率控制策略，该策略可在不需要通信的情况下实现功率的分配控制。通过对直流子微电网和交流子微电网下垂控制模式的分析，结合互联变换器的特性，得到了直流微电网电压和交流微电网频率的线性耦合关系，实现了互联变换器对功率的柔性控制。但是该策略未考虑子网容量对互联功率的影响，其控制精度有待提高。文献[61]考虑到此类问题，引入容量权重因子，提出了一种基于互联变换器功率分配优化的交直流混合微电网控制策略，同时在控制内环中增加了电压前馈补偿，实现交直流微电网功率的平衡。以北京八达岭经济开发区内的新能源谷微电网群为例，它包含29个微电网，是全国最大的智能微电网群工程。为了高效保障园区内各类用电需求，并可向大电网供电，该工程采用主动配电网技术，确定各微电网的能量分配，而后通过互联功率控制技术，实现各微电网间的能量流动。

2.3 集中控制层

第三层为集中控制层，也属于微电网系统级控制。该层的主要任务是实现能量管理的最优运行，在微电网调度中心的控制下，实现各种运行模式下微电网内供用电的功率平衡和经济运行等功能。根据运行模式的不同，微电网的能量管理策略可分为离网型能量管理策略和并网型能量管理策略，其相应的控制策略及研究内容也不同[62]。

2.3.1 离网型能量管理策略

当微电网离网运行时，由分布式电源与储能设备为微电网提供全部的能量，通过调节微电源输出功率的参考值、分配比例系数以及下垂曲线的设定点，实现微电网的稳定运行，并为重要的负荷提供长时间的供电[63]。文献[64]研究了水光蓄柴组成的离网型多能源混合系统的能量管理优化运行，以混合系统综合经济最优为目标函数，结合柴电水电的成本、环保以及功率输出等机会约束，搭建了多能源混合系统的能量管理系统模型，通过分布式鲁棒优化将其多约束目标转化成二阶锥规划问题，进而通过案例分析验证了该策略的有效性。文献[65]研究了在微电网处于离网状态时，将模型预测电压控制策略引入到下垂控制模式下多个光伏/电池混合源并联逆变器和转换器中，实现了微电网输出电压和负荷平衡的稳定控制。文献[66]针对光储燃料电池组成的离网型可再生能源混合系统夜间电力供应和电力波动等问题，提出了一种智能能源管理系统，通过对能源特性和约束条件的分析，可实现其智能控制。以西沙永兴岛的离网型微电网工程为例，该项目充分考虑永兴岛日照充足、风力和潮汐能强等特点，选择以光伏发电、风力和潮汐发电等环保经济型能源为主要发电设备，考虑永兴岛的狭小面积，选择电化学储能系统建设海岛型微电网，为了保证供电的安全稳定性，将分布式电源集成到智能监控系统和能量管理系统中，采用用户分级策略最大限度地提高资源利用率，维持了微电网系统的平衡稳定[67]。

2.3.2 并网型能量管理策略

当微电网与大电网并网运行时，由大电网维持微电网内频率和电压的稳定。但由于交直流混合微电网系统存在交直流两侧动态的运行关系以及分布式电源和负荷的不确定关系，增加了并网系统能量管理优化运行的难度[68]。文献[69]综合考虑了交直流混合微电网中电能变换器的变换成本和优化调度控制等因素，优化了交直流混合微电网内可控单元的调度模型，利用改进的萤火虫算法求解该模型，实现了并网模式下微电网系统运行的经济性和可靠性。文献[70]以微电网系统经济最优运行为目标，将满意度原理的模糊综合评价引入到微电网的多目标优化问题，同时利用全面学习粒子群算法对其优化求解，通过实验验证了该策略的有效性。环境条件的变化也会对并网型微电网系统的容量配置产生影响，文献[71]考虑了季风天气对风光柴储并网型微电网系统调度策略的影响，首先分析了目标函数和运行约束条件，建立了并网型微电网系统的容量配置模型，然后基于标准的鲸鱼算法，引入差分排序和差分变异的优化策略，并加入莱维飞行策略改进了标准鲸鱼算法，以此优化求解模型，最后通过案例分析证明了该策略的可行性。2012年，中国电力科学研究院在内蒙古自治区东部陈巴尔虎旗建设了并网型微电网工程，是农村智能配电网建设的示范性工程。根据当地的环境条件和用电要求，结合光伏发电、风力发电和储能系统，设计了灵活的电力网络拓扑结构，采用短期功率平衡和长期能量管理的能量管理策略，通过时间序列、运行模式等多维度组合方法，实现了并网型能量管理的最优控制，极大改善了偏远地区的供电保障和用电服务[72]。

综上，前人主要从微电网的稳定性、可靠性和经济性等方面开展了相关研究，由于分布式电源种类多样，工作特性各不相同，受环境条件的影响，输出电能存在波动性、间歇性等问题，这就要求微电网能量管理系统在运行时，既要考虑微源之间的相互影响，也要协调控制电源和负荷之间的关系。实现微电网系统的综合经济最优和电能质量的可靠性等多目标的控制优化，提高控制与规划的耦合性，将是未来微电网发展的重要研究内容。

3 结论

(1)由于微电网运行控制技术较为复杂、研究内容较多，结合中外学者对微电网分层控制模式的研究现状，其中三层控制模式的研究较为成熟，因此，基于三层控制理念的交直流混合微电网运行控制技术研究可对微电网系统的研究提供新的参考与借鉴。

(2)分析总结了直流微电网、交流微电网和交直流混合微电网的优缺点和研究现状，随着新能源技术的不断发展、用电需求的与日俱增，交直流混合微电网在理论研究中兼顾两者的优势，在实际工程中得到了广泛应用。

(3)通过本地控制层中分布式电源建模和接口逆变器控制策略的相关研究，针对不同的问题提出了相应的方法与策略，并对传统的方法进行了改进提升，但由于各分布式电源和电气设备工作特性的不同，还需对“源储网荷”的协调控制、复杂微电网系统的拓扑结构设计进行重点研究。

(4)基于微电网系统“即插即用”和“无缝切换”的功能要求，如何采用适当的控制策略提升微电网系统对分布式设备的消纳和系统的扩展能力；如何通过综合协调能源管理系统，实现互联微电网间能量的合理流动，将成为微电网系统控制策略研究的重点内容。

(5)综合考虑分布式能源的选址、用电负荷的增长、电力电子设备的更换维修、微电网系统的运行管理以及综合经济最优与环境保护等多目标、多约束的全面系统科学的研究方法还有待进一步研究。

4 展望

随着可再生分布式能源、储能技术以及电力电子技术的快速发展，微电网更多地将从实验平台走向具体的实际应用，随着用户负荷的迅速增加，微电网的结构将越来越复杂，而交直流混合微电网也将会成为常见的微电网形式。以微电网经济环保的综合最优为目标，运用高效可行的控制策略协调控制能量在各分布式电源、储能设备、电力电子装置以及负荷的合理流动，提升微电网系统对高渗透率随机性间歇性能源的消纳能力、减少线路的能量损耗，实现微电网系统的稳定运行。结合前文内容，对交直流混合微电网的未来发展作如下展望。

(1)在拓扑结构方面。随着在电力系统工程应用中，分布式电源的大量接入和微电网群的广泛应用，使得微电网的网络结构更加复杂，如何实现复杂微电网群的建模控制，设计高效可行的拓扑结构也将是未来微电网技术研究的难点。

(2)在控制策略方面。交直流混合微电网中大量使用电力电子变换器，而这些变换器的控制要求与特性各不相同，使得系统的协调控制更加复杂。随着模型预测、模糊逻辑、人工智能技术的发展，如何加强微电网系统内不确定性研究和变化参数的自适应控制，提升微电网系统的稳定性和鲁棒性也是未来微电网系统研究的热点。

(3)在能量管理方面。随着能源互联网技术的发展，如何通过能量管理技术将多种能源互联互通，融合形成复杂的能源互联网，实现分布式能源之间的合理流动与转换，并在时间空间维度上进行协调优化，这也可能是今后研究的难点。

(4)在故障保护方面。随着电力系统和信息技术的融合，智能电网技术得到了快速地发展，如何利用智能电网的“自愈性”实现对微电网系统的实时监测、故障快速定位及消除也将成为今后研究的热点。

(5)在规划设计方面。随着用户用电需求的增长，大量可再生能源以微电网的形式接入电网。微电网在满足用户用电的需求外，将供冷供热等多种能源构成能源互联网，如何进行不同能源流之间的耦合特性分析，建立多种能源的规划设计也将会成为值得关注的难点问题。

近年来，在国家新能源政策、电力市场的需求以及电力技术发展的综合作用下，加之能源互联网、智慧能源等概念的提出，在互联网、人工智能等技术的推动下，交直流混合微电网将会有更广阔的发展空间。