微电网运行与控制
微电网运行与控制概论——20140916
综合各种关于分布式电源的标准，DG具有四个基本特征。
特征一：直接向用户供电，潮流一般不穿 越上一级变压器。 特征二：装机规模小，一般为10MW及以下。 18个典型国家（组织）中，13个为10MW及 以下，3个为数十MW级，2个为100MW级。 特征三：通常接入中低压配电网，一般为10（35）kV及以下。18个典型国家 （组织）中，8个为10kV及以下，7个为35kV级，3个为110（66）kV级。 电网 电网
工厂企业
居民
时间轴/h
分布式电源并网运行方式
输电 网络
高压配网
G
G
G
G
以分布式电源（DG）为单元 优点：接入方便，运行简单 缺点： 系统故障退出运行 间歇性影响周边用户 能源综合优化困难 对电网运行调度提出了挑战 上述缺点将制约了DG的发展
110KV
中压配网
35/10KV
负荷 低压配网 0.4KV 负荷
用户应用层支持人机交互，支持展示微 电网运行状态与功能。 分析决策层分析网络状态分析、潮流计 算，进行经济性和可靠性评估。时间尺 度为小时（h）级 微网运行层实现对微网的电气控制，时 间尺度为分钟（min）级 物理层控制控制微电源和储能装置，时 间常数在毫秒（ms）级到秒（s）级
微电网分层(主从)控制框图
独立运行的PV系统组成
并网运行的PV系统组成
风力发电
调节发电机 转速适应风 速变化
感应式发电机
旁路开关
无法调节无 功，需增加 无功补偿
10 ... 24 kV, f = 50 Hz
齿轮箱
软并网控制器
运行控制器
brake
690V/10000V
交流异步发电机
微电网操作与控制
微电网操作与控制微电网（Microgrid）是指由多种不同的分布式能源资源、负荷和能量储存设备组成的小型电力系统。
它具有自主运行、互联互通和可控性强的特点，已成为解决能源转型和可持续发展的重要手段。
本文旨在探讨微电网的操作与控制策略，帮助读者更好地理解和应用微电网技术。
一、微电网概述微电网由分布式能源资源（如光伏发电、风力发电等）、负荷（如住宅、商业建筑等）和能量储存设备（如储能电池等）组成，形成一个相对独立的电网系统。
与传统的中央电网系统相比，微电网更加灵活和可靠，并且具备自主控制和管理的能力。
二、微电网的运行模式微电网的运行模式可以分为三种：独立运行模式、与主电网并网运行模式以及与主电网脱网运行模式。
1. 独立运行模式在独立运行模式下，微电网与主电网完全隔离，完全依靠分布式能源和能量储存设备供电。
这种模式适用于一些远离主电网的地区，比如岛屿、山区等。
2. 与主电网并网运行模式与主电网并网运行是微电网最常见的工作方式。
在这种模式下，微电网可以通过电网互联与主电网交换电能，在能源供应不足时从主电网购电，能源供应充足时则可以将多余的电能卖回主电网。
3. 与主电网脱网运行模式与主电网脱网运行是指微电网不再与主电网交换电能，完全依靠自身的分布式能源和能量储存设备运行。
这种模式适用于一些需要独立供电的环境，比如远离城市的无人岛屿、油气开采现场等。
三、微电网的操作与控制策略为了实现微电网的安全稳定运行，需要采取一系列的操作与控制策略，具体如下：1. 能源管理和优化策略能源管理和优化是微电网操作与控制的核心任务。
通过合理调度和分配分布式能源资源，最大限度地提高能源利用效率，并确保电网系统的稳定运行。
包括实时监测和管理能源供需平衡、优化能源调度策略、灵活控制充放电等。
2. 集中与分散控制策略微电网的控制可分为集中控制和分散控制两种方式。
集中控制指的是通过一个中心控制单元实现对整个微电网的控制和管理。
分散控制则是将控制功能分散到各个设备上，通过设备之间的通信和协调实现微电网的控制。
第四章 微电网运行与控制技术
4.1 微电网自动控制结构与体系
4.1.1 微电网的经典结构与控制目标 1、经典微电网的基本结构 如图4.1所示，它由微电源、储能装置和电/热 负荷构成，并联在低压配电网中。微电源接入 负荷附近，很大的减少了线路损耗，增强了重 要负荷抵御来自主电网故障的影响的能力。微 电源具有“即插即用”的特性，通过电力电子 接口实现并网运行和孤岛运行方式下的控制、 测量和保护功能，这些功能有助于实现微电网 两种运行方式间的无缝切换。
P
Q
ref
u d id u q iq u d id
u d id u q iq u d id
（4-1）
ref
通过式（4-1）计算得到dq轴的电流值，把它 作为电流环参考值，与实际的电流值做差， 然后通过PI控制器。得到滤波电感参数后，设 置dq轴电压参考分量，通过Park反变换，得 到三相交流分量，通过PWM输出给逆变器。
如图4.4所示Droop控制有功-频率（P-f）和 无功-电压（Q-U）呈线性关系，当微电源输 出有功、无功增加时，运行点由A点移动到 B点，达到一个新的稳定运行状态，该控制 方法不需要各微源之间通信联系就可以实 施控制，所以一般采取对微电源接口逆变 器控制。
图4.4 频率、电压下垂特性
4.2 微电网的逆变器控制
在大电网发生故障或其电能质量不符合标准情 况时，微电网可以孤网运行，保证微电网自身 和大电网的正常运行，从而提高供电安全性和 可靠性。因此孤网运行时微电网最重要的能力， 而实现这一性能的关键技术是微电网与主电网 之间的电力电子接口处的控制环节—静态开关。 该静态开关可实现在接口处灵活控制的接受和 输送电能。从大电网的角度看，微电网相当于 负荷，是一个可控的整体单元。另一方面，对 用户来说，微电网是一个独立自治的电力系统， 它可以满足不同用户对电能质量和可靠性的要 求。
微电网运行控制策略研究
微电网运行控制策略研究微电网是指利用可再生能源、能量存储和分散式发电设备等技术，将电力系统与能量系统有机地融合在一起，形成一种不依赖于传统大型电网的小型电力系统。
随着可再生能源的快速发展和能源结构的转型，微电网的应用也日益普及。
然而，微电网的运行控制策略成为其稳定运行的关键所在。
本文旨在探讨微电网运行控制策略的研究进展，并分析其发展趋势。
一、微电网运行控制策略的分类微电网运行控制策略可以分为基于规则与经验的策略和基于优化算法的策略两大类。
基于规则与经验的策略主要是通过人工设计一系列逻辑规则和经验判断，依靠经验知识来实现微电网的运行控制。
这类策略相对简单、易于实现，但面对复杂多变的运行环境时可能无法实现最优控制，且对运行人员的经验要求较高。
基于优化算法的策略则利用数学模型和优化理论来研究微电网的运行控制问题。
常见的优化方法包括基于遗传算法、粒子群算法和模拟退火算法等。
这些方法可以通过寻找最优解，在保证微电网运行稳定的前提下，最大化利用可再生能源，提高微电网的经济性和环境友好性。
二、微电网运行控制策略的关键技术微电网运行控制策略的核心是实现对微电网中各种设备的协调控制，以保证微电网的稳定运行。
以下是几个关键技术：1. 多能源管理微电网通常由多种能源源和负荷组成，如太阳能光伏、风能、电池等。
多能源管理是指通过合理规划能源调度策略，使得微电网在不同工况下能够实现灵活调度和互补运行，以达到最优的能源利用效果。
2. 智能电网监测与管理系统智能电网监测与管理系统是微电网运行控制的重要手段之一。
通过实时数据采集和监测，结合智能算法和模型预测，可以实现对微电网运行状态的监测和评估，以及对设备运行状态的预警和故障检测，从而及时采取措施保障微电网的稳定运行。
3. 频率和电压控制频率和电压是衡量电力系统稳定运行的重要指标。
在微电网中，由于可再生能源的不确定性和负荷波动等因素的影响，频率和电压的控制变得尤为重要。
利用先进的电力电子装置和控制算法，可以实现对频率和电压的在线控制和调节，提高微电网的稳定性和供电质量。
微电网中离网运行策略与控制方法
微电网中离网运行策略与控制方法随着电力需求的不断增长和可再生能源的快速发展，微电网作为一种新兴的能源系统呈现出巨大的潜力。
微电网能够提供电力供应的稳定性和可靠性，同时也能够实现对能源的更加高效的利用。
离网运行是微电网的一种重要运行方式，它提供了一种与主电网隔离的独立供电模式。
本文将探讨微电网中离网运行的策略与控制方法。
首先，离网运行的策略决定了微电网在不同情况下的运行模式。
微电网的离网运行可以分为主动离网和被动离网两种模式。
主动离网是指在主电网较为稳定时，微电网自主选择离网运行，以实现对能源的更加有效利用。
被动离网则是在主电网故障或断电时，微电网自动切换到离网运行模式，以保证电力供应的连续性。
离网运行的策略在设计时需要考虑到供电可靠性、经济性和环境友好性等多个方面的因素。
其次，离网运行的控制方法对于微电网的运行稳定性至关重要。
微电网的控制系统需要能够实时监测并调节各个子系统之间的能量平衡，确保电力的稳定供应。
在离网运行模式下，微电网需要通过控制电池储能系统和可再生能源发电系统之间的协调运行，以实现对电力负荷的平衡。
此外，还需要根据电力需求的变化，及时调整微电网的电源配置和运行策略，以提高供电效率和经济性。
另外，离网运行中的能量管理是微电网控制的关键环节。
能量管理在离网运行模式下主要包括能源的采集、存储和分配。
微电网通过使用太阳能光伏发电、风力发电等可再生能源，实现对能源的自主采集。
同时，通过电池储能系统等设备，对能量进行有效存储。
在离网运行模式下，能量的分配也是一项重要的任务，需要根据电力需求和能源状况，合理调配能量的使用和储存方式。
此外，智能化技术的应用也对离网运行的控制方法产生了深远的影响。
智能化技术可以实现对微电网的实时监测、数据分析和智能控制。
通过使用物联网技术和人工智能算法，微电网的运行状态可以被精确地监测和分析，从而实现对离网运行策略和控制方法的优化。
智能化技术的应用不仅可以提高微电网的运行稳定性和可靠性，还可以降低运行成本和环境影响。
智能电网中的微电网规划与运行控制
智能电网中的微电网规划与运行控制随着科技的不断进步与人们对清洁能源的需求增加，智能电网的建设已经成为了实现可持续能源转型的重要措施之一。
而在智能电网中，微电网的规划与运行控制成为了一个关键的环节。
1. 微电网的定义与特点首先，我们来了解一下什么是微电网。
微电网是指由多种不同能源组成的小型能源系统，具备与传统电网相互独立的能力。
它可以利用可再生能源，如太阳能、风能等，通过本地能源的生产与储存实现自给自足，同时也能够与传统电网进行互联，实现双向能量交换。
微电网与传统电网相比，具有以下几个特点。
首先，微电网具备了自给自足的能力，能够在断网情况下独立运行，从而提高了电网的可靠性和鲁棒性。
其次，微电网能够实现能源的多样化利用，不再依赖于单一能源，通过组合不同的能源形式，使能源的供应更加可持续。
此外，微电网还可以通过与传统电网的互联，实现能源的双向流动，使得能量的分配更加高效和灵活。
2. 微电网的规划微电网的规划是实现其可靠运行的基础。
规划过程主要包括需求分析、能源选择、设备配置和布局设计等几个方面。
首先，需求分析是微电网规划的第一步。
在进行规划前，需要对微电网的用电负荷进行精确的测算与分析。
这可以通过历史用电数据、用电设备特性和用电负荷预测等方法得出，从而确定微电网的总体规模和电力需求。
其次，能源选择是微电网规划中的一个重要环节。
根据能源的特性、供应可靠性和成本效益等因素，选择合适的能源形式。
常见的能源包括太阳能、风能、生物能等可再生能源，以及传统的火电、水电等。
在选择能源时，需要充分考虑微电网的地理位置和资源条件，以提高能源的利用效率。
设备配置是微电网规划的第三步。
根据需求分析和能源选择的结果，确定微电网所需的各类设备，包括发电设备、储能设备、配电设备等。
对于发电设备的选择，需要考虑其发电能力、稳定性和可靠性等因素；对于储能设备的选择，需要考虑其容量、充放电效率和储能效率等因素。
在设备配置的过程中，需注意设备之间的兼容性和协同性，以确保整个系统的稳定运行。
分布式发电系统在微电网中的运行与控制研究
分布式发电系统在微电网中的运行与控制研究摘要：随着能源需求不断增长和对可再生能源利用的意识加强，分布式发电系统作为一种新兴的能源供应方式，受到了越来越多的关注。
微电网作为将分布式发电系统与传统发电系统相结合的一种新型电力系统，具有较高的灵活性和可靠性，在实现能源的可持续利用和供电可靠性方面具有重要作用。
本文旨在研究分布式发电系统在微电网中的运行与控制，探讨其中的关键技术和挑战。
1. 引言分布式发电系统是指将发电设备分布在用户侧，将电力系统的产、配、用同步起来的发电系统。
微电网是一种小型电力系统，由分布式发电系统、储能装置、传感器等设备组成，具有独立的供电能力。
分布式发电系统在微电网中的运行与控制对于提高电力系统的可靠性、适应性和经济性具有重要意义。
2. 分布式发电系统在微电网中的运行2.1 分布式发电系统的类型分布式发电系统可以分为光伏发电系统、风力发电系统、燃料电池发电系统等。
不同类型的分布式发电系统之间需相互协调配合，实现供电平衡和能量的有效利用。
2.2 微电网的拓扑结构微电网的拓扑结构包括单向供电和双向供电两种类型。
单向供电结构是指分布式发电系统向用户提供电力，用户之间无法相互供电；双向供电结构则是用户之间可以相互供电，实现电力的互补。
3. 分布式发电系统在微电网中的控制策略3.1 电力负荷管理通过对用户电力需求的监测和预测，采用合理的负荷管理策略，实现电力的平衡供应和需求侧管理，以提高电力系统的效率和可靠性。
3.2 能量管理与储能装置控制微电网中的储能装置可以对不稳定的能源供应进行平衡调节，降低电力系统的波动性。
能量管理和储能装置的控制策略需要根据实际情况和需求进行优化设计，实现能量的高效利用。
3.3 统一控制与协同控制微电网中的分布式发电系统需要通过统一的控制平台实现整体的协调与管理。
协同控制策略可以提高电力系统的可靠性，降低系统的运行成本。
4. 分布式发电系统在微电网中的挑战与展望4.1 通信技术与互联网微电网中的分布式发电系统需要通过通信技术实现信息的传递和数据的交互，提高电力系统的智能化和自动化水平。
微电网运行与控制的建模与仿真
微电网运行与控制的建模与仿真随着能源需求的增长和气候变化的日益严重，微电网作为一种新兴的能源系统模式，正逐渐受到人们的关注和青睐。
微电网具有能源高效利用、环保节能、可靠性强等优势，成为未来能源供给的重要选择。
然而，微电网的运行与控制是其关键技术之一，建立准确的模型并进行仿真研究对于实现微电网的可靠、高效运行至关重要。
首先，微电网运行与控制的建模是基础和关键。
微电网是由多种分布式能源资源、储能设备和负荷组成的复杂系统，其内部元件之间的相互作用复杂而微妙。
因此，在建模过程中需要考虑到各种可能的因素，如光伏发电系统的输出受天气影响、风力发电系统与储能系统的协调运行等。
建立准确的微电网模型可以为后续的仿真研究提供可靠的基础。
其次，微电网的控制策略对于其运行效率和稳定性至关重要。
微电网控制策略一般包括能源管理、电能质量控制、安全保护等多方面内容，需要在系统实际运行中不断调整和优化。
通过仿真研究可以模拟各种场景下微电网的运行情况，验证不同控制策略的有效性和可行性，为实际系统的部署提供重要参考。
最后，利用仿真技术可以对微电网进行性能评估和优化设计。
通过建立合适的仿真模型，可以评估微电网系统的运行性能、经济性和环境友好性，为系统的优化设计提供重要依据。
例如，可以通过仿真研究优化光伏发电系统与储能系统的配比，提高能源利用效率和功率平衡性，使微电网系统具有更好的整体性能。
综上所述，微电网运行与控制的建模与仿真是实现微电网高效、可靠运行的重要工具和方法。
通过建立准确的模型、优化控制策略和评估系统性能，可以不断提升微电网系统的整体性能，推动微电网技术的发展和应用。
希望未来在微电网领域的研究工作能够更加深入和扎实，为建设清洁低碳的新能源系统做出更大的贡献。
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需求进行灵活的匹配。
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§1-1 引言
三、微电网与集成分布式发电系统的区别
➢ 集成的分布式发电系统，传统的方法主要考虑少量的微型分
布式发电系统对电力系统的影响。
✓ IEEE P1547标准草案给出了分布式发电与电力系统互联的
标准，该标准主要考虑如果电力系统发生故障时，如何保
证并网发电机自动切机。
第一章 绪论
§1-1 引言 §1-2 微电网背景
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7－1
§1-1 引言
一、分布式发电系统的起源 ➢ 传统电力系统的规约和运行环境的发展变化 ➢ 小型发电系统如微型涡轮发电机组、燃料电池、光伏发电系
统和生物燃料发电系统等的涌现 ➢ 分布式发电系统包括各种类型的小型发电机、能量存贮系统、
7－5
§1-2 微电网背景
2.燃料电池
➢ 燃料电池效率高，污染物排放低，但目前价格较高。
➢ 主要的燃料电池有：磷酸盐燃料电池、高温固体氧化物熔融
碳酸盐燃料、低温质子交换膜(PEM)燃料电池等。
➢ 燃料电池效率高，与内燃发动Fra bibliotek结合具有较低的污染排放。
3.可更新能源发电
➢ 光伏发电系统
➢ 风力发电系统
微型涡轮发电机组正在开发研究中 。 ➢ 微型涡轮发动机为简单的单轴机械装置，具有螺旋桨轴承，
其转速可高达50000-100000rpm。采用商业飞机的辅助发电 单元，具有低成本的自动涡轮增压器。 ➢ 微型涡轮发电机组采用低污染的清洁燃料，主要燃料为天然 气，某些应用中也可采用丙烷或液体燃料。
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7－7
负荷控制以及小型发电机和大电网之间的先进的电力电子接 口装置。 二、微电网的定义 ➢ 微电网可以定义为一组负荷和微型发电系统作为一个单一的 系统运行，为用户同时提供电能和热能，微电网中大部分微 型发电系统必须基于电力电子接口，从而保证作为单一集合 系统运行时提供一定的适应能力。 ➢ 微电网采用自适应控制，允许微电网呈现到大电网时，作为 一个单一的控制单元，满足局部电力系统的可靠性和安全性 的需要。
➢ 电力系统中发生故障之前微电网中包含多少分布式发电机是
可以允许的，这些问题包括过电流以及随之引起的故障和电
压波动。
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§1-1 引言
➢ 微电网的结构应该遵守电网的运行规约以及除了对已存在的 用户具有可接受的影响外没有任何危害。
➢ 微电网应能够提供不间断电源的性质。 五、微电网的优点 ➢ 为配电网提供电能阻塞的缓解作用，延缓新发电设备或输电
容量的投资以及跟随负荷变化和局部电压的支持等。 ➢ 从电网的观点来看，微电网主要优点是能够在电力系统中作
为一个集中的负荷运行，从而可将其视为可控制的实体。 ➢ 用户可从微电网受益，微电网的设计和运行不仅可满足本地
用户的电能和热能的需要，还可实现不间断电源的功能，增 强本地供电可靠性，减少线路损耗和维持本地电压等。
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§1-2 微电网背景
一、技术背景 ➢ 微电网的关键特性取决于电力电子、控制和通信等技术，从
而使得微电网可作为半自主式电力系统。 ➢ 往复式发动机在将来的应用中具有一定竞争能力，但由于缺
少电力电子接口，从而使得它们在微电网中的作用减弱。 1. 微型涡轮发电机组 ➢ 目前微型涡轮发电机组的额定容量在25-100kW，而更大型的
7－6
§1-2 微电网背景
二、热电联产(CHP） ➢ 微电网的重要的潜在优点是可利用生产电能所产生的废热进
行回收 ➢ 一半到四分之三的一次能源在电能的生产过程中将排放掉 ➢ 增加的转换效率所取得的经济效益可从三个方面考虑 ：
✓ 由于用户所需燃料的购买将下降，使得对燃料的总的消耗 减小从而引起价格的下降；
➢ 生物燃料微型发电系统
4.能量存储系统
➢ 蓄电池、超级电容 、超导电磁线圈和高速飞轮储能系统。
➢ 能量存储系统在微型发动机的直流母线上可提供当系统负荷
改变时所需要的容量。
5.热能回收技术
➢ 为使微电网能够持续发展，应用于热电联产系统中的热能回
收技术十必不可少的 。如低温和高温热交换技术等。
2020年4月15日星期三
➢ 设计微电网时，应考虑若电力系统发生故障，微电网应能不
受影响地与大电网分裂开来，处于孤岛运行状态，一旦故障
恢复时，微电网可立即与电力系统并列运行。
➢ 微电网的重要特性来源于包含分布式电源在内的配电网可作
为一个自我控制的实体，即对于电网来说其表现为与常规的
用户具有不可区分的特点。
四、设计微电网时应考虑的因素