【微电网】_微电网的总体结构
微电网是什么_微电网的概念及技术特点
微电网是什么_微电网的概念及技术特点微电网的概念微电网（Micro-Grid）也称为微网，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。
微电网是一个可以实现自我控制、保护和管理的自治系统，它作为完整的电力系统，依靠自身的控制及管理供能实现功率平衡控制、系统运行优化、故障检测与保护、电能质量治理等方面的功能。
微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。
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，使传统电网向智能电网过渡。
微电网中的电源多为容量较小的分布式电源，即含有电力电子接口的小型机组，包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池、小型风力发电机组以及超级电容、飞轮及蓄电池等储能装置。
它们接在用户侧，具有成本低、电压低以及污染小等特点。
由于环境保护和能源枯竭的双重压力，迫使我们大力发展清洁的可再生能源。
高效分布式能源工业（热电联供）的发展潜力和利益空间巨大。
提高供电可靠性和供电质量的要求以及远距离输电带来的种种约束都在推动着在靠近负荷中心设立相应电源。
通过微电网控制器可以实现对整个电网的集中控制，不需要分布式的就地控制器，而仅采用常规的量测装置，量测装置与就地控制器之间采用快速通讯通道。
采用分布式电源和负荷的就地控制器实现微电网暂态控制，微电网集中能量管理系统实现稳态安全、经济运行分析。
微电网集中能量管理系统与就地控制器采用弱通讯连接。
微电网的特点微电网系统结构图微电网系统由于包含有数量众多、特性各异的多种分布式电源而成为一个大规模、非线性、多约束和多时间的多维度复杂系统，具有复杂性、非线性、适应性、开放性、空间层次性、组织性和自组织性、动态演化性等复杂系统特征，属于一类变量众多、运行机制复杂、不确定性因素作用显著的特殊的复杂巨系统。
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
微电网组成
微电网1微电网是什么微电网是智能电网的重要组成部分，是一种小型供电系统，其在某一有限区域内根据负荷需求并采用可控分布式电源向区域负荷供给电能；微电网既可以非自治方式并网运行,也可以自治方式独立运行。
如果网内的微电源能够有效地管理和协调运行，会显著改善整体系统的性能。
2.微电网的基本构成(1)电力管理系统电力管理系统主要负责电力从电源输送到用电设备。
具体功能包括：一是，将电源处各形式的电能转换成符合出所需要的形式，例如使用逆变器将光伏产生的直流电转换成通常负荷所需要的50HZ交流电。
二是，作为储能设备的界面，来使微网内的电力供需达到平衡。
现代微网通常融入了软件和控制系统，例如智能电表，从而实现微网的高效和稳定运行。
(2)储能系统储能系统对微网的重要性不言而喻。
它可以让微网实现内部的电力供需平衡，从而维持电压和频率的稳定。
也可保证用户的用电需求随时能得到满足。
微网系统中常见的储能设备为：电池，燃料电池+电解池，超级电容以及飞轮等。
(3)用电设备微网中用电设备的电力来源是系统中全部的发电和储能设备。
综合考量用电设备是很有必要的，因为它们决定了用电负荷在微网中的位置，相应地也会影响发电装机容量以及对储能系统的要求。
例如，对一个基于分布式光伏发电的微网来说，为手机充电的负荷对系统影响微乎其微，而开启电冰箱这样的有长期稳定的用电设备则对系统管理用电负荷带来了一定的困难。
(4)对外连接微网通常与大电网相连，从而实现之间的电力交换。
这种类型的微电网在校园和医院中十分常见。
此外，电网的发展趋势之一是使用先进的监测和控制系统，将很多个微电网连接起来。
3.微电网的作用(1)就近消纳，提高能源效率。
微电网内部的电来自于天然气、光伏及风电等分布式能源。
在西北之类风光资源充足的地方，修建大型风电场、光伏电站，用户(工业园区、商业区、学校、医院甚至大型的地产项目)在接入小型的风机、光伏、储能、燃气轮机等电源设备时，就能使电能就近消纳，省去了在电网中传输的损耗，提高了能源的使用效率。
微电网
利用FACTS元件快速灵活的控制性能实现对配电网能量结构的优化。
4.我国微电网
•
据《2013-2017年中国微电网行业深度调研与可行性分析报告》
显示，中国微电网研究处于起步探索阶段，在国家科技部“863计划
先进能源技术领域2007年度专题课题”中已经包括了微电网技术，国
家电网公司是微电网技术研究的主要机构，目前，清华大学、中国科
• 美国电气可靠性技术解决方案联 合会对于微电网的开发主要在分布式 发电技术和电力电子接口两方面，以 提供必要的灵活性和可控性，给出的 微电网结构如图6-1所示。图中，微 电网采用微型燃气轮机和燃料电池作 为主要的微电源，储能装置连接在直 流侧，与分布式电源一起作为一个整 体通过电力电子接口连接到微电网。 该研究重点是分布式电源的“即插即 用”控制方法，不允许微电网向大电 网供电。
第二节、 微电网结构
一、微电网总体结构
微电网的结构主要涉及两方面内容，一方面是微电网的基本 结构，另一方面是微电网通信结构。
•
微电网基本结构：微电网一般是由多条辐射状馈线和负载群
组成，辐射状配电网通过固态转换开关（Static Transfer
Switch）在公共耦合点（Point of Common Coupling）与主干配
Framework Program，FP5）中专门拨款450万欧元的微电网研究资助计划。欧
洲微电网研究的第二个阶段名为“Advanced architectures and control
concepts for more microgrid”，欧盟第六框架计划(6th Framework
Programme，FP6)资助850万欧元。
图6-1美国电气可靠性技术 解决方案联合会微网结构图
第二章微电网的总体结构
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目录
电网接线方式简介
微电网基本结构
微电网系统结构 微电网体系结构
微电网的元件
一、电网接线方式简介
1.电力系统概念
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。
一、电网接线方式简介
2.电力网（简称电网）概念
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。
1、静态开关
• 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 集中控制层
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 部分，集中管理DG、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 化控制策略，实现并网、离网、停运的平滑过渡；
（2） 集中控制层
在微电网的这种结构下，多个DG局部 就地向重要负荷提供电能和电压支撑，这在 很大程度上减少了直接从大电网买电和电力 线传输的负担，并可增强重要负荷抵御来自 主网故障影响的能力。
在大电网发生故障或其电能质量不符合 系统标准的情况下，微电网可以孤网模式独 立运行，保证微电网自身和大电网的正常运 行，从而提高供电可靠性和安全性。
1 配电网调度层
风光储互补微电网系统的设计及应用
风光储互补微电网系统的设计及应用作者：***来源：《科技资讯》2023年第16期关键词：风力发电储能系统监控线路模拟光伏发电中图分类号： TM92 文献标识码： A 文章编号： 1672-3791（2023）16-0094-04随着新能源发电规模的逐步扩大，许多电网的系统也变得更加完善，其中的监控系统则是对相关参数进行检测[1]。
分布式发电机储能技术在发展中也降低了系统开发的成本，微电网已经成为了电网发展的未来趋势。
因为微电网具有较强的灵活性、安全性，吸引了很多的用戶参与进来，无论是在学术界还是社会上都得到了广泛关注，朝着大众化趋势发展。
1 微电网系统的总体架构目前，在实验室中已经具有3 kW 的单向光伏系统（10 套）、10 kW 三相光伏系统（2 套）、2 kW 室外水平轴风力系统（2 套）、2 kW 室外垂直风力系统（2 套）、5 kW的双馈异步风力发电系统及永磁同步风力发电系统。
本文以某技术职业学校作为平台，所以需要与校园交流母线进行连接，满足系统自身需求后，对大电网进行电流的输送，另一端需要与模拟的架空线路进行连接架空航线进行连接，从而让学生在实验室中能够完成相应的试验。
母线两端与装置的开关连接，借助Modbus 协议产生通信，为系统的正常运行打下良好的基础。
2 微电网中的子系统2.1 光伏系统光伏系统包括光伏电池组件、变流设备、并网发电系统柜等，可实现功能的多元化，同时进行发电、控制、监控、保护等。
在设计中，光伏板被分为固定式光伏板和双轴跟踪式光伏板，如图1、图2 所示。
其中的总功率可达到52 kW，在串联的过程中，形成了光伏阵列，随后将其进行逆变，接入交流母线，便于对光伏板的控制[2]，子系统当中的光伏组件必须要逆变，在逆变之后才能并入交流母线当中。
2.2 风力发电系统该系统能够对风机的电压、逆变器输出电压、电流等数据进行收集，让设备的运行更加安全[3]，风力控制器则是通过ARM 内核芯片进行数据采集和储存。
微电网技术
储能系统：电池储能系统等
控制系统：微电网控制系统等
保护系统：过载保护、短路保护等安全保护装置
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分布式能源：微电网采用分布式能源，包括太阳能、风能、储能等。
独立运行：微电网可以独立运行，不依赖于大电网。
高可靠性：微电网具有高可靠性，可以在大电网故障时保持运行。
节能环保：微电网能够实现能源的节约和环境的保护。
智能电网技术：实现电力系统的自动化和智能化
分布式能源技术：提高电力系统的可靠性和稳定性
电力电子技术：实现电力系统的灵活控制和调节
发展趋势：分布式能源的快速发展，促进微电网技术的广泛应用。
技术方向：智能化、自动化、高效化、安全化。
应用领域：城市、农村、工业园区、商业区等。
未来展望：随着新能源、智能电网等领域的快速发展，微电网技术将迎来更加广阔的发展前景。
微电网的应用场景和优势
城市居民区：为居民提供可靠的电力供应，降低停电风险
工业园区：满足园区内企业多样化的用电需求，提高电力质量
偏远地区：解决偏远地区电力供应不足的问题，提高生活水平
商业中心：为商业中心提供稳定的电力支持，保障电力设备的正常运行
医院、学校等重要设施：确保重要设施的电力供应，维护社会稳定
适应可再生能源发展：微电网能够适应可再生能源的发展需求，促进清洁能源的利用。
能源效率：提高能源利用效率，降低能源消耗
降低成本：通过优化能源使用，降低能源成本
增强韧性：提高能源系统的可靠性和稳定性
减少排放：减少温室气体排放，降低环境污染
微电网的关键技术和发展趋势 Nhomakorabea能源储存技术：提高电力系统的能源利用效率
移动式微电网：为野外作业、突发事件等提供可移动的电力供应，适应不同环境的需求
微电网的基本结构及在大电网中的作用
建立在系统中。
2020年9月27日星期日
9－8
§5 微电网在大电网中的作用
➢ 发电和负载的共同、本地控制为微电网的核心，赋予了需求
侧管理特别的意义。
✓ 微电网不是通过控制负载，调节其负荷曲线来满足电力系
统的要求，而是同时控制发电和负载，满足微电网中用户
尽可能经济的目标，并有可能实现不间断供电的要求。
2020年9月27日星期日
9－4
§2 微型电源控制器
➢ 微电网的基本运行取决于微型电源控制器的如下功能 ✓ 当馈线上负荷的工作点变化时调节馈线的潮流； ✓ 当系统中的负荷变化时调节每个微型电源接口处的电压以 及当系统处于孤岛运行状态时，确保每个微型电源迅速承 担其所分配的负荷。 ✓ 系统能够平滑地转换到孤岛运行状态和自动地重新并入大 电网。
则可增强输电线路的稳定性，并可使得输电线路的上限输
送功率增加。
2020年9月27日星期日
9－9二、动态相互作用➢ 目前分布式发电在电力系统中的应用还非常少，因此它们对
高压输电系统稳定性的影响还可以不考虑。
➢ 如果分布式发电越来越普及，则它们将影响电力系统的稳定
性。
✓ 分布式发电与电力系统之间不良的动态相互作用可能引起
关键的、重负荷的输电线路跳闸、中断不同区域间的电能
输送。
✓ 如果设计微电网时，考虑它们与输电系统之间的动态影响，
微电网的基本结构及在大电网中的作用
§1 微电网的基本组成 §2 微型电源控制器 §3 电能管理系统 §4 微电网的保护 §5 微电网在大电网中的作用
2020年9月27日星期日
9－1
§1 微电网的基本组成
➢ 微电网为负荷和微型电源的集合，并作为一个单一的系统同 时提供电能和热能。
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• 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。
2、微电网系统结构
• 微电网对外呈现一个整体，通过一个公共连接点（ Point of Common Coupling,PCC）与电网相连 .
地理接线图
电网接线图
电网结构情况
中、西部电网形成 220kV虎岗、潭东、燕 丰、龙岗四个供区
南部电网形成 220kV嘉定、 金堂、百乐三 个供区
主网
瑞
埠
金
头
电厂渡来自瑞口金
虎
燕岗
丰
龙 岗
赣
州
潭
嘉
东
定
东部电网形成
220kV埠头、渡 口、瑞金三个
供区
金
堂
百
乐
一、电网接线方式简介
4.电网接线方式分类
按供电可靠性
4 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。
1 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（Combined Heat and Power,CHP）或冷热电联产（Combined Cooling、Heat and Power,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。
在微电网的这种结构下，多个DG局部 就地向重要负荷提供电能和电压支撑，这在 很大程度上减少了直接从大电网买电和电力 线传输的负担，并可增强重要负荷抵御来自 主网故障影响的能力。
在大电网发生故障或其电能质量不符合 系统标准的情况下，微电网可以孤网模式独 立运行，保证微电网自身和大电网的正常运 行，从而提高供电可靠性和安全性。
2 负荷 包括各种一般负荷和重要负荷。
3 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 。
1、微电网的总体结构
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。
021
2
无备用接线 方式
有备用接线 方式
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。
一、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、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。
微电网的总体结构
目录
电网接线方式简介 微电网基本结构 微电网系统结构 微电网体系结构
微电网的元件
一、电网接线方式简介
1.电力系统概念
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。
一、电网接线方式简介
2.电力网（简称电网）概念
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。
一、电网接线方式简介
3.电网接线图分类
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。 Ø电网接线图分为地理接线图和电气接线图。 Ø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。 Ø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。
放
链
射
干
式
线
式
式
环
两端供
式
电网络
二、微电网总体结构
微电网（Micro-Grid）是一种新型网络结构
微电源
负荷
储能 系统
微电网
控制 装置
• 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 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 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，并通过静态开关关联至常规电 网。开发和延伸微电网能够充分促进分布式电 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 网的一种有效方式，是传统电网向智能电网的 过渡。
1、微电网总体结构
32
图中包含了多个DG(Distributed Generation)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。
1、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。该开关点即PCC(公共连接点）所在 的位置，一般选择为配电变压器的原边侧或主网与微电网的分离点。 IEEE P1547标准草案规定:在PCC处，微电网的各项技术指标必须满 足预定的规范。负荷端的馈线电压通常是480 V或更低。