微網(wǎng)仿真研究平臺綜述課件

1、微網(wǎng)仿真研究平臺綜述目 錄一、概述11.微網(wǎng)的概念12.微網(wǎng)的結(jié)構(gòu)13.微網(wǎng)的運行方式3二、微網(wǎng)仿真研究平臺及其控制方式61.微網(wǎng)系統(tǒng)組成形式62.直流與交流微網(wǎng)實驗系統(tǒng)73.微網(wǎng)仿真研究平臺的控制方式10三、國內(nèi)外微網(wǎng)仿真研究平臺簡介141.歐洲示范系統(tǒng)142.美國示范系統(tǒng)163.日本示范系統(tǒng)174.加拿大示范系統(tǒng)195.合肥工業(yè)大學(xué)分布式發(fā)電系統(tǒng)示范項目216.浙江電力試驗研究院22四、結(jié)論2324一、概述1.微網(wǎng)的概念目前，國際上對微網(wǎng)的定義尚未統(tǒng)一。美國電氣可靠性技術(shù)協(xié)會(CERTS Consortium for Electric Reliability Technology Solu

2、tions)給出的定義為：微網(wǎng)是一種由負(fù)荷和微型電源共同組成系統(tǒng)，它可同時提供電能和熱量；微網(wǎng)內(nèi)部的電源主要由電力電子器件負(fù)責(zé)能量的轉(zhuǎn)換，并提供必需的控制；微網(wǎng)相對于外部大電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的受控單元，并同時滿足用戶對電能質(zhì)量和供電安全等要求。歐盟微網(wǎng)項目(European Commission Project Microgrids)給出的定義是：利用一次能源；使用微型電源，分為不可控、部分可控和全控三種，并可冷、熱、電三聯(lián)供；配有儲能裝置；使用電力電子裝置進(jìn)行能量調(diào)節(jié)。美國威斯康辛大學(xué)麥迪遜分校(University of Wisconsin-Madison)的RHLasseter給出的概念是：

3、微網(wǎng)是個由負(fù)載和微型電源組成的獨立可控系統(tǒng)，對當(dāng)?shù)靥峁╇娔芎蜔崮?。其中，美國CERTS最早提出了微網(wǎng)的概念，并給出了典型的微網(wǎng)結(jié)構(gòu)，是眾多微網(wǎng)概念中最權(quán)威的個。微網(wǎng)具有以下幾個特點：通過一個公共耦合點（PCC）與大電網(wǎng)連接，從大系統(tǒng)的角度來看，一個微網(wǎng)與一個負(fù)荷或者一個小型電源沒有區(qū)別，微網(wǎng)并不表現(xiàn)出特殊的特性。在大電網(wǎng)缺電的情況下，微網(wǎng)還可以向大電網(wǎng)提供能量，給其支撐。運行方式靈活，可以在并網(wǎng)，孤島兩種方式下運行，并能夠靈活的轉(zhuǎn)換運行方式。每一個發(fā)電裝置附近都具有潮流控制器和保護(hù)裝置，旋轉(zhuǎn)發(fā)電裝置安裝同步裝置來與微網(wǎng)連接。這些裝置都只使用本地電流、電壓、頻率信息進(jìn)行控制。熱電聯(lián)產(chǎn)電廠的設(shè)置不

4、再優(yōu)先靠近負(fù)荷的地方，而是設(shè)在熱需求點附近，以充分利用發(fā)電產(chǎn)生的熱能。簡單來說，微網(wǎng)就是DG（分布式發(fā)電）的一種形式，一種可將各種分布式電源組合起來為當(dāng)?shù)刎?fù)荷提供電能的中、低壓小型電網(wǎng), 集微電源、儲能裝置、負(fù)荷、保護(hù)與控制系統(tǒng)為一體的自治系統(tǒng)，具有并網(wǎng)和孤島2種運行方式,能提高負(fù)荷側(cè)的供電可靠性。2.微網(wǎng)的結(jié)構(gòu) 圖1.CERTS 提出的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)此圖為美國CERTS提出的微電網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)，圖中包括3條饋線A，B和C及1條負(fù)荷母線，網(wǎng)絡(luò)整體呈輻射狀結(jié)構(gòu)。饋線通過主分隔裝置(通常是一個靜態(tài)開關(guān))與配電系統(tǒng)相連，可實現(xiàn)孤網(wǎng)與并網(wǎng)運行方式間的平滑切換。該開關(guān)點即PCC所在的位置，一般選擇為配電變壓器的

5、原邊側(cè)或主網(wǎng)與微電網(wǎng)的分離點。IEEE P1547標(biāo)準(zhǔn)草案規(guī)定：在PCC處，微電網(wǎng)的各項技術(shù)指標(biāo)必須滿足預(yù)定的規(guī)范。負(fù)荷端的饋線電壓通常是480 V或更低。該圖展示了光伏發(fā)電、微型燃?xì)廨啓C和燃料電池等微電源形式。其中一些接在熱力用戶附近，為當(dāng)?shù)靥峁嵩?。微電網(wǎng)中配置能量管理器和潮流控制器，前者可實現(xiàn)對整個微電網(wǎng)的綜合分析控制，而后者可實現(xiàn)對微電源的就地控制。當(dāng)負(fù)荷變化時，潮流控制器根據(jù)本地頻率和電壓信息進(jìn)行潮流調(diào)節(jié)，當(dāng)?shù)匚㈦娫聪鄳?yīng)增加或減少其功率輸出以保持功率平衡。此圖還示范了針對3類具有不同供電質(zhì)量要求的負(fù)荷的個性化微電源供電方案。對于連接在饋線A上的敏感負(fù)荷，采用光伏電池供電；對于連接在饋

6、線C上的可調(diào)節(jié)負(fù)荷，采用燃料電池和微型燃?xì)廨啓C混合供電，對于連接在饋線B上的可中斷負(fù)荷，沒有設(shè)置專門的微電源，而直接由配電網(wǎng)供電。這樣，對于敏感負(fù)荷和可調(diào)節(jié)負(fù)荷都是采用雙源供電模式，外部配電網(wǎng)故障時，饋線A，C上的靜態(tài)開關(guān)會快速動作使重要負(fù)荷與故障隔離且不間斷向其正常供電，而對于饋線丑上的可中斷負(fù)荷，系統(tǒng)則會根據(jù)網(wǎng)絡(luò)功率平衡的需求，在必要時將其切除。微電網(wǎng)的基本特征，也揭示出微電網(wǎng)中的關(guān)鍵單元：每個微電源的接口、控制；整個微電網(wǎng)的能量管理器，解決電壓控制、潮流控制和解列時的負(fù)荷分配、穩(wěn)定及所有運行問題；繼電保護(hù)，包括各個微電源及整個微電網(wǎng)的保護(hù)控制。微電網(wǎng)雖然也是分散供電形式，但它絕不是對電力

7、系統(tǒng)發(fā)展初期的孤立系統(tǒng)的簡單回歸。微電網(wǎng)采用了大量先進(jìn)的現(xiàn)代電力技術(shù)，如快速的電力電子開關(guān)與先進(jìn)的變流技術(shù)、高效的新型電源及多樣化的儲能裝置等，而原始孤立系統(tǒng)根本不具有這樣的技術(shù)水平。此外，微電網(wǎng)與大電網(wǎng)是有機整體，可以靈活連接、斷開，其智能性與靈活性遠(yuǎn)在原始孤立系統(tǒng)之上。3.微網(wǎng)的運行方式實驗室微網(wǎng)系統(tǒng)有聯(lián)網(wǎng)和孤島2種穩(wěn)態(tài)運行方式 ,以及由聯(lián)網(wǎng)到孤島模式切換、孤島到聯(lián)網(wǎng)模式切換2種暫態(tài)模式。本實驗系統(tǒng)中 ,因光伏模擬系統(tǒng)和風(fēng)機模擬系統(tǒng)的功率輸出不可調(diào)度 ,雙向逆變器通過對蓄電池的充放電控制來實現(xiàn)微網(wǎng)功率平衡,進(jìn)而維持電壓和頻率穩(wěn)定。因此,雙向逆變器控制就成為保證微網(wǎng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵問題。圖2.

8、雙向逆變器主電路結(jié)構(gòu)1）并網(wǎng)運行控制并網(wǎng)模式下 ,雙向逆變器僅存在充電這一控制模式。本系統(tǒng)蓄電池的充電過程采用恒流(充電電流) 、 恒壓(充電電壓) 、 浮充(充電電壓)三段式充電。在聯(lián)網(wǎng)充電時，雙向逆變器控制如圖 3 所示。PWM 整流器工作于整流模式，通過對其控制，維持連接電容 C處的電壓恒定，通過對 Cuk 變換器的控制，可以調(diào)節(jié)充電電壓 或充電電流 跟蹤控制參考信號實現(xiàn)對蓄電池不同方式的充電。（a）PWM整流器控制（b）Cuk變換器控制圖3.聯(lián)網(wǎng)運行雙向逆變器控制2)孤島運行控制在微網(wǎng)孤島運行時，光伏并網(wǎng)逆變器和風(fēng)機并網(wǎng)逆變器仍采用恒功率控制，因失去了外電網(wǎng)的電壓和頻率參考，為維持微網(wǎng)

9、的穩(wěn)定運行，雙向逆變器將切換到恒電壓、恒頻率控制，并通過調(diào)節(jié)自身功率輸出來跟蹤外界的各種擾動，如圖 4 所示，為給定的交流電壓參考值。孤島運行時，Cuk 變換器控制反映蓄電池充放電策略。若DG出力大于負(fù)載功率消耗，則對蓄電池進(jìn)行充電，充電控制策略與聯(lián)網(wǎng)充電相同；若 DG出力小于負(fù)載功率消耗，蓄電池放電，以連接電容電壓 為控制參數(shù)進(jìn)行控制。PWM 整流器的控制關(guān)鍵在于逆變側(cè)電感電流 的控制，同時，為保證逆變器恒電壓、恒頻率的交流輸出，需采用交流輸出 為控制變量。因此，采用圖 4 ( b) 所示的電容電壓外環(huán)、 電感電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制策略。在微網(wǎng)孤島運行時，當(dāng) DG出力與負(fù)載功率消耗不匹配時，如

10、何避免蓄電池的過充和過放，是必須要考慮的問題。本實驗系統(tǒng)中，雙向逆變器通過對微網(wǎng)頻率的調(diào)整，實現(xiàn)了對DG和負(fù)荷的管理。圖 5 分別為蓄電池狀態(tài)與雙向逆變器輸出頻率、 微網(wǎng)頻率與 DG 輸出功率間的關(guān)系曲線。從圖 5 (a)中可以看出，當(dāng)蓄電池剩余容量 較低時，說明蓄電池向過放電狀態(tài)過渡，此時微網(wǎng)頻率設(shè)定值隨 降低而降低；當(dāng) 正常時，蓄電池處于正常充放電狀態(tài)，微網(wǎng)頻率設(shè)定值相對變化比較小；當(dāng) 比較高時，說明蓄電池向過充電狀態(tài)過渡，此時微網(wǎng)頻率設(shè)定值隨 的提高而加大。這樣，微網(wǎng)頻率的變化反映了蓄電池的充放電狀態(tài)，進(jìn)而反映了微網(wǎng)中功率平衡關(guān)系的變化。從圖 5 ( b)可以看出，當(dāng) =，微網(wǎng)頻率達(dá)到，

11、為避免對蓄電池的過充電，DG開始限制其功率輸出；當(dāng)f = f stop時，DG輸出功率下降到 0；在二者之間，DG的功率輸出將在 0100 %之間線性變化。另一方面，當(dāng)降至 時，頻率下降到，系統(tǒng)進(jìn)行切負(fù)荷控制，避免蓄電池的過放電。（a）Cuk變換器控制（b）PWM整流器控制圖4.孤島運行雙向逆變器控制 （a）SOC與頻率關(guān)系曲線 （b）DG輸出與頻率關(guān)系曲線圖5,微網(wǎng)孤島運行頻率控制3)聯(lián)網(wǎng)-孤島模式切換控制其切換策略是：當(dāng)雙向逆變器檢測到外電網(wǎng)信號正常時，則控制微網(wǎng)與外電網(wǎng)間的連接開關(guān)閉合，微網(wǎng)與外電網(wǎng)相連接，微網(wǎng)的電壓和頻率由外電網(wǎng)設(shè)定；當(dāng)外電網(wǎng)發(fā)生故障或者停電時，雙向逆變器檢測到外電網(wǎng)電

12、壓和電流超出額定范圍，則控制微網(wǎng)與外電網(wǎng)間的連接開關(guān)打開，斷開微網(wǎng)與外電網(wǎng)連接，微網(wǎng)轉(zhuǎn)入孤島模式運行，由雙向逆變器提供電壓和頻率參考。二、微網(wǎng)仿真研究平臺及其控制方式1.微網(wǎng)仿真研究平臺的組成形式微網(wǎng)中的電源主要為分布式電源，多為帶有電力電子接口的小型發(fā)電機組。例如風(fēng)電、小水電、太陽能發(fā)電、微燃?xì)廨啓C、柴油發(fā)電機、小型熱電聯(lián)產(chǎn)機組以及微型核電，光伏電池，燃料電池等等。這些分布式電源有些和傳統(tǒng)的發(fā)電機比較相似(如小型熱電聯(lián)產(chǎn)電廠，小水電)而有些在出力、入網(wǎng)連接方式等方面與傳統(tǒng)的大電網(wǎng)有較大的差別。首先，使用可再生能源作為一次能源的分布式電源，由于其一次能源往往具有較大的隨機性(如風(fēng)能、太陽能、潮

13、汐能等)，因此這些分布式電源的出力不可避免的存在較大波動。對電網(wǎng)的運行帶來不利影響。其次，根據(jù)分布式電源與電力系統(tǒng)的接口可以分為直接與系統(tǒng)相聯(lián)(機電式)和通過逆變器與系統(tǒng)相連的分布式發(fā)電系統(tǒng)。光伏電池和電壓性燃料電池通過逆變器和濾波器與電網(wǎng)相連，微氣輪機、風(fēng)電等通過整流、逆變與電網(wǎng)相連。這些轉(zhuǎn)換器可以較為靈活的發(fā)電機的有功無功輸出和輸出電壓，這對于提高電網(wǎng)的供電可靠性有很大好處。儲能單元在微網(wǎng)中的作用可概括為三方面：提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。儲能元件的應(yīng)用使得微網(wǎng)能夠運行在一個較穩(wěn)定的輸出水平。適量的儲能可以在DG不能正常運行的情況下作為電源使用。儲能使得不可調(diào)度的DG能夠作為可調(diào)度機組單元運行，實現(xiàn)

14、與大電網(wǎng)的并網(wǎng)運行，在必要時向電力公司賣電，提供削峰、緊急功率支持等服務(wù)。目前人們研究的儲能形式主要包括：蓄電池、超導(dǎo)、超級電容器和飛輪。大量研究給出了各種儲能技術(shù)的原理及模型。DG與儲能技術(shù)的結(jié)合大大提高了微網(wǎng)的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和能源利用率。在負(fù)荷中心建立微網(wǎng)模式的新型終端電網(wǎng)，將電源和負(fù)荷結(jié)合起來進(jìn)行協(xié)調(diào)控制和運行，是近年來的一個新思路。無疑，分布式電源、微網(wǎng)運行將成為未來大型電網(wǎng)的有力補充和有效支撐，是未來電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢之一。由此可以預(yù)見隨著儲能技術(shù)的不斷發(fā)展，儲能單元必將在微網(wǎng)中得到更加廣泛的應(yīng)用。盡管如此，儲能裝置價格昂貴，不可能在微網(wǎng)中隨意配置。如何優(yōu)化儲能單元的配置，實現(xiàn)社會效

15、益的最大化，是微網(wǎng)研究的個重要課題。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，微網(wǎng)擁有一些特殊保護(hù)裝置和控制裝置，如能量管理器、保護(hù)協(xié)調(diào)器及潮流控制器等。整個微網(wǎng)通過公共連接點(PCC)與大電網(wǎng)相連。2.微網(wǎng)仿真研究平臺的類型（直流與交流微網(wǎng)實驗系統(tǒng)）1）直流微網(wǎng)圖6.直流微網(wǎng)結(jié)構(gòu)直流微網(wǎng)通過電力電子變換裝置可以向不同電壓等級的交流，直流負(fù)荷提供電能，DG和負(fù)荷的波動可由儲能裝置在直流側(cè)補償。圖7.多直流饋線微網(wǎng)結(jié)構(gòu) 對于有不同等級電能質(zhì)量需求的，可以使用雙回或多回路供電方式，如上圖所示。直流微網(wǎng)由于各DG與直流母線之間僅存在一級電壓變換裝置，降低了系統(tǒng)建設(shè)成本，在控制上更易實現(xiàn)，無需考慮各DG之間同步問題。2）

16、交流微網(wǎng)圖8.交流微網(wǎng)結(jié)構(gòu) 目前交流微網(wǎng)仍是微網(wǎng)的主要形式，通過對公共連接點（PPC)端口處開關(guān)的控制，可實現(xiàn)微網(wǎng)并網(wǎng)運行與孤島運行方式的轉(zhuǎn)換。3）交直流混合微網(wǎng)圖9.交直流微網(wǎng)混合結(jié)構(gòu)既可向直流負(fù)荷供電也可像交流負(fù)荷供電。3.簡單結(jié)構(gòu)與復(fù)雜結(jié)構(gòu)微網(wǎng)實驗系統(tǒng)1）簡單結(jié)構(gòu)微網(wǎng)圖10.簡單結(jié)構(gòu)的微網(wǎng) 其應(yīng)用很多，如DG為微型燃?xì)廨啓C的冷熱電聯(lián)供（CCHP)系統(tǒng)，在向用戶提供電能的同時，還滿足用戶冷和熱的需求。2）復(fù)雜結(jié)構(gòu)微網(wǎng)以德國DeMotec微網(wǎng)實驗系統(tǒng)為例。圖11 DeMotec微網(wǎng)結(jié)構(gòu) 該系統(tǒng)通過175KVA和400KVA的變壓器與外部電網(wǎng)相連，系統(tǒng)中的80KVA和15KVA的電源用于模擬與

17、之相連的其他微網(wǎng)，DG包括光伏，風(fēng)機，柴油機，微燃機等多種類型，儲能裝置采用蓄電池儲能。將DG和儲能裝置組成了3種類型的小型微網(wǎng)嵌入系統(tǒng)中：三相光伏-蓄電池-柴油機微網(wǎng)單相光伏-蓄電池帶負(fù)荷微網(wǎng)單相光伏-蓄電池不帶負(fù)荷微網(wǎng)。該微網(wǎng)存在一個上層控制器，與底層的各DG，儲能裝置和負(fù)荷之間通過INTER BUS總線通信，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)重組。此類微網(wǎng)實驗系統(tǒng)還包括法國ARMINES微網(wǎng)，西班牙Labein微網(wǎng)，意大利CEIS微網(wǎng)等。3.微網(wǎng)仿真研究平臺的控制方式1）主從控制模式是指微網(wǎng)處于孤島運行方式時，其中一個DG（或儲能裝置）采取定電壓和定頻率控制（V/f控制），用于向微網(wǎng)中其他DG提供電壓和頻

18、率參考，而其他DG則可采用定功率控制（PQ控制)。V/f控制的DG為主控制器，其他DG的控制器為從控制器，從控制器根據(jù)主控制器來決定自己的運行方式。當(dāng)微網(wǎng)處于并網(wǎng)運行狀態(tài)時，所有DG都采用PQ控制，一旦轉(zhuǎn)入孤島模式，需要作為主控模式的DG快速轉(zhuǎn)換為V/f控制模式。常見主控制單元包括以下幾種：1）儲能裝置作為主控制單元。典型示范工程包括荷蘭Continuon微網(wǎng)，希臘NTUA微網(wǎng)，日本W(wǎng)akkanai微網(wǎng)等。在孤島運行方式下，儲能裝置通過充放電控制來跟蹤DG輸出功率和負(fù)荷的波動，因失去外部電網(wǎng)的支撐，又儲能裝置儲能有限，一般不能維持時間太長。2）DG為主控制單元。典型示范工程包括葡萄牙EDP微網(wǎng)

19、。3）DG加儲能裝置為主控制單元。當(dāng)微網(wǎng)中存在像微燃機這樣輸出穩(wěn)定且易于控制的DG時, 由于這類DG的輸出功率可以在一定范圍內(nèi)靈活調(diào)節(jié) ,輸出穩(wěn)定且易于控制 ,將其作為主控單元可以維持微網(wǎng)在較長時間內(nèi)穩(wěn)定運行。如果微網(wǎng)中存在多個這類DG ,可選擇容量較大的DG作為主控制單元 ,這樣的選擇有助于微網(wǎng)在孤島運行方式下長期穩(wěn)定運行。 3） DG加儲能裝置為主控制單元。這類典型示范工程包括德國MVV微網(wǎng)等。當(dāng)采用微燃機等DG作為主控制單元時,在微網(wǎng)從并網(wǎng)模式向孤網(wǎng)模式過渡過程中, 由于系統(tǒng)響應(yīng)速度以及控制模式切換等方面的制約,很難實現(xiàn)無縫切換 ,有可能造 成系統(tǒng)的頻率波動較大 ,部分DG有可能在低頻或

20、低壓保護(hù)動作下退出運行 ，不利于一些重要負(fù)荷的可靠供電。在對電能質(zhì)量要求非常高的負(fù)荷情況下,可以將儲能系統(tǒng)與D G 組合起來作為主控制單元 ,充分利用儲能系統(tǒng)的快速充放電功能和微燃機這類DG所具有的可較長時間維持微網(wǎng)孤島運行的優(yōu)勢。采用這種模式 ,儲能系統(tǒng)在微網(wǎng)轉(zhuǎn)為孤島運行時可以快速為系統(tǒng)提供功率支撐 ,有效抑制由于微燃機等DG動態(tài)響應(yīng)速度慢所引起的電壓和頻率的大幅波動。 2）對等控制模式圖12 對等控制微網(wǎng)結(jié)構(gòu) 目前，采用對等控制的微網(wǎng)系統(tǒng)大多數(shù)仍停留在實驗室研究階段(如美國 Wisconsin 微網(wǎng)實驗系統(tǒng)、 新加坡南洋理工微網(wǎng)實驗系統(tǒng)、 比利時Kat holieke微網(wǎng)實驗系統(tǒng)、 西班C

21、atalunya 大學(xué)微網(wǎng)實驗系統(tǒng)等)。應(yīng)用于實際的示范工程相對較少，僅有的示范工程都對系統(tǒng)參數(shù)提出了比較嚴(yán)格的要求。以 CERTS微網(wǎng)示范工程為例，其DG采用了3臺規(guī)格、 容量完全一致的 60 kW 微型燃?xì)廨啓C以實現(xiàn)對等控制。如何提高對等控制微網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性水平，建立通用性和魯棒性強的對等控制微網(wǎng)系統(tǒng)，是微網(wǎng)研究者正在致力解決的問題。對于這種控制模式，DG控制器的策略選擇十分關(guān)鍵，一種目前備受關(guān)注的方法就是Droop 控制方法。在對等控制模式下，當(dāng)微網(wǎng)運行在孤島模式時，微網(wǎng)中每個采用Droop 控制策略的DG都參與微網(wǎng)電壓和頻率的調(diào)節(jié)。在負(fù)荷變化的情況下，自動依據(jù)Droop下垂系數(shù)分擔(dān)負(fù)荷

22、的變化量，即各DG通過調(diào)整各自輸出電壓的頻率和幅值，微網(wǎng)達(dá)到一個新的穩(wěn)態(tài)工作點，終實現(xiàn)輸出功率的合理分配。顯然，用Droop 控制可以實現(xiàn)負(fù)載功率變化在DG之間的自動分配，負(fù)載變化前后系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電壓和頻率也會有所變化，系統(tǒng)電壓和頻率指標(biāo)而言，種控制實際上是一種有差控制。與主從控制模式相比，對等控制中的各 DG可以自動參與輸出功率的分配，易于實現(xiàn) DG的即插即用，于各種 DG的接入，由于省去了昂貴的通信系統(tǒng)，理論上可以降低系統(tǒng)成本。同時，由于無論在并網(wǎng)運行方式還是在孤島運行方式，微網(wǎng)中DG的Droop 控制策略可以不加變化，統(tǒng)運行方式易于實現(xiàn)無縫切換。在一個采用對等控制的實際微網(wǎng)中，些DG同樣可

23、以采用 PQ控制，此情況下，Droop 控制的多個 DG共同擔(dān)負(fù)起了主從控制器中主控制單元的控制任務(wù)：過 Droop 系數(shù)的合理設(shè)置，實現(xiàn)外界功率變化在各 DG之間的合理分配，而滿足負(fù)荷變化的需要，持孤島運行方式下對電壓和頻率的支撐作用等。3）分層控制模式圖13 日本2層控制微網(wǎng)結(jié)構(gòu)日本微網(wǎng)展示項目包括 Archi 微網(wǎng)、 Kyoto 微網(wǎng)、 Hachinohe 微網(wǎng)等，供了一種微網(wǎng)的2層控制結(jié)構(gòu)，圖 13所示。中心控制器首先對 DG發(fā)電功率和負(fù)荷需求量進(jìn)行預(yù)測，后制定相應(yīng)運行計劃，根據(jù)采集的電壓、電流、功率等狀態(tài)信息，運行計劃進(jìn)行實時調(diào)整，制各 DG、負(fù)荷和儲能裝置的啟停，證微網(wǎng)電壓和頻率的

24、穩(wěn)定，為系統(tǒng)提供相關(guān)保護(hù)功能。在上述分層控制方案中， DG和上層控制器間需有通信線路，一旦通信失敗，微網(wǎng)將無法正常工作。另外提出一種中心控制器和底層 DG采用弱通信聯(lián)系的分層控制方案，如圖 14 所示。在這一控制方案中，微網(wǎng)的暫態(tài)供需平衡依靠底層 DG控制器來實現(xiàn)，上層中心控制器根據(jù) DG輸出功率和微網(wǎng)內(nèi)的負(fù)荷需求變化調(diào)節(jié)底層DG的穩(wěn)態(tài)設(shè)置點并進(jìn)行負(fù)荷管理，即使短時通信失敗，微網(wǎng)仍能正常運行。圖14 弱通信聯(lián)系的2層控制結(jié)構(gòu)在歐盟多微網(wǎng)項目 “多微網(wǎng)結(jié)構(gòu)與控制”，提供了3層控制結(jié)構(gòu)，方案如圖 15所示。最上層的配電網(wǎng)絡(luò)操作管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)根據(jù)市場和調(diào)度需求來管理和調(diào)度系統(tǒng)中的多個微網(wǎng)；中間層的

25、微網(wǎng)中心控制器(MGCC)負(fù)責(zé)最大化微網(wǎng)價值的實現(xiàn)和優(yōu)化微網(wǎng)操作；下層控制器主要包括 DG控制器和負(fù)荷控制器，負(fù)責(zé)微網(wǎng)的暫態(tài)功率平衡和切負(fù)荷管理。整個分層控制采用多代理(Agent ) 技術(shù)實現(xiàn)。圖15 歐盟微網(wǎng)3層控制方案三、國內(nèi)外微網(wǎng)仿真研究平臺簡介1.歐洲示范系統(tǒng)1）希臘基吉昆島微網(wǎng)該示范系統(tǒng)安裝在一個12戶的小村莊，有10KW的光伏發(fā)電，普通的53KWh容量的蓄電池，5KW的柴油發(fā)電機，第二個2KW的光伏陣列位于控制系統(tǒng)建筑屋頂。如下圖所示。在此基礎(chǔ)上基吉昆島又增加了第二個示范工程，包括了為提供可行有效的微網(wǎng)操作的新分布式電源控制的調(diào)查報告，對利用下一代信息和通信技術(shù)的另行控制策略的補

26、充，對含有現(xiàn)代保護(hù)方法、現(xiàn)代固態(tài)接口和對頻率變量的操作的網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)造設(shè)計等一系列的工程，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。2）荷蘭Continuon中壓/低壓設(shè)備Continuon有200多個村舍，配備有固定網(wǎng)光伏陣列共計315KW。這些村舍是通過四根400米左右的饋線連接到一個高壓/低壓變壓器上的，白天負(fù)荷較低，所以大部分的光伏電流流入中壓網(wǎng)中。而在夜晚，需要電網(wǎng)支持供電。在微網(wǎng)島上，追求的是通過靈活配電系統(tǒng)和儲能改善電能質(zhì)量。3）德國在Mannheim-Wallstadt MVV居民示范工程在Mannheim-Wallstadt已經(jīng)有1200居民的房地產(chǎn)為更多微網(wǎng)工程連續(xù)長期的測試提供地點。一個裝機30KW

27、的光伏陣列已經(jīng)安裝用于個人投資中，更多的分布式電源的安裝也在計劃之中。實驗的第一個目標(biāo)是涉及負(fù)載管理中的用戶。用戶可以得到鄰居基于光伏輸出的可用信息，當(dāng)直接使用太陽電能時他們可以隨時轉(zhuǎn)移自己的負(fù)載。這就可以使參與的家庭把晚上的用電高峰的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到日曬教強烈的時間段上，或把陰天的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到晴天里去。目前，這些活動得到德國，西班牙，英國，荷蘭等其他地方的政府的支持。2.美國示范系統(tǒng)美國CERTS是最早提出微網(wǎng)概念的，并且是最權(quán)威的一個。1）威斯康辛大學(xué)實驗室系統(tǒng)該系統(tǒng)有三臺60Kw的Tecogen微型發(fā)電機，有4個負(fù)載（90Kw，45Kvar），一個20H的感應(yīng)電機，一個15Kw三相諧波源，以及一

28、個直流負(fù)載。試驗系統(tǒng)如下圖。2）其他CERT微網(wǎng)工程一個顯著的特征就是把未來的期望加進(jìn)微網(wǎng)部署的必要工作中，而并不只是實際的電氣硬件支持。這個統(tǒng)一方法的兩大成果一個是喬治亞理工大學(xué)的微網(wǎng)分析工具的發(fā)展，還有一個是伯克利實驗室的分布式電源用戶采用模式。3.日本示范系統(tǒng)日本新能源與工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織（NEDO）是日本最大的公共研發(fā)管理組織，旨在促進(jìn)先進(jìn)的工業(yè)，環(huán)境，和能源節(jié)約技術(shù)的發(fā)展。NEDO的一個重要目標(biāo)就是解決分布式可再生能源接入電網(wǎng)的問題。NEDO涉及微網(wǎng)技術(shù)的示范工程主要在青森，愛知，京都3個地方。1）青森示范工程運行于2005年10月，其重要的特點就是微網(wǎng)中能源是由可再生能源組成。微網(wǎng)通

29、過一條配網(wǎng)線路從垃圾發(fā)電廠向市中心輸送電力。微網(wǎng)中主要電源有位于垃圾發(fā)電廠的3臺燃?xì)廨啓C發(fā)電機，一個50Kw的光伏陣列，100Kw的蓄電池，一個1.0t/h的木材燃燒鍋爐，一個4.2t/h的沼氣鍋爐，位于初中學(xué)校的2個10Kw的光伏陣列，位于小學(xué)學(xué)校的2臺8Kw的小型風(fēng)力發(fā)電機。的位于市辦公樓一個10Kw的光伏陣列，以及2臺2Kw的小型風(fēng)力發(fā)電機。2）愛知示范工程該系統(tǒng)有燃料電池發(fā)電，光伏發(fā)電和蓄電池儲能系統(tǒng)。其中燃料電池為兩個功率為270Kw和300Kw熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC），一個功率為25Kw的固體氧化物燃料電池（SOFC），4個功率為200Kw的磷酸燃料電池（PAFC）；光伏電池

30、功率為330Kw，蓄電池容量為500Kw，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖3）京都示范工程該示范工程是個“真正的微網(wǎng)”，從2005年12月開始運行。系統(tǒng)中主要設(shè)備是生物發(fā)電廠，有5臺80KW的燃?xì)廨啓C發(fā)電機組成。系統(tǒng)中還有250Kw的固體氧化物燃料電池(SOFC)，容量100KW的鉛酸蓄電池，兩個功率為20Kw和30Kw的光伏陣列。整個系統(tǒng)的發(fā)電量和負(fù)荷之間的平衡通過控制系統(tǒng)管理，控制系統(tǒng)一個有趣的特點是沒有采用最新的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)而是采用農(nóng)村中廣泛使用的傳統(tǒng)ISDN或ADSL技術(shù)。4.加拿大示范系統(tǒng)加拿大微網(wǎng)示范工程有孤島和并網(wǎng)兩種運行方式。在加拿大，對于偏遠(yuǎn)地方傳統(tǒng)的供電都是采用柴油發(fā)電機發(fā)電，為了節(jié)省燃

31、油費用，開展了研究采用多種電源供電方式的微網(wǎng)項目，如紐芬蘭省的Ramea島上的一個項目，一個以柴油發(fā)電機為主，風(fēng)力發(fā)電占一定比例的供電系統(tǒng)。系統(tǒng)的峰值功率達(dá)到1.2MW。安裝的風(fēng)力發(fā)電功率為395KW，其在系統(tǒng)中的比例超過30%。下圖為加拿大Fortis-Alberta配網(wǎng)系統(tǒng)，圖中一個25kV的配網(wǎng)在公共連接點（PCC）通過65kV/25kV的變電站連接到65kV電網(wǎng)。微網(wǎng)中有兩個功率為1.26MW和2.52MW的風(fēng)電場，一個3MW的水力發(fā)電廠。該微網(wǎng)系統(tǒng)還準(zhǔn)備通過138kV/25kV變電站與138kV電網(wǎng)連接。下圖是一個計劃孤島運行（planned islanding）的系統(tǒng)，系統(tǒng)通過69

32、kV/25kV變電站給3條饋線供電，一條饋線上有總功率為8.64MW的徑流式小水電站和峰值為3MW的負(fù)荷。孤島運行時，由小水電站給相關(guān)的饋線供電。5.合肥工業(yè)大學(xué)分布式發(fā)電系統(tǒng)示范項目合肥工業(yè)大學(xué)分布式發(fā)電實驗室是“211”建設(shè)項目，是國內(nèi)第一個建立的研究分布式發(fā)電的示范系統(tǒng)。實驗室里有光伏發(fā)電及并網(wǎng)子系統(tǒng)，模擬風(fēng)力發(fā)電及并網(wǎng)子系統(tǒng)，燃料電池發(fā)電及并網(wǎng)子系統(tǒng)，超級電容蓄能發(fā)電并網(wǎng)子系統(tǒng)，輕型直流輸電系統(tǒng)，多線路柔性組合高壓輸電網(wǎng)絡(luò)模擬子系統(tǒng)等各實驗環(huán)節(jié)。實驗室設(shè)備有靜止無功補償器，模擬負(fù)荷，水力發(fā)電機模擬機組，火力發(fā)電模擬機組，輕型直流輸電線路，超導(dǎo)儲能，蓄電池，燃料電池發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電模擬設(shè)備

33、，光伏發(fā)電。各參數(shù)如下：表2- 1合肥工業(yè)大學(xué)分布式發(fā)電實驗室設(shè)備設(shè)備容量光伏發(fā)電20 kW風(fēng)力發(fā)電15 kVA燃料電池發(fā)電5 kW蓄電池300 Ah火力發(fā)電模擬機組15 kVA水力發(fā)電模擬機組15 kVA輕型直流輸電線路15 kW實驗室結(jié)構(gòu)見圖具有以下特色：涵蓋了分布式發(fā)電研究的熱門領(lǐng)域； 實驗室電網(wǎng)系統(tǒng)是個可變結(jié)構(gòu)，可以自由設(shè)計；實驗室主要設(shè)備均為自行研制；實驗室發(fā)電系統(tǒng)與配網(wǎng)并網(wǎng)運行；實驗室能滿足分布式發(fā)電領(lǐng)域的實驗教學(xué)要求以及博/碩士生相關(guān)實驗和科研等。6.浙江電力試驗研究院其分布式發(fā)電和微網(wǎng)實驗室建于2010年3月，實驗室現(xiàn)包括中心控制室，蓄電池儲能室，飛輪儲能室，柴油發(fā)電室，二次監(jiān)

34、控與仿真室，模擬風(fēng)力發(fā)電室和屋頂光伏，風(fēng)機發(fā)電系統(tǒng)。實驗室主要設(shè)備和系統(tǒng)：60Kwp屋頂光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，30Kw雙饋風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)，兩臺5Kw小型直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，250Kw柴油發(fā)電機系統(tǒng)，蓄電池組及100Kw雙向逆變器，250Kw飛輪儲能系統(tǒng)以及多個模擬負(fù)載柜。其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示四、結(jié)論目前微網(wǎng)仍處于起步研究階段，微網(wǎng)的研究主要是在負(fù)荷中心使用新能源及可再生能源的分布式電源向周圍供電。因為這樣可以大大減少線損，節(jié)省輸配電建設(shè)投資。微網(wǎng)能有效降低或消除分布式電源直接接人大電網(wǎng)所產(chǎn)生的負(fù)面影響，為新能源及可再生能源并網(wǎng)發(fā)電的規(guī)?；瘧?yīng)用提供了新的途徑。且兼具發(fā)電、供熱、制冷等多種服務(wù)功能，微網(wǎng)可

35、以有效的實現(xiàn)能源的梯級利用，達(dá)到更高的能源綜合利用效率，同時可提高供電的安全性和可靠性，所以微網(wǎng)的研究意義重大，具有很大的發(fā)展前景。 參考文獻(xiàn)1 Nikkhajoei H, Lasseter R H. Distributed Generation Interface to the CERTS MicrogridJ. IEEE Transactions on Power Delivery. 2009, 24(3): 1598-1608.2 Stevens J. Development of sources and a testbed for CERTS microgrid testingC. 2

36、004.3 Eto J, Lasseter R, Schenkman B, et al. Overview of the CERTS Microgrid laboratory Test BedC. 2009.4 Lasseter R H, Eto J H, Schenkman B, et al. CERTS Microgrid Laboratory Test BedJ. IEEE Transactions on Power Delivery. 2011, 26(1): 325-332.5 魯宗相，王彩霞，閔勇，等. 微電網(wǎng)研究綜述J. 電力系統(tǒng)自動化. 2007,31(19):100-106.6 王成山，楊占剛，王守相，等. 微網(wǎng)實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征及控制模式分析J. 電力系統(tǒng)自動化. 2010, 34(01): 99-105.7 楊占剛，王成山，車延博. 可實現(xiàn)運行模式靈活切換的小型微網(wǎng)實驗系統(tǒng)J. 電力系統(tǒng)自動化. 2009,33(14):89-92.8 Sao C K, Lehn P W. Control and Power Management of Conv