摘要：在智能电网的背景和趋势下，微电网凭借可更加充分利用可再生能源（风能、太阳能、生物能等）、环境友好、运行方式灵活、某些特殊情形下具有更高的供电可靠性等优点，日益得到人们的重视，在电网中所占比例也越来越大。研发和推广微电网技术，对于改善用户侧供电单元的电能结构和质量有着重要意义。
关键词：微电网；安全稳定运行；储能
中图分类号：TM714文献标识码：A
引言
近年来，随着来自能源消耗和环境治理两方面的压力不断增加，人类社会对能源系统的需求也在不断更新。控制电力成本，替换老化的基础设施，改善电力系统的灵活性和可靠性，减少二氧化碳排放、减缓大气环境变化，以及为偏远地区提供可靠的电力支持等越来越高的电力要求，意味着能源结构转型已成为能源革命的关键。因此，风能、太阳能等可再生能源将逐步替代化石能源，不断提高其在能源消费中的比例。然而，大规模部署具有多时间尺度间歇性的可再生能源不仅深刻地影响着电力系统的预测和调度准确性，还可能在与电网进行功率交换时引起运行安全和电能质量问题，进而导致传统配电网的集中式平衡机制无法接纳这些可再生能源。
1微电网运行控制模式分类
1.1主从式控制方法
该方法一般用于微电网处于孤岛运行的状态。此时，微电网的电源可以分为主要部分及从属部分。主要部分一般由比较稳定可靠的大容量蓄电池或者传统的化石能源发电机来充当，它处于VF控制模式：来保证该微型电力系统的电压和频率稳定；从属部分的要求相对较低，可以由光伏、风电、沼气等间歇性的电源来充当。它配合主要部分工作，一般是PQ控制：向系统内输入一定的有功及无功功率即可（如图1）。该模式对主要部分的电源要求相对严格，要有足够的能量及功率密度。若主要部分不能正常运行，该微电网也不能保持正常工作。吴天赐.微电网中的关键技术及相关研究[J].中国电业(技术版),2015(11):184-185.
1.2对等式控制方法
该模式下微电网内的电源具有同等的地位，不再有主要次要之分。微电网系统内的电源根据其本身的特点来选择对应的工作方式。各电源彼此间不需要联络线通信，类似于电脑的USB接口，实现了“即插即用”。此方法下通常使用下垂控制的模式，根据微电网电源接入点的有功无功电压频率信息，通过对应耦合关系得到它的控制状态（如图2）。该控制模式在现实运行中的一个难点是降低微电网各电源之间产生的环流效应。环流不仅加大了系统的损耗，降低了整体的效率，还会使运行时电流变大，不利于电力电子器件长期可靠使用。把前面两种控制方法加以综合思考，可以得出一种新的控制方法：当微电网处于孤岛运行模式时，且选择一个电源采用下垂控制的方法，其他均采用PQ控制的模式。当微电网并网运行时，所有电源都采用PQ控制模式：这样既避免了电源间环流的产生，其他电源也能得到合理利用。
2储能技术对可再生能源微电网的作用
由于微电网受到系统内可再生能源的随机性、间歇性、不确定性的影响，以及系统在出现故障时通常需要切断与电网之间的连接，这些都势必导致了微电网需要通过合理的规划储能系统与可再生能源之间的集成利用，以实现提高系统的供电可靠性的目的。储能系统在微电网的运行方面所贡献的功能包括：①维持微电网运行的稳定。当微电网中间歇性能源存在电能质量问题或检测到电网故障时，储能设备可以为用户提供短时备用能量，使机组出力与预测值相匹配，使具有间歇性的能源可作为可调度能源运行；②参与调频。确保可再生能源微电网的能量输出与需求之间达到平衡；③参与调峰。当微电网中分布式能源的总出力大于负荷需求时，储能系统可以对富余的能量进行储存，避免能量的浪费；当微电网中分布式能源的总出力小于负荷需求时，储能系统可将储存的能量释放出来，消除或改善能量短缺的状况，提高微电网的供电能力，起到系统调峰的作用。除此之外，储能系统的优化配置，尤其是规模尺寸设计，对于微电网系统的建设投资与长期运营也具有重要的影响，合理的储能尺寸设计能够有效改善微电网系统的运营成本。图3所示为储能系统对可再生能源微电网整体运行的作用关系示意图，其中配置储能设备时直接供电曲线指的是公用电网与可再生能源机组输出功率直接用于供电的部分。
随着微电网中受控设备数量的逐步增多，在实现微电网“灵活、可靠、可接入、经济”运行的设计和策略研究过程中，储能技术的优化配置从中起到了核心纽带作用，它在不同程度上联结了公用电网、分布式能源、用户侧以及系统的整体设计。通过综合考虑各项设备以及储能技术的特性，选择存储类型、寿命、经济效益、环境效益以及容量相匹配的储能装置，并将其体现在微电网的运行优化目标和约束条件上，有助于实现系统的准确灵活控制，提高可再生能源的利用率和微电网的整体运行效率。任灵,李顺福,杨旭生,吴丽珍.微电网系统控制方法研究[J].自动化与仪器仪表,2015(12):14-16+19.
3储能系统容量容量规划
3.1并网型微电网运行策略
在并网模式下的微电网通常采取可再生能源优先发电(或提供其他形式的能量)给用户，当可再生能源无法满足用户的负荷需求时，再根据实际情况选择利用公用电网、备用电源(如燃机、柴油机等)或储能设备来为用户进行能量补给；当新能源能量产生剩余时，也将根据微电网的实际情况选择向公用电网进行售电或者向储能设备进行储能。如，当微电网内可再生能源机组由于气象因素无法满足用户的负荷需求时，启动储能设备来平衡微电网内的能量供需，若储能设备也无法满足用户的用能需求时，再通过向公用电网购买电力进行补偿供电。
3.2离网型微电网运行策略
在离网模式下，可再生能源微电网的电力负荷主要由可再生能源提供，但由于系统内没有公用电网作为备用支撑，则通常会导致对储能装置的容量需求相对更大，运行策略上着重考虑系统的安全性和可靠性。以负荷跟随策略为例，在可再生能源总输出功率不能满足负荷需求时，功率缺额由储能系统释放能量提供；当可再生能源出力大于负荷需求时，多余的能量通过储能系统进行储存。当储能系统所储存容量也无法满足负荷需求时，才启用备用电源。整个系统的联合出力可以满足对计划出力的实时跟随。在需要综合考虑能源系统响应特性时，混合储能系统的应用满足了功率和响应时间的需求，当系统中电源设备的输出功率与计划出力之间存在差值时，首先判断差值的正负，当差值为正表示电源设备出力富余，需要储能设备进行充电，此时富余电量优先储存在功率型储能设备当中，功率型储能充满却仍有电量富余时，再储存在能量型储能系统中；当差值为负表示电源设备无法满足负荷需求，需要储能设备进行放电，利用功率型储能设备的可用容量进行快速的供电，并随着放电时间的延长，功率型储能将逐渐切换到能量型储能的供电模式，之后功率型储能停止工作。齐佳鑫,骆洁艺,韩光玲.浅谈微电网的研究与应用[J].电气开关,2015,53(06):5-8+12.
结束语
随着可再生能源的迅猛发展，可再生能源微电网的应用将会给储能系统提供广阔的市场空间，而储能系统能否在微电网中大规模应用，则取决于新型、新兴储能技术的研发与突破，继续寻找具有优良性能且低耗量、低成本的储能材料，提高储能技术的能量密度、功率密度、循环寿命以及快速响应等能力，是新型储能的发展方向。
参考文献
[1]任灵,李顺福,杨旭生,吴丽珍.微电网系统控制方法研究[J].自动化与仪器仪表,2015(12):14-16+19.
[2]齐佳鑫,骆洁艺,韩光玲.浅谈微电网的研究与应用[J].电气开关,2015,53(06):5-8+12.
[3]吴天赐.微电网中的关键技术及相关研究[J].中国电业(技术版),2015(11):184-185.
论文作者:李国良
论文发表刊物:《中国电业》2019年第12期
论文发表时间:2019/10/16
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