微电网结构运行分析.doc

1、微电网的结构特点、运行方式分析。国内，微电网（Micro-Grid）也译为微网，定义为：是一种新型网络结构，是一组微电源、负荷、储能系统和控制装置构成的系统单元。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。总的来说，微电网有以下特点：1、独特性：微电网由微型电源及负荷构成，是一个小型电力系统，与大系统的主要区别在于其灵活的可调度性；2、多样性：微电源的组成多种多样，既有传统电源，又有可再生能源。同时，微电网中也包含储能设备，作为系统稳定运行的必要条件，而负荷的类型也很多，如敏感型、非敏感型、可控型、非可控型等；3、可控性：根据运行的工况不同，微电网可以选择不同的运行方式，完善的控制策略使得微电网的可靠性得到提高，安全性得到保障；4、交互性：作为具备独立发电设备的微电网可以在必要时对主网提供有力支撑，同时主网也可以向微电网提供电能；5、独立性：微电网在一定条件下可以独立运行，在一定基础上保障了本地的用电需求。 根据微电网特性将微网划分为直流微网、交流微网和交直流混合微网：一、交流微网：目前，交流微网仍然是微网的主要形式。交流微网的网架基本结构相似，大多采用辐射状网架，DG、储能装置等均通过电力电子装置连接至交流母线，通过PCC处开关的控制，可实现微网并网运行与孤岛运行模式的转换。但交流网架结构与微电源容量及负荷对电能质量要求也密切相关，通常可以根据容量大小将交流微网系统分为三类：（1）系统级微网、（2）工商业区级微网以及（3）偏远乡村级微网。以下是各类运行方式分析：（1）系统级微网结构由母线和多条馈线呈辐射状组成，每条馈线可分层接入大量分布式电源和就地负荷，网架可以经多个PCC（控制微电网并入大系统的开关）接入电网。如图1所示，微网由两条汇流母线和四条馈线组成，每条馈线可分层接入大量的分布式电源：三联供系统、光伏系统、风机系统、储能系统等，单个分布式电源的最大容量可达到 510MW；汇流母线上可接入小型常规发电系统。当电网或降压变压器故障时，PCC开关跳开，微网进入孤岛运行；待电网侧恢复正常，闭合PCC开关，微网并网运行。图1系统级微网结构（2）工商业区级微网结构有高度的冗余性，可以保证接入网架的重要负荷和敏感负荷有多个回路、不同类型的电源提供电能如图2所示，工商业区内的负荷由光伏系统（PV）、三联供系统（CCHP）以及电池储能系统（BESS）和配电网供电。当配电网发生故障或电能质量不能满足负荷要求时，PCC1开关跳开，微网进入孤岛运行状态。在电源容量充足的情况下，可满足微网内负荷的不间断供电；若此时电源容量小于负荷总容量，则依次切除不重要负荷（二类负荷和三类负荷）以保证对微网内一类负荷的供电。考虑最严重情况，微网孤岛运行时母线A发生永久性故障，PCC2跳开，由三联供系统和一类负荷组成的单元微网系统进入孤岛运行，仍可保证对一类负荷的可靠供电。因此工商业区级微网结构充分保证了重要负荷的供电可靠性。图2工商业区微网结构（3）偏远乡村级微网通常运行在孤岛状态，网架结构为简单的串并联形式。如图3所示，分布式电源与负荷组成微型供用电系统，再并联接入馈线。乡村级微网结构要预留足够多的DG接口，一方面应对微网负荷增长；其次分布式电源不仅提供微网正常运行时所需的电能，而且要有充足的备用容量应对微网故障，具备自愈能力。偏远乡村级微网由于缺少电网的支撑容易受到分布式电源随机性和波动性影响，因此一般需要接入旋转设备，为微网提供电压、频率支撑的同时也作为热后备容量。乡村级微网负荷通常为不重要负荷，简单的串并联网架结构保证了微网的经济性与故障易恢复性。图3偏远乡村级微网结构（二）、直流微网按用户对电能质量多样性需求分为（1）多环状直流微网和（2）辐射状直流微网。（1）多环直流微网网架采用环状结构，形成多回路供电系统，满足用户对电能质量的不同需求。如图4所示，直流电源和负荷通过DC/DC变流器接入，交流源、负荷由AC/DC与DC/AC换流器接入网架。直流环1上接有间歇性特征比较明显的 DG，用于向普通负荷供电，直流环2连接运行特性比较平稳的DG以及储能装置，向电能质量要求比较高的负荷供电。环形馈线分为两段，经混合式限流断路器连接构成，在出现故障时可解列运行，降低停电面积。图4多环直流微网结构（2）辐射直流微网结构一般为串并联结构，由联络馈线和直流母线连接电源和负荷。如图5所示，系统中的DG、储能装置、负荷等均通过电力电子变换装置连接至直流母线，电源与负荷间由联络馈线连接，直流网络再通过逆变装置连接至外部交流电网。直流微网通过电力电子变换装置可以向不同电压等级的交流、直流负荷提供电能，DG和负荷的波动可由储能装置在直流侧补偿。图5辐射直流微网结构三、交直流混合微网。既含有交流母线又含有直流母线，既可以直接向交流负荷供电又可以直接向直流负荷供电，因此可称为交直流混合微网。混合微网的提出是为了避免DG和负荷接入交流微网或直流微网时需要多次进行换流所带来的诸多问题。图6所示为混合微网的典型结构交流系统和直流系统按各自的原则组成微网，由四象限运行的换流器连接。直流系统结构为并联式结构，直流DG如光伏电源、燃料电池通过DC/DC升压电路接入直流系统，直流储能电池由双向DC/DC并联在直流母线上，直流负荷经过DC/DC降压电路并入微网，而风机则经整流器向直流系统提供电能。交流