微电网综述报告

1、中图分类号： 密 级： UDC： 本校编号： 工 程 硕 士 学 位 论 文论文题目： 微电网综述报告 研究生姓名： 学号： 学校指导教师姓名： 职称： 企业指导教师姓名： 职称： 申请学位工程领域名称： 论文提交日期： 论文答辩日期： 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含获得 兰州交通大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日学位论

2、文版权使用授权书本学位论文作者完全了解 兰州交通大学 有关保留、使用学位论文的规定。特授权 兰州交通大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名： 导师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 工 程 硕 士 学 位 论 文微电网综述报告作 者 姓 名 ： 工 程 领 域 ： 学 号 ： 校 内 导 师 ： 企 业 导 师 ： 完 成 日 期 ： 兰 州 交 通 大 学Lanzhou Jiaotong

3、University目 录1 绪 论11.1 研究背景11.2 微网简介12 微电网的相关标准以及联网方式42.1 国外相关标准及规范42.2 我国微电网标准及规范82.3 微网联网方式92.2 交流微网的典型结构图92. 3 直流微网的典型结构图103 微网的关键技术123.1 微网的监控123.1.1. 微网的监控系统框架123.1.2. 微网的监控系统的组成123.1.3. 微电网监控系统设计173.2 微电网能量管理193.2.1. 分布式发电预测193.2.2. 负荷预测203.2.3. 分布式发电及负荷的频率响应特性203.2.4. 微电网的功率平衡213.3 微电网的优化控制23

4、3.3.1. 微电网中光伏发电优化控制233.3.2. 微电网中风力发电优化控制243.3.3. 微电网多元复合储能优化控制243.3.4. 微电网优化调度策略253.4 微电网的通信253.4.1. 微电网的通信技术263.4.2. 微电网的通信体系结构283.4.3. 微电网通信系统的设计283.5 微电网的触地303.5.1. 微电网接人的接地要求343.6 微网的谐波治理353.6.1. 微电网的谐波治理技术353.6.2. 微电网的无源滤波技术363.6.3. 无源滤波器的设计364 微电网工程实例374.1 各国标准37美国标准：37欧洲标准：38日本标准384.2 中国发展394

5、.3 具体实例405 微网的发展及未来44微电网综述报告1 绪 论1.1 研究背景能源是经济和社会发展的重要物质基础，电力作为最清 洁便利的能源形式，是国民经济的命脉。 世界能源消费剧增，煤炭、石油、天然气等不可再生能 源资源消耗迅速，生态环境不断恶化，特别是温室气体 排放导致日益严峻的全球气候变化，社会的可持续发展 受到严重威胁。 另一方面随着国民经济的发展，电力需求迅速增长，电力部门大多把投资集中在火电、水电以及核电等大型集中电源和超高压远距离输电网的建设上。但是，随着电网规模的不断扩大，超大规模电力系统的弊端也日益凸现，成本高，运行难度大，难以适应用户越来越高的安全和可靠性要求以及多样化

6、的供电需求。尤其在近年来世界范围内接连发生几次大面积停电事故之后，电网的脆弱性充分暴露了出来，因此分布式发电被提上了日程。可再生能源发电已经成为电力系统发展的重要推动力，是智能电网的重要组成部分，并将在未来电力系统中扮 演越来越重要的角色。于是世界各国纷纷开始关注环保、高效和灵活的发电方式分布式发电(Distributed Generation，DG)。分布式发电是指利用各种可用和分散存在的能源，包括 可再生能源(太阳能、生物质能、小型风能、小型水能、 波浪能等)和本地可方便获取的不可再生燃料(主要是天 然气) 进行发电供能的技术。 分布式发电一般是指将相对小型的发电装置（一般50 MW以下）

7、分散布置在用户、负荷现场邻近地点，从而实现发电供能的方式。 分布式发电具有位置灵活、分散的特点，极好地适应了分散电力需求和资源分布，延缓了输配电网升级换代 所需的巨额投资；与大电网互为备用，也使供电可靠性 得以改善；一般还具有污染少、能源利用效率高的优势。尽管分布式发电优点突出，但也存在诸多问题：分布式电源单机接入成本高，控制困难；分布式电源相对大电网来说是一个不可控源，大系统往往采取限制、隔离的方式来处置分布式电源，以减小其对大电网的冲击。 当电力系统发生故障时，分布式电源往往都须在第一时间退出运行，这就大大限制了分布式发电效能的充分发挥。1.2 微网简介伴随着上述的问题，为了消除分布式发电

8、的各种问题，为协调大电网与分布式电源间的矛盾，充分挖掘分布 式电源为电网和用户带来的价值和效益，提出了微电网 （Microgrid）的概念。微电网（Micro-Grid）也译为微网，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。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

9、有效方式，是传统电网向智能电网过渡。微网也被称为分布式能源孤岛系统，将发电机、 负荷、储能装置及控制装置等系统地结合在一起， 形成一个单一可控的单元，同时向用户供给电能 和热能。 微网中的电源多为微电源，亦即含有电力电子界 面的小型机组（小于100kW），包括微型燃气轮 机，燃料电池、光伏电池以及超级电容、飞轮、 蓄电池等储能装置。 微网接在用户侧，具有低成本、低电压、低污染 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

10、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。微网相较于传统发电系统的优点主要有以下4个方 面： （1）微网解决了大规模分布式电源（DG）的接入问题， 减少单个分布式电源可能

11、给电网造成的影响，实现不同 DG的优势互补，有助于能源优化利用。（2）微网灵活的运行模式，提高了用户侧的供电可靠性。 用户侧负荷，按重要性程度可分为普通负荷、重要负荷； 当外电网发生较严重的电压闪变及跌落时，可以根据负 荷的重要性等级，通过固态开关将重要负荷隔离起来孤 岛运行，保证局部供电的可靠性。（3）可以减少大发电站的发电备用需求，并通过 缩短发电厂与负荷间的距离，可以降低输电损 耗和因电网升级而增加的投资成本。（4）对用户来讲，广泛使用微网可以降低电价， 获得最大限度的经济效益。例如，利用峰谷电 价差，峰电期，微网可以向电网输送电能，以 延缓电力紧张，而在电网电力过剩时可直接从 电网低价

12、采购电能。2.1 简单的微电网示意图2 微电网的相关标准以及联网方式随着风力发电、光伏发电、生物质发电以及其他各类节能环保型分布 式电源和微电网的快速发展，改变了传统的电力系统辐射状的供电结构， 对电网的安全稳定运行产生了影响。分布式电源在电能质量、有功/无功 控制、安全、保护和通信方面需要有统一的标准要求来保证分布式电源的 规范化发展，保证系统的安全可靠供电。2.1 国外相关标准及规范微电网技术是近年来兴起的一种新型电网模式，国内尚未正式颁布针 对微电网的技术标准，尚无统一、规范的微电网体系技术标准和规范，但 在一些国际标准中已经包含微电网的相关内容。目前分布式发电国际标准主要有IEEE 1

13、547分布式电源与电力系统 互连标准、IECTS 62257农村电气化用小型可再生能源与混合系统的 推荐规范和各国的DG并网运行标准、电能质量标准等，其中获得最广 泛认可的是IEEE 1547标准。这些标准中关于微电网的内容对于今后制定 微电网标准具有重要的借鉴参考价值，其中仅有1547. 4款涉及微电网的 内容，且尚为草案稿，没有正式出版。 IEEE相关标准： 国外比较早的分布式电源标准是IEEE 4461995商业中紧急备用 电力系统推荐标准，讲述紧急备用分布式电源如何安装和应用，用户可 以采用分布式电源给本地负荷提供动力，这种发电机的主要用途是为紧急备用提高供电可靠性，发电机不并网。IE

14、EE 1547标准于2003年由电气与电子工程师协会正式出版，并被 确定为美国国家标准。该标准规定了 10MVA以下分布式电源互连的基本 要求，涉及所有有关分布式电源互连的主要问题，包括电能质量、系统可 靠性、系统保护、通信、安全标准、计量等。IEEE 1547并不覆盖所有分布式电源互联范围，也有一些限制，例 如：规定仅适用于基于逆变器的分布式电源，总容量小于10MVA，分布 式电源安装于60Hz配电系统初、次级；没有规定分布式电源保护；不涉 及电网规划、设计等。为了补充上述缺陷，ffiEE 1547标准已经扩展成系 列标准，旨在将分布式能源并人电网的技术标准化，减少与可再生能源相 关的基础设

15、施建设和运营成本。IEEE 1547. 1分布式电源与电力系统互连一致性测试程序。 这一标准于2005年出版，对分布式电源的设计测试、产品测试、试运行 测试，以及定期的连接测试均提出了要求，以确认分布式电源是否适合与 电力系统联网。IEEE 1547. 2分布式电源与电力系统互连应用指南。该标准 提供互连应用技术背景和应用的细节，以支持对IEEE 1547的理解。IEEE 1547.3分布式电源与电力系统互连的监测、信息交流和 控制指南。该标准允许有意识地将一部分配电网作孤岛运行，可以提高 可靠性。IEEE 1547.4分布式孤岛电力系统的设计、操作和集成指南草 案。这份指南为分布式孤岛电力系

16、统的设计、操作和集成提供了可选方 案与实践指导，包括与电网断开和连接。IEEE 1547.5大于10MVA分布式电源与输电网互连技术准则 草案。该标准包括超过10MVA分布式电源与输电网互连的设计、施工、 调试、验收、测试、维修和性能要求。IEEE 1547. 6分布式电源与电力系统配电二级网络互联操作章程建议草案。该草案为分布式电源与电力系统配电二级网络互联提供指 导。这项工作在燃料电池、光伏技术、分布式发电以及储能IEEE标准委 员会协调下进行。IEEE 1547.7进行分布式电源并网对配电网影响研究的指南草 案。该草案阐述了一套工程研究方法，用于分析分布式电源与区域配电 系统进行互连的潜

17、在影响。IEEE 1547.8扩大IEEE 1547标准补充支持实施作用的建立方 法与程序步骤的建议措施。该项目将扩大分布式电源与电力系统中互连 的使用范围，提供更多、更灵活的设计和程序方法。其中，IEEE 1547.4在微电网并网和孤岛运行模式的设计、运行方面 作出了较详细的规定，涵盖规划和经营微电网的主要考虑因素，还讨论了 在大多数并网和离网模式情况下应遵循的策略，对今后微电网标准的制定 提供了很好的参考作用。IEEE 5191992规定DG的安装不能造成限制范围以外的电压闪变， 规定了最大电压闪变限制曲线，IEEE P1547和IEEE 9292000谐波标准 完全兼容。总谐波失真（TH

18、D)电压60 Hz时不得超过额定值的5%,或 对任何DG，总谐波失真在公共连接点（PCC)不得超过额定值的3%。DG往往连接到一个低或中等电压等级的配电系统中，没有一个国家 限制允许DG连接的最高电压，不同DG互连标准指定不同的电压标准。大多数要求DG在公共连接点（PCC)产生的电压波动不应大于 ±5%额定电压。几乎所有标准不允许DG进行电压控制。EEC相关标准：IEC与微电网相关的标准主要是IEC TS 62257农村电气化用小型可 再生能源与混合系统的推荐规范，该标准主要规定了农村电气化项目在 发电选址、设备选型、系统设计、项目管理等方面的指导原则。该标准所 适用的可再生能源和混

19、合系统交流电压低于500V，直流电压低于50V。 该标准包含以下9个子标准：IECTS 622571 一2003农村电气化用小型可再生能源和混合 系统的推荐规范第1部分：农村电气化的一般介绍；IECTS622572204农村电气化用小型可再生能源和混合 系统的推荐规范第2部分：从电气化系统的要求到范围；IECTS 6225732004农村电气化用小型可再生能源和混合 系统的推荐规范第3部分：项目开发和管理；IECTS 62257M 2005农村电气化用小型可再生能源和混合 系统的推荐规范第4部分：系统选择和设计；IECTS 6225752005农村电气化用小型可再生能源和混合 系统的推荐规范第

20、5部分：电气事故的防护；IECTS TS 6225762005农村电气化用小型可再生能源和混合 系统的推荐规范第6部分：验收、运行、维护和替换；IECTS 622577208农村电气化用小型可再生能源和混合 系统的推荐规范第7部分：发电机；IECTS 6225781 一2007农村电气化用小型可再生能源和混 合系统的推荐规范第8 - 1部分：独立电气化系统电池和电池管理系统 的选择发展中国家可采用的自动充满铅酸蓄电池的案例；IECTS 62257912008农村电气化用小型可再生能源和混 合系统的推荐规范第9 - 1部分：微型电力系统；IECTS 622579一 22008农村电气化用小型可再

21、生能源和混合系统的推荐规范第9-2 部分：微型电网。其中，IECTS 622579一2农村电气化用小型可再生能源和混合系 统的推荐规范第9-2部分：微型电网中专门提出了设计和实施用于 分散的农村微电网的总体要求和保证人员和财产安全的操作规程，详细说 明了微电网的界定范围、组成结构、电压跌落指标、防雷保护、过流保护、 设备选型与安装、工程竣工考核与验收等方面的指导原则与技术要求。该 标准适用的范围主要为低压交流微电网，三相或单相、容量不大于lOOkVA。其他微电网标准：在欧洲，几乎每一个国家都有自己的技术要求，英国、法国、德国、 比利时等国家都有相应的分布式电源并网标准，但没有适用于所有类型分

22、布式发电系统的并网标准。英国和加拿大等国的分布式电源标准主要在以 下方面作出了规定：DG接入的要求和规范、对配电网异常状态的反应、 保护配置，包括孤岛保护、电能质量、DG的运行和安全以及测试等。欧洲委员会机电标准化（CENELEC)讨论出台了公共低压配电网 连接微小发电机草案；英国的ER G75/120kV以上电压等级或容量超 过5MW的嵌人式发电厂接入公共配电网推荐标准明确了电力公司和电 厂各自的责任，给出了基本运行参数，包括电压、频率、电网结构、短路 电流、继电保护，分析了供电安全与可靠性，考虑了孤岛运行情况，分析 了系统稳定性，是一个较为全面的微电网并网标准规范。加拿大在2003年7月完

23、成了微电源的发展临时准则，这一准则着重 基于逆变器的微电源，额定电压600V以下，有两个主要的互连标准： C22.2No.257基于逆变器的微电源配电网互联标准和C22.3N0.9分 布式电力供应系统互联标准。C22. 2No.257规定了基于逆变器的分布式 电源与0. 6kV以下的低压配电网安全互联的要求，C22. 3No. 9适用于接人 50kV以下的配电网，并网容量不超过10MW的分布式电源，规定了分布 式电源的性能、运行、测试、安全等方面要求和标准。澳大利亚商业理事会在2003年9月完成了可持续能源发展指南一 全国电力市场微电源连接指南。该指南根据国家电力法，提供了一个 可能的微电源应

24、用指南，并概述了微电源连接到电网的过程和要求，其微 电源的范围通常不超过l00kW。日本通产省1986年5月发布了并网技术要求指导方针，使分布式 能源可以实现合法并网。1994年发布了 EAG 9701993分散发电连接 电网技术建议，1995年12月又更改了电力法，并进一步修改了并 网技术要求指导方针，使拥有分布式能源装置的业主可以将多余的电能 反卖给供电公司，并要求供电公司为分布式能源业主提供备用的电力 保障。国外大多数互连标准和要求一般都可分为：一般要求和规范，安全和 保护要求和电能质量的要求。大多数互联标准都基于一些相同的原则，如 分布式电源安装对其他客户，公众或操作人员不构成安全上的

25、危险，分布 式电源安装不得影响机电保护的协调性、降低电力系统的可靠性或限制电 力系统的容量，分布式电源应配备防护装备，提供手动断开装置，只有分 布式电源电压的相序、大小、相位和频率都在正常范围时，分布式电源才 能与实际电力系统并联运行等，并对使用功率大小进行限制。2.2 我国微电网标准及规范国内关于分布式电源与微电网的研究仍在起步阶段，尚无统一、规范 的微电网体系技术标准和规范，目前国内与微电网相关的主要标准有：电 能质量标准、光伏和风电的并网标准以及配电网相关标准。国内标准中与电能质量相关的标准对于微电网并网均有借鉴作用，可 直接引用或根据微电网的具体影响有所变动。国内关于电能质量的标准主

26、要有：GB/T 123252008电能质量供电电压偏差；GB/T 123262008电能质量电压波动和闪变；GB/T 145491993电能质量公用电网谐波；GB/T 15543 2008电能质量三相电压不平衡；GB/T 159452008电能质量电力系统频率偏差。我国在风力发电、太阳能光伏发电并网方面也已经编制（或修订） 了相应的标准，如：GB/Z 199632005风电场接人电力系统技术规 定、Q/GDW 3922009风电场接入电网技术规定、GB/T 19939 2005光伏系统并网技术要求、GB/Z 199642005光伏发电站接人电力系统技术规定、Q/GDW 1472010光伏电站接

27、人电网技术规定（试 行）等。但其他类型的分布式电源，包括生物质（农业生物质、林业生 物质、沼气、垃圾）、天然气、煤层气、废气、工业余热、工业余压、地 热、海洋能等发电以及蓄电池、燃料电池等电源尚缺少可依据的并网技术 规定，在其申请并网的时候并网技术指标难以界定。2011年11月25日，按照国家能源局关于下达2011年第二批能源 领域行业标准制（修）订计划的通知（国能科技2011252号）要 求，中国电科院组织启动起草分布式电源接入电网测试规范、分布 式电源接人电网规范、储能系统接人电网技术规定、储能系统接人 电网运行控制规范等行业标准。为了建立指导各类分布式电源并网的规划、设计与运行操作的规范

28、, 尽量减少分布式电源并网给系统的运行带来大的影响，确保低压电网的电 能质量要求及其系统的安全可靠供电。国家电网公司结合我国各类分布式 电源的特性、我国35kV及以下电压等级电网结构以及电网运行对电源的 要求，编制了 Q/GDW 4802010分布式电源接人电网技术规定，在接 人系统原则、电能质量、功率控制和电压调节、电压电流与频率响应、安 全、继电保护与安全自动装置、通信与信息、电能计量和并网检测方面提 出不同的技术要求。2.3 微网联网方式1.交流微网 交流微网是微网的主要形式，典型结构如图2.2所示。 交流微网中，DG、储能装置等均通过电力电子装置连接至交 流母线，通过对公共联结点(PC

29、C端口)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。交流微网的优点：（a） 交流微网不需要采用昂贵的换流站，不 存在换流时产生的谐波电流电压影响； （b）有电流的自然过零点，灭弧容易。交流微网的缺点： 交流微网存在系统稳定问题，短路电流幅值 具有随机性，有无功损耗和集肤效应等。2.2 交流微网的典型结构图 2.直流微网 直流微网其特征是系统中的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，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。 典型结构如图2.3

30、所示。2.3 直流微网的典型结构图直流微网的优点： （a） DG 控制只取决于直流电压，无需考虑各DG之间的同步问题， 微网的DG 较易协同运行，在环流抑制上更具优势； （b）只有与主网连接处需要使用逆变器，系统成本和损耗大大降 低。直流微网的缺点：（a） 不能用变压器改变电压等级，换流站设备昂贵； （b） 换流装置消耗大量无功功率，换流装置运行时在交流或直流 侧会产生谐波电流电压，换流装置几乎没有过载能力; （c） 缺乏高压直流开关，直流系统无电流过零点，灭弧困难。 3.交直流混合微网 鉴于以上交、直流微网各自优缺点，随着电力 电子技术的不断成熟以及分布式能源的特点及负荷 需求，交直流混合微

31、网开始受到关注。 （a） 分布式电源以交流、直流形式产生电能。 如光伏发电和燃料电池发电以直流形式产生电能，燃 汽轮机、风力发电以交流形式产生电能，使用交直流混合 微网，可以减少AC/DC或DC/AC等变换环节，减少电力电 子变换装置，提高系统的可靠性。 （b） 电力储能以交流、直流形式产生电能。 如电池储能和超导储能以直流形式储存电能，飞轮储 能、蓄水储能以交流形式产生电能，使用交直流混合微网 提高系统的效率和技术经济指标。（c） 负荷类型多样，有交流和直流负荷。 有些负荷只能交流供电，如荧光灯、电动机；有些负荷交直 流供电均可，采用直流供电更方便。如计算机、家用电器、开关 电源、通信设备和

32、电动汽车等或者采用直流供电，或者具备直流 环节。采用交直流混合微网供电的形式，可以减少变频装置。 （d） 微网中的直流系统没有无功问题，损耗减少，电压 易控。 直流系统中不存在无功电流分量，在输送同样的有功功率情 况下，与交流系统相比，直流系统电流幅值较小，相应地损耗较 少。 （e） 交直流混合微网结构简单，省略了许多变换环节， 切换更容易，具有控制灵活、损耗较低，可靠性高等优点。 3 微网的关键技术3.1 微网的监控能源是经济和社会发展的重要物质基础，电力作为最清 洁便利的能源形式，是国民经济的命脉。 微电网监控与能量管理系统，主要是对微电网内部的分布式发电、储 能装置和负荷状态进行实时综合

33、监视，在微电网并网运行、离网运行和状 态切换时，根据电源和负荷特性，对内部的分布式发电、储能装置和负荷 能量进行优化控制，实现微电网的安全稳定运行，提高微电网的能源利用效率。3.1.1. 微网的监控系统框架微电网监控系统与本地保护控制、远程配电调度相互协调，主要功能介绍如下。实时监控类：包括微电网SCADA、分布式发电实时监控。业务管理类：包括微电网潮流（联络线潮流、DG节点潮流、负 荷潮流等）、DG发电预测、DG发电控制及功率平衡控制等。智能分析决策类：微电网能源优化调度等。微电网监控系统通过采集DG电源点、线路、配电网、负荷等实时信 息，形成整个微电网潮流的实时监视，并根据微电网运行约束和

34、能量平衡 约束，实时调度调整微电网的运行。微电网监控系统中，能量管理是集成 DG、负荷、储能装置以及与配电网接口的中心环节。3.1.2. 微网的监控系统的组成微电网实时监控系统中的DG、储能装置、负荷及控制装置。微电网综合监控系统由光伏发电监控、风力发电监控、微燃气轮机发电监控、其他发电监控、储能监控和负荷监控组成。1.光伏发电监控对光伏发电的实时运行信息和报警信息进行全面的监视，并对光伏发 电进行多方面的统计和分析，实现对光伏发电的全方面掌控。光伏发电监 控和统计图如图6 -3所示。 光伏发电监控主要提供以下功能：实时显示光伏的当前发电总功率、日总发电量、累计总发电量、 累计C02总减排量以

35、及每日发电功率曲线图。图3-1微电网光伏发电监控和统计图查看各光伏逆变器的运行参数，主要包括直流电压、直流电流、 直流功率、交流电压、交流电流、频率、当前发电功率、功率因数、日发 电量、累计发电量、累计C02减排量、逆变器机内温度以及24h内的功 率输出曲线图等。监视逆变器的运行状态，采用声光报警方式提示设备出现故障，查看故障原因及故障时间，故障信息包括：电网电压过高、电网电压过 低、电网频率过高、电网频率过低、直流电压过高、直流电压过低、逆变 器过载、逆变器过热、逆变器短路、散热器过热、逆变器孤岛、通信失败等。预测光伏发电的短期和超短期发电功率，为微电网能量优化调 度提供依据。调节光伏发电功

36、率，控制光伏逆变器的启停。2.风力发电监控对风力发电的实时运行信息、报警信息进行全面的监视，并对风力发 电进行多方面的统计和分析，实现对风力发电的全方面掌控。风力发电监 控和统计图如图6 -4所示。风力发电监控主要提供以下功能：实时显示风力发电的当前发电总功率、日总发电量、累计总发 电量，以及24h内发电功率曲线图。采集风机运行状态数据，主要包括三相电压、三相电流、电网 频率、功率因数、输出功率、发电机转速、风轮转速、发电机绕组温度、 齿轮箱油温、环境温度、控制板温度、机械制动闸片磨损及温度、电缆扭 绞、机舱振动、风速仪和风向标等。预测风力发电的短期和超短期发电功率，为微电网能量优化调 度提供

37、依据。调节风力发电功率，控制逆变器的启停。图3-2微电网风力发电监控和统计图 3.微燃气轮机发电监控对微型燃气轮机发电的实时运行信息和报警信息进行全面监控，并对 微型燃气轮机发电进行多方面的统计分析，实现对微型燃气轮机的全面监控。微型燃气轮机发电监控主要提供以下功能：监测微型燃气轮机发电机组主要的工作参数，主要包括转速、 燃气进气量、燃气压力、排气压力、排气温度、爆震量、含氧量。监测并网前后电压、电流、频率、相位和功率因数。实现对微型燃气轮机发电机组工作状态分析、管理和工作状态 的调节。4.其他发电监控其他发电监控与上述发电监控类似，需要监控的内容均为当前DG输 出电压、工作电流、输入功率、并

38、网电流、并网功率、电网电压、当前发 电功率、累计发电功率、24h内的功率输出曲线、24h内的并网功率曲线。 其目的都是为了实现系统的安全稳定运行。 5.控储能监控对储能电池和PCS的实时运行信息、报警信息进行全面的监视，并 对储能进行多方面的统计和分析，实现对储能的全方面掌控。储能监控图 如图6 -5所示。储能监控主要提供以下功能：实时显示储能的当前可放电量、可充电量、最大放电功率、当 前放电功率、可放电时间、总充电量、总放电量。遥信：交直流双向变流器的运行状态、保护信息、告警信息。 其中，保护信息包括低电压保护、过电压保护、缺相保护、低频率保护、 过频率保护、过电流保护、器件异常保护、电池组

39、异常工况保护、过温 保护。遥测：交直流双向变流器的电池电压、电池充放电电流、交流 电压、输人输出功率等。遥调：对电池充放电时间、充放电电流、电池保护电压进行遥 调，实现远端对交直流双向变流器相关参数的调节。遥控：对交直流双向变流器进行远端遥控电池充电、电池放电。图3-3微电网储能监控图6.控储能监控负荷监控对负荷运行信息和报警信息进行全面监控，并对负荷进行多方面的统计分析，实现对负荷的全面监控，图6-6为微电网负荷监控图。负荷监控主要功能如下：监测负荷电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率。记录负荷最大功率及出现时间、最大三相电压及出现时间、最 大三相功率因数及出现时间，统计监测电压合格率、

40、停电时间等。提供负荷超限报警、历史曲线、报表、事件查询等。 7.微电网综合监控 监视微电网系统运行的综合信息，包括微电网系统频率、公共连接点 的电压、配电交换功率，并实时统计微电网总发电出力、储能剩余容量、 微电网总有功负荷、总无功负荷、敏感负荷总有功、可控负荷总有功、完 全可切除负荷总有功，并监视微电网内部各断路器开关状态、各支路有功 功率、各支路无功功率、各设备的报警等实时信息，完成整个微电网的实 时监控和统计，如图6-7所示。图3-4微电网负荷监控图 图3-5微电网综合监控和统计图3.1.3. 微电网监控系统设计微电网监控系统的设计，从微电网的配电网调度层、集中控制层、就 地控制层三个层

41、面进行综合管理和控制。其中配电网调度层主要从配电网 安全、经济运行的角度协调多个微电网（微电网相对于大电网表现为单 一的受控单元），微电网接受上级配电网的调节控制命令。微电网集中控 制层集中管理分布式电源（包括分布式发电与储能）和各类负荷，在微 电网并网运行时负责实现微电网价值的最大化并优化微电网运行，在离网 运行时调节分布电源出力和各类负荷的用电情况，实现微电网的稳态安全 运行。下层就地控制层的分布式电源控制器和负荷控制器，负责微电网的 暂态功率平衡和低频减载，实现微电网暂态时的安全运行。微电网监控系统是集成本地分布式发电、负荷、储能以及与配电网接 口的中心环节，通固定的功率平衡算法产生控制

42、调节策略，保证微电网 并、离网及状态切换时的稳定运行。电网就地控制保护、集中微电网监控管理与远方配电调度相互配 合，通过控制调节联络线上的潮流实现微电网功率平衡控制，如图6-9 所示是整个包含微电网的配电网系统的协调控制协作图。 图3-6含微电网的配电网系统协调控制协作图微电网监控系统不仅仅局限于数据的采集，要实现微电网的控制管理 与运行，微电网监控系统设计要考虑的问题有以下几个方面。微电网保护：针对微电网中各种保护的合理配置以及在线校核保护定值的合理性， 提出参考解决方案。避免微电网在某些运行情况下出现的保护误动而导致 的不必要的停电。DG接入：微电网有多种类型的分布式发电，由于其出力不确定

43、，因此针对这些 种类多样、接人点分散的分布式发电，提出方案解决如何合理接人，接人 后如何协调，同时保证微电网并网、离网状态下稳定运行。DG发电预测：通过气象局的天气预报信息以及历史气象信息和历史发电情况，预测 超短期内的风力发电、太阳能光伏发电的发电量，使得微电网成为可预 测、可控制的系统。微电网电压无功平衡控制：微电网作为一个相对独立的电力可控单元，在与配电网并网运行时， 一方面能满足配电网对微电网提出的功率因数或无功吸收要求以减少无功 的长距离输送，另一方面需要保证微电网内部的电压质量，微电网需要对 电压进行无功平衡控制，从而优化配电网与微电网电能质量。微电网负荷控制：当微电网处于离网运行

44、或配电网对整个微电网有负荷或出力要求，而 分布式发电出力一定时，需要根据负荷的重要程度分批分次切除、恢复、 调节各种类型的负荷，保证微电网重要用户的供电可靠性的同时，保证整 个微电网的安全运行。微电网发电控制：当微电网处于离网运行或配电网对整个微电网有负荷或出力要求时, 为保证微电网安全经济运行，配合各种分布式发电，合理调节各分布式发 电出力，尤其可以合理利用蓄电池的充放电切换、微燃气轮机冷热电协调 配合等特性。微电网多级优化调度：分多种运行情况（并网供电、离网供电）、多种级别（DG级、微电 网级、调度级）协调负荷控制和发电控制，保证整个微电网系统处于安 全、经济的运行状态，同时为配电网的优化

45、调度提供支撑。微电网与大电网间的配合运行：对于公共电网，微电网既可能是一个负荷，也可能是一个电源点。如 果微电网和公共电网协调配置，将会大大减少配电网损耗、实现削峰填 谷，甚至在公共电网出现严重故障时，微电网的合理出力将会加快公共电 网的恢复，使微电网与公共电网间配合运行。3.2 微电网能量管理微电网能量管理对微电网内部分布式电源（包括分布式发电与储能） 和负荷进行预测，在微电网并网运行、离网运行、状态切换过程中，根据 分布式电源和负荷特性，对内部的分布式发电、储能装置、负荷进行优化 控制，保证微电网的安全稳定运行，提高微电网的能源利用效率。3.2.1. 分布式发电预测分布式发电预测是微电网能

46、量管理的一部分，用来预测分布式发电 (风力发电、光伏发电）的短期和超短期发电功率，为能量优化调度提供 依据；对充分利用分布式发电，获得更大的经济效益和社会效益，提高微 电网运行的可靠性、经济性有重要作用。分布式发电预测可以分为统计方法和物理方法两类。统计方法对历史 数据进行统计分析，找出其内在规律并用于预测；物理方法将气象预测数 据作为输入，采用物理方程进行预测。 目前用于分布式发电预测的方法主要有持续预测法、卡尔曼滤波法、 随机时间序列法、人工神经网络法、模糊逻辑法、空间相关性法、支持向 量机法等。在风力发电预测和光伏发电预测领域都有涉及这些预测方法的研究，在实际预测系统中，应充分考虑各种预

47、测方法的优劣性，将高精度的预测方法模型列入系统可选项。 基于相似日和最小二乘支持向量机的分布式发电预测方法，具有较高 的预测精度，能够满足微电网内经济运行控制与主电源模式切换对分布式 发电预测的需求。该方法一般分为两个过程：一是选取相似日；二是根据 相似日的分布式发电出力以及待预测日的天气数据，预测待预测日的分布 式发电出力。相似日可采用相关度的大小进行选取，气象部门提供的天气信息，基 本包括天气类型、温度、湿度、风力，可先根据天气类型筛选出一部分数 据。天气类型一般分为晴天、雨天、阴天，先根据这三种类型的天气选取 出类型与预测日相似的历史日。影响光伏出力的因素主要是辐照度和温度 两种；影响风

48、力发电的因素主要是风力大小。从临近的历史日开始，逐一 计算与待预测日的相似度，并比较相似度最大的历史日作为待预测日的相 似日。根据相似日的分布式发电的发电情况，获取待预测日的天气数据预 测待预测日的分布式发电出力。对超短期分布式发电预测，在获取得到相似日分布式发电出力后，可 再根据当前采集的实时气象数据（辐照度、温度、风力等）进行加权， 预测下一时刻的分布式发电出力。3.2.2. 负荷预测负荷预测预报未来电力负荷的情况，用于分析系统的用电需求，帮助 运行人员及时了解系统未来的运行状态。它是预测电力系统未来运行方式 的重要依据。负荷预测对微电网的控制、运行和计划都非常重要，提高预 测精度既能增强

49、微电网运行的安全性，又能改善微电网运行的经济性。目前负荷预测方法，从时间上来划分可分为传统和现代的预测方法。 传统的负荷预测方法主要包括回归分析法和时间序列法，而现代的负荷预 测方法主要是应用专家系统理论、神经网络理论、小波分析、灰色系统、 模糊理论和组合方法等。3.2.3. 分布式发电及负荷的频率响应特性1.分布式发电有功出力的响应速度微电网中的各类分布式发电对频率的响应能力不同，根据它们对频率 变化的响应能力和响应时间，可以分为以下几类。光伏发电和风力发电，其出力由天气因素决定，可以认为它们 是恒功率源，发电出力不随系统的变化而变化。燃气轮机、燃料电池的有功出力调节响应时间达到10 30s

50、。如 果微电网系统功率差额很大，而微电网系统对频率要求很高，则在微电网 发生离网瞬间燃气轮机、燃料电池是来不及提高发电量的，因此对离网瞬 间的功率平衡将不考虑燃气轮机、燃料电池这类分布式发电的发电调节 能力。储能的有功出力响应速度非常快，通常在20ms左右甚至更快, 因此可以认为它们瞬间就能以最大出力来补充系统功率的差额。储能的最 大发电功率可以等效地认为是在离网瞬间所有分布式发电可增加的发电 出力。2.负荷的频率响应特性电力系统负荷的有功功率与系统频率的关系随着负荷类型的不同而不 同。一般有以下几种类型：有功功率与频率变化无关的负荷，如照明灯、电炉、整流负荷等。有功功率与频率一次方成正比的负

51、荷，如球磨机、卷扬机、压 缩机、切削机床等。有功功率.与频率二次方成正比的负荷，如变压器铁心中的涡流 损耗、电网线损等。有功功率与频率三次方成正比的负荷，如通风机、静水头阻力 不大的循环水泵等。有功功率与频率高次方成正比的负荷，如静水头阻力很大的给水泵等。3.2.4. 微电网的功率平衡微电网并网运行时，通常情况下并不限制微电网的用电和发电，只有 在需要时大电网通过交换功率控制对微电网下达指定功率的用电或发电指 令。即在并网运行方式下，大电网根据经济运行分析，给微电网下发交换 功率定值以实现最优运行。微电网能量管理系统按照调度下发的交换功率 定值，控制分布式发电出力、储能系统的充放电功率等，在保

52、证微电网内 部经济安全运行的前提下按指定交换功率运行。微电网能量管理系统根据 指定交换功率分配各分布式发电出力时，需要综合考虑各种分布式发电的 特性和控制响应特性。1.并网运行功率平衡控制微电网并网运行时，由大电网提供刚性的电压和频率支撑。通常情况 下不需要对微电网进行专门的控制。在某些情况下，微电网与大电网的交换功率是根据大电网给定的计划 值来确定的，此时需要对流过公共连接点（PCC)的功率进行监视。当交换功率与大电网给定的计划值偏差过大时，需要由MGCC通过 切除微电网内部的负荷或发电机，或者通过恢复先前被MGCC切除的负 荷或发电机将交换功率调整到计划值附近。表示微电网内部存在功率缺额，

53、需要恢复先前被 MGCC切除的发电机，或者切除微电网内一部分非重要负荷，需要恢复先前被MGCC切除的 负荷，或者根据大电网的电价与分布式发电的电价比较切除一部分电价高的分布式电源。2.从并网转入孤岛运行功率平衡控制微电网从并网转入孤岛运行瞬间，流过公共连接点（PCC)的功率被 突然切断，切断前通过PCC处的功率如果是流人微电网的，则它就是微 电网离网后的功率缺额；如果是流出微电网的，则它就是微电网离网后的 功率盈余；大电网的电能供应突然中止，微电网内一般存在较大的有功功率。在离网运行瞬间，如果不启用紧急控制措施，微电网内部频率将急剧 下降，导致一些分布式电源采取保护性的断电措施，这使得有功功率

54、缺额 变大，加剧了频率的下降，引起连锁反应，使其他分布式电源相继进行保 护性跳闸，最终使得微电网崩溃。因此，要维持微电网较长时间的孤岛运 行状态，必须在微电网离网瞬间立即采取措施，使微电网重新达到功率平 衡状态。微电网离网瞬间，如果存在功率缺额，则需要立即切除全部或部分非 重要的负荷、调整储能装置的出力，甚至切除小部分重要的负荷；如果存 在功率盈余，则需要迅速减少储能装置的出力，甚至切除一部分分布式电 源。这样，使微电网快速达到新的功率平衡状态。微电网离网瞬间内部的功率缺额（或功率盈余）的计算方法：就是 把在切断PCC之前通过PCC流人微电网的功率，作为微电网离网瞬间内 部的功率缺额，由于储能

55、装置要用于保证离网运行状态下重要负荷能够连续运行一定 时间，所以在进入离网运行瞬间的功率平衡控制原则是：先在假设各个储 能装置出力为的情况下切除非重要负荷；然后调节储能装置的出力；最 后切除重要负荷。3.离网功率平衡控制微电网能够并网运行也能够离网运行，当大电网由于故障造成微电网 独立运行时，能够通过离网能量平衡控制实现微电网的稳定运行。微电网 离网后，离网能量平衡控制通过调节分布式发电出力、储能出力、负荷用 电，实现离网后整个微电网的稳定运行，在充分利用分布式发电的同时保 证重要负荷的持续供电，同时提高分布式发电利用率和负荷供电可靠性。在孤岛运行期间，微电网内部的分布式发电的出力可能随着外部环境 (如日照强度、风力、天气状况）的变化而变化，使得微电网内部的电压 和频率波动性很大，因此需要随时监视微电网内部电压和频率的变化情 况，采取措施应对因内部电源或负荷功率突变对微电网安全稳定产生的影响。3.3 微电网的优化控制在微电网中，常常采用的风力发电机、光伏发电等可再生