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摘要：近年来，分布式发电获得了越来越多的重视与应用，而由小容量分布式电源形成的微网研究更加令人关注。本文首先介绍了微网概念及控制策略，而后对于微网的研究现状进行了分析总结。
关键词：微网；控制策略；现状
中图分类号：TM77 文献标识码：A
Analyses the micro network control research status
DUAN Xiao-rui，LI Jin，ZENG Zhao-wei
（College of Electrical Engineering， Guizhou University， Guiyang Guizhou，550025）
Abstract： In recent years， Distributed Generation obtained more and more attention and application， and by the small capacity of distributed power network research. This paper first introduces the concept of micro network and micro network control strategy， and then summarizes and analyzes the current research status of micro network.
Key words： Micro network；The control strategy；The status quo
引言
随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，近年来用电负荷正急剧增长。与此同时，能源危机与环境保护的压力正逐渐加大，化石燃料的迅速消耗和燃烧应用中产生的污染问题也已严重影响到了人们的正常生活。因此，绿色清洁的新能源以及可再生能源的应用得到了越来越多的重视。分布式发电将分散存在的清洁能源转化为电能，使分布式能源得到最有效的利用，因此分布式发电技术为清洁能源的推广应用提供了有力的技术支撑[1]。分布式发电技术不断发展，将分布式发电供能系统以微网的形式运行，与大电网互为支撑，是发挥分布式发电供能系统能效的最有效方式。
微网概念
微网是一种可将各种小型分布式电源组合起来为当地负荷提供电能的低压电网。它具有联网和孤岛两种运行模式，能提高负荷侧的供电可靠性。微网中的分布式电源常采用电力电子接口连接到微网，这增加了分布式电源接口控制的灵活性，但是减少了系统的惯性。微网缺少惯性和运行模式的多样性增加了系统在维持能量平衡及频率稳定等方面的控制难度。微网既可以通过配电网与大型电力网并联运行，形成一个大型电网与小型电网的联合运行系统，也可以独立地为当地负荷提供电力需求。该灵活运行模式大大提高了负荷侧的供电可靠性。同时，微网通过单点接入电网，可以减少大量小功率分布式电源接入电网后对传统电网的影响。
微网控制策略
微网在实际运行中需要解决的关键问题之一就是控制问题。当微网中的负荷或网络结构发生变化时，如何通过对微网中各种微电源进行有效的协调控制，以保证微网在不同运行模式下都能够满足负荷的电能质量要求，是微网能否可靠运行的关键[2]。
目前的微网控制方案，按整体控制策略可分为对等控制、主从控制。主从控制一般是指底层微电源的控制是一种主从控制结构：以一个微电源作为主单元，其控制器作为主控制器，其余微电源的控制器作为从控制器。从控制器必须服从主控制器，其之间的通信联系是强联系，一旦通信失败，微网将无法正常工作。主从控制策略主要用于孤岛运行时的微网。对等控制就是微网中每个微电源地位相等，不存在起主要支撑作用的主控制单元。对等控制策略基于下垂控制法，分别将频率和有功功率、电压和无功功率关联起来，通过一定的控制算法，模拟传统电网中的有功、频率特性曲线和无功、电压曲线，实现电压、频率的自动调节而无须借助于通信。
下垂控制、恒压恒频控制和恒功率控制是目前常见三种的微电源接口逆变器控制方法。下垂控制方法就是使接口逆变器模仿传统电力系统的下垂特性，通过有功和无功来调节微电源输出的频率和电迅。该控制方法是基于本地测量的有功和无功值对逆变器进行控制，各微电源之间不需要通信，因此一般用于对等控制策略中[3]。恒压恒频控制通过直接给定电压和频率的参考值，设计控制器来调节接口逆变器的输出电压和频率，主要用于孤岛运行模式，给微网提供频率和电压的支撑[4]。主从控制策略中主微电源的控制一般釆用此控制方法。通常PQ控制用于并网运行状态。设计控制器在并网运行时使逆变器按照给定的有功和无功参考值输出功率，微电源一般不参与电压、频率的调节，主要由大电网提供支撑[5]。当处于孤岛运行状态时，微网必须中有维持电压和频率的微电源。
研究现状
微电网是目前国内外学者的研究热点，其灵活的运行方式、高质量的供电服务以及绿色高效的经济性能，使其具有良好的发展前景。我国对微网的研究尚处于起步阶段，在国家科技部“863计划先进能源技术领域2007年度专题课题”中已经包括了微网技术，目前中国科学院电工研究所、清华大学、天津大学等单位相继开始了对微网的研究。
文献[6]通过对微网实验系统微网主从控制模式和对等控制模式进行比较，得到结论：主从控制微网系统可以实现电压和频率的无差控制，但对主控单元有很强的依赖性，主控单元的选择至关重要； 若微网中存在燃机等输出稳定且易于控制的DG时，应优选其作为主控单元，而光伏风力等间歇性DG作为从控单元； 若微网中不含有可控DG，则选择储能装置为主控单元，但储能装置容量将限制其长时间孤岛运行。对等控制微网具有冗余性，但没有考虑系统电压与频率的恢复问题，属于有差控制，鲁棒性差，并且在控制和应用上尚存在若干关键技术问题亟待攻克，目前仅限于实验研究阶段。 文献[7]研究了下垂控制和混合控制的微源控制方法，并建立了微网系统仿真模型， 针对计划孤网和非计划孤网中的下垂控制和混合控制进行了仿真分析。仿真结果验证了2种控制方式对维持微网孤网稳定的有效性，并且任何控制方式下，微网再并网时均需对微源出力进行重新调整，才能平滑过渡至并网稳定运行模式。
文献[8]分析了微网中多个分布式电源采用 P-f 和 Q-V 下垂控制时，微网的频率稳定性。根据微网内分布式电源的输出特性和负荷需求特性，设计了一种分布式电源层对等控制与主从控制相结合的微网控制策略，并分析了采用此控制方案后微网在不同运行情况下的暂态特性。
文献[9]主要研究了微电源接口逆变器的控制方法，通过建立下垂控制小信号模型，仔细分析了电压频率、电压幅值下垂参数和低通滤波器的截止频率三个参数对于系统稳定性的影响。将微电源等效为直流源或经整流后的直流源，在坐标系中建立了三相逆变器的数学模型；在分析微电源逆变器控制方法和原理的基础上，设计了基于下垂特性的双环反馈控制器、PQ控制器。
文献[10]只考虑并网后电网向微网注入功率时，对含有一个DG的微网并网过程仿真，研究了并网过程中频率和电压波动变化，着重分析了在并网前开关两侧电压相对相位超前和落后的两种不同情况，提出了微网并网的最佳控制策略：并网时开关两侧的电压差必须很小，理想状态为零；电网频率必须稍高于微网频率；并网时刻电网电压必须超前于微网电压。
文献[11]详细分析了PQ控制和V/f控制的原理和方法，对相应的控制器进行设计，并在此基础上建立起微网的模型。通过不同运行方式仿真验证了该模型的运行特性，从而证明了控制策略的有效性和正确性。
文献[12]分析了传统的下垂控制策略在微电网系统中应用所存在的缺陷，并提出采用倒下垂控制与下垂控制相结合的综合控制策略。该策略在改善微电网的稳定性，最大限度地限制过流情况发生等方面都具有显著特点，而且能实现微电网在网络结构或状态转换过程的无缝切换，同时也为不同响应时间的储能装置选择合适的控制策略提供了可能。
由以上的分析可知，目前我国针对微网控制的研究主要集中在下垂控制、恒压恒频控制和恒功率控制三种控制方式，在假定条件下通过对其控制原理和方法的分析进行控制器设计，进而搭建模型进行仿真，从而验证控制策略的有效性。
总结
面对能源危机的挑战，加强绿色能源的利用，既符合国家的能源政策，又可以缓解现阶段能源供求紧张的关系。智能微网的出现，可以较好地解决整个电网控制的复杂性。虽然目前微网的实用化还存在着各种各样的困难，但微网在降低能耗以及补充电网不足方面的优点会促进专家学者的研究，微网的巨大潜力会凸现出来。
参考文献
[1]丁明，王敏.分布式发电技术[J].电力自动化设备.2004， 24（7）： 31-36
[2]鲁宗相，王彩霞，闵勇.微电网研究综述[J].电力自动化设备.2007，31（19）： 100-107.
[3]黄胜利，张伟国，等.电力电子技术在微网中的应用[J].电气应用.2008，27（9）：55-58
[4]赵宏伟，吴涛涛.基于分布式电源的微网技术[J].电力系统及其自动化学报.2008，20（1）： 126-128
[5]鲁鸿毅，应鑫龙，等.微型电网联网和孤岛运行控制方式初探[J].电力系统保护与控制， 2009， 37（11）： 28-31
[6]王成山，杨占刚，王守相，车延博.微网实验系统结构特征及控制模式分析[J].电力系统自动化，2010，34（1）：99-105.
[7]欧阳翚，牛铭.基于不同控制策略的微网仿真[J].电网与清洁能源，2011， 27（3）：19-24.
[8]肖朝霞.微网控制及运行特性分析[D][博士论文].天津大学，2008（7）.
[9]赵巍.微网综合控制技术研究[D][硕士论文].南京理工大学，2013（4）
[10]杨艳天， 张有兵， 翁国庆.微网并网控制策略的研究[J].机电工程，2010，27（2）：14-20.
[11]董鹏.微网的控制与保护策略研究[D][硕士论文].华北电力大学，2009（3）.
[12]纪明伟.分布式发电中微电网技术控制策略研究[D][硕士论文].合肥工业大学，2009（3）.
作者简介：段晓瑞（1990-），女，汉族，山西运城人，硕士，研究方向为电力系统运行与控制。
关键词：微网；控制策略；现状
中图分类号：TM77 文献标识码：A
Analyses the micro network control research status
DUAN Xiao-rui，LI Jin，ZENG Zhao-wei
（College of Electrical Engineering， Guizhou University， Guiyang Guizhou，550025）
Abstract： In recent years， Distributed Generation obtained more and more attention and application， and by the small capacity of distributed power network research. This paper first introduces the concept of micro network and micro network control strategy， and then summarizes and analyzes the current research status of micro network.
Key words： Micro network；The control strategy；The status quo
引言
随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，近年来用电负荷正急剧增长。与此同时，能源危机与环境保护的压力正逐渐加大，化石燃料的迅速消耗和燃烧应用中产生的污染问题也已严重影响到了人们的正常生活。因此，绿色清洁的新能源以及可再生能源的应用得到了越来越多的重视。分布式发电将分散存在的清洁能源转化为电能，使分布式能源得到最有效的利用，因此分布式发电技术为清洁能源的推广应用提供了有力的技术支撑[1]。分布式发电技术不断发展，将分布式发电供能系统以微网的形式运行，与大电网互为支撑，是发挥分布式发电供能系统能效的最有效方式。
微网概念
微网是一种可将各种小型分布式电源组合起来为当地负荷提供电能的低压电网。它具有联网和孤岛两种运行模式，能提高负荷侧的供电可靠性。微网中的分布式电源常采用电力电子接口连接到微网，这增加了分布式电源接口控制的灵活性，但是减少了系统的惯性。微网缺少惯性和运行模式的多样性增加了系统在维持能量平衡及频率稳定等方面的控制难度。微网既可以通过配电网与大型电力网并联运行，形成一个大型电网与小型电网的联合运行系统，也可以独立地为当地负荷提供电力需求。该灵活运行模式大大提高了负荷侧的供电可靠性。同时，微网通过单点接入电网，可以减少大量小功率分布式电源接入电网后对传统电网的影响。
微网控制策略
微网在实际运行中需要解决的关键问题之一就是控制问题。当微网中的负荷或网络结构发生变化时，如何通过对微网中各种微电源进行有效的协调控制，以保证微网在不同运行模式下都能够满足负荷的电能质量要求，是微网能否可靠运行的关键[2]。
目前的微网控制方案，按整体控制策略可分为对等控制、主从控制。主从控制一般是指底层微电源的控制是一种主从控制结构：以一个微电源作为主单元，其控制器作为主控制器，其余微电源的控制器作为从控制器。从控制器必须服从主控制器，其之间的通信联系是强联系，一旦通信失败，微网将无法正常工作。主从控制策略主要用于孤岛运行时的微网。对等控制就是微网中每个微电源地位相等，不存在起主要支撑作用的主控制单元。对等控制策略基于下垂控制法，分别将频率和有功功率、电压和无功功率关联起来，通过一定的控制算法，模拟传统电网中的有功、频率特性曲线和无功、电压曲线，实现电压、频率的自动调节而无须借助于通信。
下垂控制、恒压恒频控制和恒功率控制是目前常见三种的微电源接口逆变器控制方法。下垂控制方法就是使接口逆变器模仿传统电力系统的下垂特性，通过有功和无功来调节微电源输出的频率和电迅。该控制方法是基于本地测量的有功和无功值对逆变器进行控制，各微电源之间不需要通信，因此一般用于对等控制策略中[3]。恒压恒频控制通过直接给定电压和频率的参考值，设计控制器来调节接口逆变器的输出电压和频率，主要用于孤岛运行模式，给微网提供频率和电压的支撑[4]。主从控制策略中主微电源的控制一般釆用此控制方法。通常PQ控制用于并网运行状态。设计控制器在并网运行时使逆变器按照给定的有功和无功参考值输出功率，微电源一般不参与电压、频率的调节，主要由大电网提供支撑[5]。当处于孤岛运行状态时，微网必须中有维持电压和频率的微电源。
研究现状
微电网是目前国内外学者的研究热点，其灵活的运行方式、高质量的供电服务以及绿色高效的经济性能，使其具有良好的发展前景。我国对微网的研究尚处于起步阶段，在国家科技部“863计划先进能源技术领域2007年度专题课题”中已经包括了微网技术，目前中国科学院电工研究所、清华大学、天津大学等单位相继开始了对微网的研究。
文献[6]通过对微网实验系统微网主从控制模式和对等控制模式进行比较，得到结论：主从控制微网系统可以实现电压和频率的无差控制，但对主控单元有很强的依赖性，主控单元的选择至关重要； 若微网中存在燃机等输出稳定且易于控制的DG时，应优选其作为主控单元，而光伏风力等间歇性DG作为从控单元； 若微网中不含有可控DG，则选择储能装置为主控单元，但储能装置容量将限制其长时间孤岛运行。对等控制微网具有冗余性，但没有考虑系统电压与频率的恢复问题，属于有差控制，鲁棒性差，并且在控制和应用上尚存在若干关键技术问题亟待攻克，目前仅限于实验研究阶段。 文献[7]研究了下垂控制和混合控制的微源控制方法，并建立了微网系统仿真模型， 针对计划孤网和非计划孤网中的下垂控制和混合控制进行了仿真分析。仿真结果验证了2种控制方式对维持微网孤网稳定的有效性，并且任何控制方式下，微网再并网时均需对微源出力进行重新调整，才能平滑过渡至并网稳定运行模式。
文献[8]分析了微网中多个分布式电源采用 P-f 和 Q-V 下垂控制时，微网的频率稳定性。根据微网内分布式电源的输出特性和负荷需求特性，设计了一种分布式电源层对等控制与主从控制相结合的微网控制策略，并分析了采用此控制方案后微网在不同运行情况下的暂态特性。
文献[9]主要研究了微电源接口逆变器的控制方法，通过建立下垂控制小信号模型，仔细分析了电压频率、电压幅值下垂参数和低通滤波器的截止频率三个参数对于系统稳定性的影响。将微电源等效为直流源或经整流后的直流源，在坐标系中建立了三相逆变器的数学模型；在分析微电源逆变器控制方法和原理的基础上，设计了基于下垂特性的双环反馈控制器、PQ控制器。
文献[10]只考虑并网后电网向微网注入功率时，对含有一个DG的微网并网过程仿真，研究了并网过程中频率和电压波动变化，着重分析了在并网前开关两侧电压相对相位超前和落后的两种不同情况，提出了微网并网的最佳控制策略：并网时开关两侧的电压差必须很小，理想状态为零；电网频率必须稍高于微网频率；并网时刻电网电压必须超前于微网电压。
文献[11]详细分析了PQ控制和V/f控制的原理和方法，对相应的控制器进行设计，并在此基础上建立起微网的模型。通过不同运行方式仿真验证了该模型的运行特性，从而证明了控制策略的有效性和正确性。
文献[12]分析了传统的下垂控制策略在微电网系统中应用所存在的缺陷，并提出采用倒下垂控制与下垂控制相结合的综合控制策略。该策略在改善微电网的稳定性，最大限度地限制过流情况发生等方面都具有显著特点，而且能实现微电网在网络结构或状态转换过程的无缝切换，同时也为不同响应时间的储能装置选择合适的控制策略提供了可能。
由以上的分析可知，目前我国针对微网控制的研究主要集中在下垂控制、恒压恒频控制和恒功率控制三种控制方式，在假定条件下通过对其控制原理和方法的分析进行控制器设计，进而搭建模型进行仿真，从而验证控制策略的有效性。
总结
面对能源危机的挑战，加强绿色能源的利用，既符合国家的能源政策，又可以缓解现阶段能源供求紧张的关系。智能微网的出现，可以较好地解决整个电网控制的复杂性。虽然目前微网的实用化还存在着各种各样的困难，但微网在降低能耗以及补充电网不足方面的优点会促进专家学者的研究，微网的巨大潜力会凸现出来。
参考文献
[1]丁明，王敏.分布式发电技术[J].电力自动化设备.2004， 24（7）： 31-36
[2]鲁宗相，王彩霞，闵勇.微电网研究综述[J].电力自动化设备.2007，31（19）： 100-107.
[3]黄胜利，张伟国，等.电力电子技术在微网中的应用[J].电气应用.2008，27（9）：55-58
[4]赵宏伟，吴涛涛.基于分布式电源的微网技术[J].电力系统及其自动化学报.2008，20（1）： 126-128
[5]鲁鸿毅，应鑫龙，等.微型电网联网和孤岛运行控制方式初探[J].电力系统保护与控制， 2009， 37（11）： 28-31
[6]王成山，杨占刚，王守相，车延博.微网实验系统结构特征及控制模式分析[J].电力系统自动化，2010，34（1）：99-105.
[7]欧阳翚，牛铭.基于不同控制策略的微网仿真[J].电网与清洁能源，2011， 27（3）：19-24.
[8]肖朝霞.微网控制及运行特性分析[D][博士论文].天津大学，2008（7）.
[9]赵巍.微网综合控制技术研究[D][硕士论文].南京理工大学，2013（4）
[10]杨艳天， 张有兵， 翁国庆.微网并网控制策略的研究[J].机电工程，2010，27（2）：14-20.
[11]董鹏.微网的控制与保护策略研究[D][硕士论文].华北电力大学，2009（3）.
[12]纪明伟.分布式发电中微电网技术控制策略研究[D][硕士论文].合肥工业大学，2009（3）.
作者简介：段晓瑞（1990-），女，汉族，山西运城人，硕士，研究方向为电力系统运行与控制。