微网的稳定性研究 董志浩

1、 微网的稳定性研究微网的稳定性研究学学 生：董志浩生：董志浩 班班 级级: : 监控监控111111目录目录1、微网的概念、微网的概念2、微网的稳定性分类、微网的稳定性分类3、微网的基本结构、微网的基本结构4、维持微网稳定的核心技术、维持微网稳定的核心技术5、总结、总结微网的概念微网的概念目前，国际上对微电网的基本共识是：微电网是由各种分布式电源分布式电源、储能单元、负荷以及监控和保护装置组成的集合；具有灵活的运行方式和可调度性能，能在并网运行并网运行和孤岛（自主）运行孤岛（自主）运行两种模式间切换；通过相关控制装置间的协调配合，可同时向用户提供电能和热能；根据实际情况，系统容量一般为数千瓦至

2、数兆瓦，通常接在配电网中。对大电网来说，微电网可作为一个可控的“细胞”，是一个简单的可调度负荷；对用户来说，微电网可作为一个可定制的电网。适合我国的微网定义适合我国的微网定义微网是以分布式发电技术为基础，以靠近分散型资源或用户的小型电站为主，结合终端用户电能质量管理和能源梯级利用技术形成的小型模块化、分散式的功能网络。微网的稳定性分类微网的稳定性分类传统电力系统稳定性按遭受扰动的大小分为小干扰稳定和暂态稳定；按失稳的物理性质可分为功角稳定功角稳定、频率稳定频率稳定和电压稳定电压稳定；按过程的时间跨度可分为长期稳定和短期稳定。这几种分类方法相互叠加、包含，使得电力系统稳定性研究非常复杂。微网由于

3、其具有低惯性、多种运行方式及使用大量电力电子装置等特点，其稳定性成为值得研究的问题微网的基本结构微网的基本结构 微电网的典型结构包括集控中心、分布式发电、智能化用户、储能设备和具有自愈（故障重构）能力的电力网络等几部分。图6-4是微电网的一种典型结构，它通过隔离变压器、隔离装置和大电网相联。微电网中绝大部分的微电源都采用电力电子变换器与大电网和负荷相联。 图6-4中微电网内部的三条馈线，其中馈线A和馈线B接入重要或敏感负荷，馈线C接入普通负荷。每个微电源出口处都配有断路器和功率与电压控制器，当配电网出现故障时，隔离装置动作，使微电网转入孤岛运行模式，以保证微电网内重要敏感负荷的不间断供电。微网

4、核心技术框架微网核心技术框架微网包括发电、传输、储存、分配和用电全过程，具有内部分布式电源种类和并网形式多样、独立运行和联网运行两种模式和众多独特特点，必须有一系列相关技术保障微网能够稳定、高效可靠运行，并最大限度提高分布式发电渗透率，充分发挥出分布式电源的能力。微网的核心技术包括以下六个方面：1）计算与分析理论）计算与分析理论2）设计规划）设计规划3）分布式电源与储能）分布式电源与储能4）保护与接地技术）保护与接地技术5）信息与通信技术）信息与通信技术6）运行、控制与能量管理技术）运行、控制与能量管理技术计算与分析理论计算与分析理论计算与分析理论体系计算与分析理论体系微网计算与仿真计算微网计

5、算与仿真计算包括静动态建模、潮流计算、短路计算、状态估计全过程数字仿真理论、*美国已开发出微网仿真软件Grid和规划软件DER-CAM微网可靠性分析与计算微网可靠性分析与计算微网一、二次系统可靠性模型及计算方法、随机潮流概率预测、分布式发电多模式故障分析、微网可靠性薄弱点分析、可靠性区间分析、数据安全分析等设计规划设计规划 微网的不同连接方式对微网的稳定性有较大影响。研究指出拥有多种连接方式的微网具有更好的稳定性，在严重故障时，转换微网的连接方式可以保持系统的稳定性。微网中分布式电源（包括储能原件）的接入，对微网节点的电压、线路潮流、短路电流、网络可靠性都会带来影响，且影响程度与分布式电源的位

6、置与容量密切相关。因此，配电网中微网规划以及微网中分布式电源的规划都是十分重要的。 规划时一般要先建立模型，根据不同的目标函数，选取不同的方案，常见的方案有以下几种：1、最小费用模型2、可靠性模型3、终端用户规划模型分布式电源与储能分布式电源与储能1、分布式电源、分布式电源 微网中应用较多的分布式电源包括小型热电联产电厂、风力发电、光伏发电、微型燃汽轮机、小水电、燃料电池等。这些分布式电源有些和传统的发电机比较相似（如小型热电联产电厂、小水电）而有些则在出力、入网连接方式等方面如传统大电网有较大差别。 使用可再生能源作为一次能源的分布式电源由于其一次能源往往具有较大的随机性（如风能、太阳能、潮

7、汐能等），因此这些分布式电源的出力不可避免的存在较大的波动，对电网的稳定运行带来不利影响 为了解决这个问题，可以将如光伏电池盒电压性燃料电池通过逆变器和滤波器与电网相连，微汽轮机、风电等通过整流、逆变与电网相连。这些转换器可以较为灵活的改善发电机的有功无功输出和输出电压，这对提高电网的供电可靠性有很大好处。2、储能技术、储能技术微网中，电源总供给功率和负荷总需求功率都是动态变化的，并不是每刻都能达到供需平衡。当电源总发电功率与负荷总需求功率不平衡时，则由储能系统吸收系统多余的能量或释放能量弥补系统能量的不足。因此，储能系统在微网中是必须的，如果没有了储能系统，微网就不能在自治运行时达到安全、高

8、效、可靠的要求，也就不能尽可能的接入分布式电源和向负荷供给高质量的电能。如今，储能方式有许多种，各种方式的性能也是各异。目前主要的储能技术有一下几种：（1）飞轮储能技术（2）超导磁储能技术（3）蓄电池储能技术（4）超级电容器储能技术（5）其他储能技术保护与接地技术保护与接地技术与大电网不同，微网的保护与运行具有自己的特殊性。1、微网潮流： 内部的结构决定了微网的双向潮流特性，传统保护中的选择性原则在微网保护中较难满足。微网中一般根据不同电源的特点采取不同的控制方式，对于风力发电和光伏发电这些输出功率受天气影响比较大的电源，若通过配备储能装置的方法使这类电源根据负荷需求调整发电量，则需要配备较大

9、容量的储能装置，这会降低系统的经济性，因此这类可再生能源的目标是保持最大的利用率，分布式电源能输出多少功率就输出多少功率，微网设计时一般会满足此类电源“即插即用即插即用”的特点。这就加剧了微网中潮流流动的不确定性，设计保护方法时应尽可能做到不受潮流的影响。2、 通信 ： 在同等电压等级配电网中一般较少采用基于通信的保护。微网中，故障的判断较为复杂，有时需要利用多点的信息；为了维持微网的稳定，也需要确保故障能够及时地切除。基于通信的保护可以很好地完成这些功能。3、 保护在不同运行方式下的适应性： 微网既可以并网运行又可以独立运行的特点给保护的设计带来了新的挑战，在两种运行方式下短路电流差别很大，

10、在一种运行方式下可行的保护方法在另一种运行方式下可能变得不再可行。对于短路电流的这些特点一般有两种应对方法：一是设置限制条件使保护可以针对不同的运行方式；二是设计可以适用于两种运行方式的保护策略。其中前者可通过不同运行方式下故障电流的计算来整定，相对较容易实现，但是因限制条件的加入使得保护变得复杂。后者可以通过一套保护作用于不同的运行方式，但是对保护适应性的要求比较高4、故障切除时间： 微网中的分布式电源多采用电力电子接口，这使得微网具有缺少惯性、响应速度快等特点。若采用配电网相同电压等级下的故障切除时间，容易使微网系统失去稳定。 故障切除时间还应该考虑到负荷的敏感程度，保证故障切除后系统还能

11、保持稳定。例如，电动机负荷所占的比例越大，临界故障切除时间越短；三相短路故障点离感应电动机负荷点越近，临界故障清除时间越短。信息与通信技术信息与通信技术关键技术：包括微网计量模式与通信模式、通信控制规约、各种通信接入方式及接口、基于IEC61850的微网通信系统、基于IEC61970和61968的微网CIM模型扩展及导入导出等。运行、控制与能量管理技术运行、控制与能量管理技术1、微网的运行方式：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，也可以独立地运行在孤岛状态，为当地负荷提供电力需求。联网运行时，PCC连接处应满足主电网的接口要求，微网在不参与主电网

12、操作的同时应减少当地电能短缺且不造成电能质量恶化。这时候，微网电压和频率由大电网提供支撑。而在孤岛情况下，微网必须能自己维持电压和频率。2、微网运行方式转换时的控制方式：微网的控制策略主要在于控制微电源输出功率，对电力电子接口控制主要指对DC/AC逆变环节的控制。着眼于不同的控制目标，微电源的逆变器接口常用的控制策略可以分为恒功率控制功率控制、下垂控制下垂控制和恒压恒频控恒压恒频控制。1）恒功率控制 恒功率控制的目的在于使微电源输出指定的功率参考值，该功率参考值可以由微网上层能量管理系统提供或者由微电源自身输出特性决定。使用恒功率控制的微电源不参与微网频率和电压的调节。这种控制策略尤其适用于光

13、伏发电、风力发电等输出功率具有明显的间歇性和不可预测性的微电源，因为这类微电源本身不适合参与频率与电压的调节，应该以能源的最大化利用为目标。同样，如果这类微电源配置了储能装置，也可采用恒功率控制，其优点在于将能源的最大化利用与微网能量调度结合起来。另一方面，当微网处于并网运行状态时，由于有主电网提供电压支撑，所有分布式电源均可采用该控制方式。 2） 下垂控制 下垂控制是一种模拟传统发电机的控制方法。这种控制策略下，逆变器接口的直接控制目标是输出电压幅值与频率。采用下垂控制使微电源一定意义上具有传统电机的输出特性，根据下垂系数，即 、 曲线斜率自发调节输出频率与电压幅值，当微网中存在多个采用下垂

14、控制的微电源时，它们共同的调节目标在于使各自输出的频率一频率一致致、微网交流母线的电压一致电压一致，当目标完成时，即完成了各微电源对微网中不平衡功率的动态分配。该法由于具有微电源间通信联系就能实施其控制的潜力，是目前研究的热点，一般用于对等控制策略中微电源接口逆变器的控制。该方法并不适用于光伏发电、风力发电这类输出功率具有随机性的微电源。 3）恒压恒频控制 恒压恒频控制的基本思想在于不管输出功率如何变化，始终保证逆变器接口输出的频率与电压幅值恒定，无论微电源的运行点在任何工作点，其频率与电压幅值始终不变。采用这种控制策略的微电源要求有一定的备用容量，且具有较强的可控性。同样，光伏发电、风力发电

15、并不适合采用该控制策略。我们主要来介绍一下下垂控制：微网中各DG单元输出的交流电压可以等效为可控电压源，其频率、相位、幅值必须相互协调配合，共同承担负载电流。有功功率的传输主要决定于功角i，无功功率的传输主要决定于DG单元输出电压的幅值Vi，即各并联单元输出电压的相位和幅值与其输出有功功率和无功功率具有对应的近似线性藕合关系。DG单元输出电压的幅值可以直接控制，而其相位控制则是通过调节输出频率来实现的，即有： (3-4) 其中i是第i台DG单元输出角频率。这样，在系统输出电压一定时，各并联 DG单元就可以通过检测本单元的输出功率大小，根据自身容量把频率（相位）与幅值两个要素通过输出的有功功率和

16、无功功率进行近似解耦控制。 根据DG单元并联系统的上述功率特性，发展出DG单元无线并联的控制技术：电压/频率下垂法。其实质为：在DG单元并联系统中，各DG单元检测自身输出功率，通过下垂控制得到输出电压频率和幅值的指令值 然后各自反相微调其输出电压幅值和频率达到系统有功和无功功率的合理分配。输出有功功率大的DG单元，通过频率下垂特性减小其输出频率，从而减少其有功功率输出；输出有功功率小的 DG单元，通过频率下垂特性增大其输出频率，从而增加其有功功率输出。输出无功功率大的DG单元，通过幅值下垂特性降低其电压幅值，从而减小其输出无功功率；输出无功功率小的DG单元，通过幅值下垂特性抬高其电压幅值，从而

17、增大其输出无功功率。即输出功率较少的单元会根据电压/频率下垂特性增加其输出，而输出功率相对较多的单元则相应的减少其输出，并且这种自我调节过程将一直持续下去，直到并联系统达到最小环流点。其中： 0i是第i台DG单元空载输出角频率； V0i是第i台DG单元空载输出电压幅值； mi是第i台DG单元输出角频率下垂系数； ni是第i台DG单元输出电压幅值下垂系数； Pi是第i台DG单元输出有功功率； Qi是第i台DG单元输出无功功率。 图3-4给出了两个不同容量的DG单元并联下垂特性示意图。可以看出，DG单元通过调整各自输出电压的频率和幅值，使其降低到一个新的稳定工作点，从而实现输出功率的合理分配。如果

18、DG单元的下垂斜率相等，则在稳定后各DG单元的输出功率相等；如果下垂斜率不相等，则斜率大的承担功率小，斜率小的承担功率大。3、能量管理技术微网能量管理系统的主要功能包括：采集基于实时监控系统采集的电网信息、分布式电源信息、负荷信息等；实现主网、多种分布式电源、储能单元和负载之间的最优功率匹配；实现多种分布式电源的灵活投切；实现微网在孤岛与并网2种运行模式间的无缝转换等。能量管理系统构成及工作流程如图2所示。总结总结 以上内容主要介绍了微网和微网稳定性的概念，了解了微网的基本结构，从结构出发，进一步了解维持微网稳定的核心技术，微网的安全、经济稳定运行与这些技术的支持是密不可分的。 近几年，微网得到了较快的发展，但同时也暴露了很多问题，伴随着社会科学技术水平的不断进步，新能源开发利用率不断提高以及稳定性的提高，微电网必将迈向小型化、家庭化，如何实现微电网智能化控制，降低家庭微电网建设与运行费用，将成为未来微电网控制运行研究热点。 谢谢谢谢！ 2014年年09月月参考文献参考文献1文波，聂一雄 微网稳定性研究综述. 广东工业大学自动化学院，广州，5100902李澍森 微网技术体系研究概况 中国电力科学研究院高电压研究 2012.123洪峰，陈金富，段献忠 微网发展现状及展望 华中科技大学电力安全与高效湖北省