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【摘要】近年来国内部分高校已经开始微电网技术的研究，本文将以实验室微电网为对象，介绍实验室微电网的结构、控制方式、运行方式以及常用控制策略；通过对实验室微电网的介绍，让读者了解实验室微电网的控制方式和运行状态，以及风、光、储多能如何互补、平衡，与外电网的能量配合等问题。
【中图分类号】TM7-2 【文献标识码】B 【文章編号】2095-3089（2017）02-0260-02
一、微电网发展背景
可再生能源发电成为新能源利用的重要途径，尤其是清洁能源的开发和利用，包括风能、太阳能等清洁能源；然而随着越来越多的分布式发电（风力发电、光伏发电）接入电网，传统配电网的结构将发生变化[1]。分布式发电中的涉及整流和逆变等电力电子装置，势必给整个电网带来较大的谐波，这是新能源在利用时不得不面对的问题。微电网的提出为新能源的利用提供了新的思路[1][2]。
二、微电网的定义
微电网[1]是一种小型电网，包括传统电网的所有部分，包括发电、输电、变电、配电、负载等五大方面，将风力发电、光伏发电等新能源发电、负荷、储能、控制装置有机整合在一起，将新能源电源作为微电网的组成部分，通过微电网与外电网相连，最大程度的利用新能源[1][2]。
三、实验室微电网的构成
微电网实验室包括发电、输电、变电、配电、用电五大部分组成，以20kW光伏、4台2kW风机为电源，由光伏并网逆变器、风机并网控制器、电池管理系统（BMS）、双向储能变流器（PCS）、单体容量为100Ah聚储能锂电池、并离网控制装置MSD-831、380V母线、母线断路器、通信管理机等装置组成实验室微电网系统。
四、微电网的控制
微电网的控制，软件方面是由微电网能量管理系统来完成，硬件方面是由并离网控制器、双向储能变流器等设备组成[1][2]；微电网能量管理系统监控着各个开关的状态，包括风力发电机、光伏组件与母线之间的开关，微电网与外电网之间的开关，以及气象条件，如风速、气温等[1][2]；还可以采集风力发电、光伏发电的发电曲线、发电量以及光照强度等信息；微电网能量管理系统可以对所监控的开关、设备进行后台操作；通过微电网能量管理系统自身的控制策略还可对微电网作出相应的运行控制，如离网能量平衡、储能SOE维护、黑启动等。
五、微电网的运行
实验室微电网的运行有并网运行与孤岛运行两种方式，发电方式为风力发电和光伏发电两种新能源发电，光伏组件发电后由汇流箱汇流进入光伏逆变器[1][3]，逆变后接入母线；风力发电机发电后由地下电缆接入风机控制柜，电源接入母线后，则由母线分配电能给本地负载使用，同时与外电网相连，可将多余电能送入外电网[1][2]；当并网运行时，微电网所发出电能，如太阳能发电、风能发电，一方面供给本地一、二、三级负荷，另一方面对本地储能充电，剩余电量进入外电网；当外电网故障时则与外电网断开，独立运行。
1.并网运行
当环境风速达到3m/s时，风力发电机启动发电，并通过风机控制器接入380V母线；光伏组件在有光照的情况下通过汇流箱和光伏逆变器将电能接入380V母线；微电网在满足本地负载和储能的情况下，若电源出力充足，则送入外电网；并网运行时微电网电源出力优先本地负载和储能[1][3]，如果对微电网电源出力有限制，则会按照预先设置的交换功率曲线对电源出力进行调控，不一定是额定运行，可能是调度运行；如果微电网电源出力不足，则由微电网电源与外电网电能同时对微电网本地负载和储能供电。
2.孤岛运行
当外电网遭受攻击或者故障时，则微电网检测故障后由微电网并离网控制器将微电网与外电网断开，微电网转入孤岛运行[1]，此时由微电网的电源对储能和本地负载供电；有时由于特殊原因，比如天气等原因，微电网电源出力不足，则不足部分由储能提供电能供给本地负载，如果出现微电网电源出力严重不足甚至没有出力，则储能独自供给负载，随着储能下降，则将三级负载切除，随后切除二级负载，若电源仍不能恢复，则一级负载切除，微电网停止供电；当微电网电源出力恢复，则恢复一级负载，随之恢复二级、三级负载，同时维护储能；当外电网恢复后，则由孤岛运行转为并网运行，继续和外电网并网运行。
3.控制策略
实验室微电网通过微电网管理系统来控制，控制策略包括黑启动、离网能量平衡、防逆流、储能SOC自动维护、交换功率控制、储能充放电曲线控制、并网自动恢复、平滑出力控制等策略，实验室微电网系统的常用控制策略为离网能量平衡和储能SOC自动维护。
（1）离网能量平衡
当微电网并网运行时，风电和光伏发电如果出力足，除了供给储能和本地负载以外，剩余电量将送入外电网，当微电网独立运行时，则离网能量平衡策略保证发电、储能、负载之间的平衡，离网运行后，如果风电和光伏发电出力足，则保证储能和本地负载的基础上，将多余出力限制[1][2]；如果出力不足，则不足部分由储能供给；储能则扮演着制衡者的角色，风电和光伏发电如果出力足则储能是和本地负载一起得到电能，若储能已经达到上限，则由负载自身消耗，若不能消耗，则限制风、光出力；风电和光伏发电如果出力不足，则储能为电源的角色，储能和风、光一起供给本地负载，让储能、风力、光伏在离网下达到平衡。
（2）储能SOC自动维护
实验室微电网储能由电池管理系统（BMS）、双向储能变流器（PCS）、单体容量为100Ah聚储能锂电池构成，电池管理系统监测每个单体电池的电压、电流的大小[1]，双向储能变流器的直流侧与电池相连，交流侧与变压器相连，当直流侧和交流侧都有电，则微电网处于并网运行，风、光出力对储能电池和负载供电，当电池管理系统检测充电已达到上限，则进入维护，电能全部供给负载，剩余送出外电网，若没有剩余甚至出力不足，则由外电网供给本地负载，同时对储能电池逆变后充电；当外电网失电，双向储能变流器的交流侧母线失电，则由并离网控制装置MSD-831发出并网转离网运行的信号，则微电网孤岛运行[1][2]；此时储能SOC自动维护对电池继续维护，如果风光出力足，则供给负载和电池，若电池不需要充电，则限制风光出力；如果风光出力不足，则储能电池放电供给本地负载，随着电池储能下降，将分步骤切除一、二、三级负荷，保证电池电量处于最低下限时停止供电，让储能得到维护；当出力恢复或者外电网恢复时，则逐渐恢复一、二、三级负载，同时对储能充电，当电池电量达到上限，则停止充电。 六、结语
实验室微电网已经具备了微电网的基本结构，包括风能、光能、储能，通过黑启动、离网能量平衡、防逆流、储能SOC自動维护、交换功率控制、储能充放电曲线控制、并网自动恢复、平滑出力控制等策略，可以研究实验室微电网与外电网在能量方面的优化配置；后续将继续增加柴油发电机作为补充能源的微电网与外电网在风、光、储、备等多方能量的平衡研究，最大限度的利用新能源，微电网具备自己的电源，将风、光等新能源、储能以及备用电源和本地负载有机整合，控制各个能量之间的分配和外电网的电能达到平衡；这将是未来电网发展的重要方向之一。
参考文献
[1]李富生.微电网技术及工程应用[M].北京：中国电力出版社，2012.
[2]时珊珊，鲁宗相，周双喜，闵勇.中国微电网的特点和发展方向[J].中国电力，2009，7（42）：21-25.
Shi shan-shan，Lu zong-xiang，Zhou shuang-xi，Min yong.The characteristics and development direction of China’s micro-grid[J].China power，2009，7（42）：21-25.
[3]左文霞，李澍森，吴夕科，程军照.微电网技术及发展概况[J].中国电力，2009，7（42）：26-30.
Zuo wen-xia，Li peng-sen，Wu xi-ke，Cheng jun-zhao.Microgrid technology and development overview[J].China power，2009，7（42）：26-30.
第一作者：谢鸿龄，男，硕士，助教，主要从事微电网运行、电子变流研究，申报专利13项，其中以第一作者身份申报发明专利两项，获得授权实用新型专利11项；主持云南省科技厅青年项目一项，红河学院校级项目一项，参与国家自科基金项目一项，红河学院教改项目两项，博士启动项目一项；在第一届全国大学生“恩智浦”杯智能汽车竞赛中获西部赛区光电组三等奖。
第二作者：牛林（1963-），女，教授，硕士，主要研究方向为过程控制。
第三作者：刘祥明（1979-），男，讲师，博士，主要研究方向为智能机器人。
第四作者：刘水（1987-），女，学士，毕业于昆明理工大学津桥学院，计算机科学技术专业，现工作于红河州气象局，主要从事气象信息技术等信息工作。
【中图分类号】TM7-2 【文献标识码】B 【文章編号】2095-3089（2017）02-0260-02
一、微电网发展背景
可再生能源发电成为新能源利用的重要途径，尤其是清洁能源的开发和利用，包括风能、太阳能等清洁能源；然而随着越来越多的分布式发电（风力发电、光伏发电）接入电网，传统配电网的结构将发生变化[1]。分布式发电中的涉及整流和逆变等电力电子装置，势必给整个电网带来较大的谐波，这是新能源在利用时不得不面对的问题。微电网的提出为新能源的利用提供了新的思路[1][2]。
二、微电网的定义
微电网[1]是一种小型电网，包括传统电网的所有部分，包括发电、输电、变电、配电、负载等五大方面，将风力发电、光伏发电等新能源发电、负荷、储能、控制装置有机整合在一起，将新能源电源作为微电网的组成部分，通过微电网与外电网相连，最大程度的利用新能源[1][2]。
三、实验室微电网的构成
微电网实验室包括发电、输电、变电、配电、用电五大部分组成，以20kW光伏、4台2kW风机为电源，由光伏并网逆变器、风机并网控制器、电池管理系统（BMS）、双向储能变流器（PCS）、单体容量为100Ah聚储能锂电池、并离网控制装置MSD-831、380V母线、母线断路器、通信管理机等装置组成实验室微电网系统。
四、微电网的控制
微电网的控制，软件方面是由微电网能量管理系统来完成，硬件方面是由并离网控制器、双向储能变流器等设备组成[1][2]；微电网能量管理系统监控着各个开关的状态，包括风力发电机、光伏组件与母线之间的开关，微电网与外电网之间的开关，以及气象条件，如风速、气温等[1][2]；还可以采集风力发电、光伏发电的发电曲线、发电量以及光照强度等信息；微电网能量管理系统可以对所监控的开关、设备进行后台操作；通过微电网能量管理系统自身的控制策略还可对微电网作出相应的运行控制，如离网能量平衡、储能SOE维护、黑启动等。
五、微电网的运行
实验室微电网的运行有并网运行与孤岛运行两种方式，发电方式为风力发电和光伏发电两种新能源发电，光伏组件发电后由汇流箱汇流进入光伏逆变器[1][3]，逆变后接入母线；风力发电机发电后由地下电缆接入风机控制柜，电源接入母线后，则由母线分配电能给本地负载使用，同时与外电网相连，可将多余电能送入外电网[1][2]；当并网运行时，微电网所发出电能，如太阳能发电、风能发电，一方面供给本地一、二、三级负荷，另一方面对本地储能充电，剩余电量进入外电网；当外电网故障时则与外电网断开，独立运行。
1.并网运行
当环境风速达到3m/s时，风力发电机启动发电，并通过风机控制器接入380V母线；光伏组件在有光照的情况下通过汇流箱和光伏逆变器将电能接入380V母线；微电网在满足本地负载和储能的情况下，若电源出力充足，则送入外电网；并网运行时微电网电源出力优先本地负载和储能[1][3]，如果对微电网电源出力有限制，则会按照预先设置的交换功率曲线对电源出力进行调控，不一定是额定运行，可能是调度运行；如果微电网电源出力不足，则由微电网电源与外电网电能同时对微电网本地负载和储能供电。
2.孤岛运行
当外电网遭受攻击或者故障时，则微电网检测故障后由微电网并离网控制器将微电网与外电网断开，微电网转入孤岛运行[1]，此时由微电网的电源对储能和本地负载供电；有时由于特殊原因，比如天气等原因，微电网电源出力不足，则不足部分由储能提供电能供给本地负载，如果出现微电网电源出力严重不足甚至没有出力，则储能独自供给负载，随着储能下降，则将三级负载切除，随后切除二级负载，若电源仍不能恢复，则一级负载切除，微电网停止供电；当微电网电源出力恢复，则恢复一级负载，随之恢复二级、三级负载，同时维护储能；当外电网恢复后，则由孤岛运行转为并网运行，继续和外电网并网运行。
3.控制策略
实验室微电网通过微电网管理系统来控制，控制策略包括黑启动、离网能量平衡、防逆流、储能SOC自动维护、交换功率控制、储能充放电曲线控制、并网自动恢复、平滑出力控制等策略，实验室微电网系统的常用控制策略为离网能量平衡和储能SOC自动维护。
（1）离网能量平衡
当微电网并网运行时，风电和光伏发电如果出力足，除了供给储能和本地负载以外，剩余电量将送入外电网，当微电网独立运行时，则离网能量平衡策略保证发电、储能、负载之间的平衡，离网运行后，如果风电和光伏发电出力足，则保证储能和本地负载的基础上，将多余出力限制[1][2]；如果出力不足，则不足部分由储能供给；储能则扮演着制衡者的角色，风电和光伏发电如果出力足则储能是和本地负载一起得到电能，若储能已经达到上限，则由负载自身消耗，若不能消耗，则限制风、光出力；风电和光伏发电如果出力不足，则储能为电源的角色，储能和风、光一起供给本地负载，让储能、风力、光伏在离网下达到平衡。
（2）储能SOC自动维护
实验室微电网储能由电池管理系统（BMS）、双向储能变流器（PCS）、单体容量为100Ah聚储能锂电池构成，电池管理系统监测每个单体电池的电压、电流的大小[1]，双向储能变流器的直流侧与电池相连，交流侧与变压器相连，当直流侧和交流侧都有电，则微电网处于并网运行，风、光出力对储能电池和负载供电，当电池管理系统检测充电已达到上限，则进入维护，电能全部供给负载，剩余送出外电网，若没有剩余甚至出力不足，则由外电网供给本地负载，同时对储能电池逆变后充电；当外电网失电，双向储能变流器的交流侧母线失电，则由并离网控制装置MSD-831发出并网转离网运行的信号，则微电网孤岛运行[1][2]；此时储能SOC自动维护对电池继续维护，如果风光出力足，则供给负载和电池，若电池不需要充电，则限制风光出力；如果风光出力不足，则储能电池放电供给本地负载，随着电池储能下降，将分步骤切除一、二、三级负荷，保证电池电量处于最低下限时停止供电，让储能得到维护；当出力恢复或者外电网恢复时，则逐渐恢复一、二、三级负载，同时对储能充电，当电池电量达到上限，则停止充电。 六、结语
实验室微电网已经具备了微电网的基本结构，包括风能、光能、储能，通过黑启动、离网能量平衡、防逆流、储能SOC自動维护、交换功率控制、储能充放电曲线控制、并网自动恢复、平滑出力控制等策略，可以研究实验室微电网与外电网在能量方面的优化配置；后续将继续增加柴油发电机作为补充能源的微电网与外电网在风、光、储、备等多方能量的平衡研究，最大限度的利用新能源，微电网具备自己的电源，将风、光等新能源、储能以及备用电源和本地负载有机整合，控制各个能量之间的分配和外电网的电能达到平衡；这将是未来电网发展的重要方向之一。
参考文献
[1]李富生.微电网技术及工程应用[M].北京：中国电力出版社，2012.
[2]时珊珊，鲁宗相，周双喜，闵勇.中国微电网的特点和发展方向[J].中国电力，2009，7（42）：21-25.
Shi shan-shan，Lu zong-xiang，Zhou shuang-xi，Min yong.The characteristics and development direction of China’s micro-grid[J].China power，2009，7（42）：21-25.
[3]左文霞，李澍森，吴夕科，程军照.微电网技术及发展概况[J].中国电力，2009，7（42）：26-30.
Zuo wen-xia，Li peng-sen，Wu xi-ke，Cheng jun-zhao.Microgrid technology and development overview[J].China power，2009，7（42）：26-30.
第一作者：谢鸿龄，男，硕士，助教，主要从事微电网运行、电子变流研究，申报专利13项，其中以第一作者身份申报发明专利两项，获得授权实用新型专利11项；主持云南省科技厅青年项目一项，红河学院校级项目一项，参与国家自科基金项目一项，红河学院教改项目两项，博士启动项目一项；在第一届全国大学生“恩智浦”杯智能汽车竞赛中获西部赛区光电组三等奖。
第二作者：牛林（1963-），女，教授，硕士，主要研究方向为过程控制。
第三作者：刘祥明（1979-），男，讲师，博士，主要研究方向为智能机器人。
第四作者：刘水（1987-），女，学士，毕业于昆明理工大学津桥学院，计算机科学技术专业，现工作于红河州气象局，主要从事气象信息技术等信息工作。