重要用户供电。此外，对于偏远地区的供电来说，微电网供电也将是一个有效的 解决办法。 现有研究和实践已表明，将分布式发电供能系统以微网的形式接入大 电网并网运行， 与大电网互为支撑，是发挥分布式发电供能系统效能的最有效方 式。 云南地区具有丰富的风光自然资源，如何因地制宜建设微网系统， 研究解决 分布式电源之间、 分布式电源与储能之间、分布式电源和负荷之间的协调控制问 题，以达到充分利用光伏发电、风力发电等分布式电源的目的，成为我们当前的 首要任务之一。目前云南地区尚没有以研究分布式电源、储能、负荷协调控制和 能量管理为目的的微网实验系统，因此，建设包含风光储等分布式电源的综合智 能微网实验平台，并开展协调控制、能量管理相关技术的研究，对于在当地推广 分布式电源和微网，解决实际问题具有重要意义。 1.3 主要功能 本实验室建设目标是建设一个含多种分布式能源、 多种形式储能的综合智能 微网实验平台，在该平台的基础上，可实现以下主要功能： （1）微网内储能系统互补优化控制技术研究 微网中储能系统包括功率型和能量型两种。前者可实现改善电能质量、平抑 间歇性能源波动等作用， 后者可实现负荷移峰填谷、微网孤网运行时的电压和频 率支撑等作用。 在并网或孤网运行模式下，为了能最大限度地发挥各储能系统的 作用， 储能系统间以及储能系统与分布式电源间的互补控制显得十分重要。 为此， 将重点开展下述研究工作： 储能装置的优化协调控制技术：针对不同类型储能系统，研究其平抑可再生 能源输出波动， 将随机输出电源转换为稳定电源的控制技术；研究微网并网运行 时， 以平滑微网联络线功率波动为主要目标的储能装置协调控制技术；研究微网 孤网运行时， 功率型与能量型储能装置维持微网电压和频率稳定的协调控制技术； 研究微网在并网/孤网切换过程中，功率型和能量型储能装置快速补充微网功率 缺额，支撑微网频率和电压的协调控制技术。 （2）微网内分布式电源协调运行控制技术研究 与常规发电机组并网运行时相似， 微网并网运行需要满足一定的电压和频率 条件。但与常规的发电机组不同，由于微网中分布式电源的种类和特征不同，需
不同运行模式下的优质稳定运行、并网/孤网的双向切换，以及微网完全停电情 况下的黑启动，具备事故应急能力。 （4）推动学校学科建设发展，培养高级人才，提高理论研究水平，发表高 水平学术论文，发明专利。
2. 微网建设方案
2.1 设计原则 本微网方案设计将以建立功能齐全的智能微网实验室为主， 并兼顾示范功能。 为保证微网实验室的功能尽量完备， 并为未来向智能电网实验平台转型留有 充分的建设空间和设备接口。 2.2 系统总体设计 根据系统用途，在本方案中将配置多种分布式发电系统、多种类型储能，并 通过多段母线使各发电系统可灵活组合， 使本套方案通过一套设备实现多种不同 类型微网，为微电网的科学研究、设备检测、人员培训等等提供多样化场景。同 时，微网内配置模拟线路阻抗和模拟故障接地电阻，在增加有限设备的前提下， 使本系统的实验范围由微电网拓展到配电网，对微电网及配电网内的系统/设备 故障的研究提供了充分的实验条件。 考虑实验室的研究性质以及现场安装条件和后续扩建等综合因素， 本方案在 分布式电源选型时，遵循种类多样，容量适中的原则，以满足楼宇负荷需求为依 据，采用十千瓦级的分布式电源和储能系统。 由于安装地资源环境、 现场施工条件等暂时未知，因此初步拟定安装光伏发 电系统 40kW；考虑到风光互补因素，因此选用 2×10kW 风机、2×20kW 光伏 板；根据能量型储能电池大多经济运行 SOC 区间在 25%~85%范围内，按 20kW 负荷 1 小时供电的试验需要，则需配置约 20kWh/0.6=33.33kWh。考虑一定容量 裕度，配置 40kWh 电池，为进行多种储能系统实验，在本方案中选择铅酸电池 和锂离子电池各 20kWh，同时考虑到昆明当地科研需要，在本方案中拟定增加 压缩空气储能一套； 根据母线容量并考虑光伏和风机发电波动，配置超级电容器 30kW×20s；选择系统主要一次设备如下：
锂电池
DC DC
DLA3 光伏阵列
DC AC DC DC
光伏阵列
配电网 K1
隔离变 K2
K3
微网并网开关 A1 模拟线路 阻抗1
K5
DC
光伏阵列
DC
模拟故障1 K4 微网并网开关 A2 模拟线路阻抗2 模拟故障2
根据设计要求， 昆明理工智能微网实验平台采用的分布式发电设备和储能单 元包括小型永磁风力发电机、光储一体化发电系统、超级电容器储能系统，微网 内负荷包括一部分模拟负荷，一部分真实负荷（如照明负荷等） 。 微网内设置三段低压 400V 母线 A1（A 网） 、A2（B 网）和 A3（C 网） ，每 段母线分别接入相同容量的光伏一体化系统、小型永磁风力发电机、模拟负载。 母线 A1 接入超级电容器储能系统。隔离变二次侧与母线 A1、A2 之间分别设置 模拟阻抗柜，模拟低压 400V 线路。同时在线路模拟阻抗柜的进线侧设置对零线
智能微网实验室初步建设方案
1. 项目概况
1.1 项目背景 目前，国内在分布式电源及微网技术领域取得了一定成果，特别是各高校、 电力公司纷纷进行微网实验室建设， 开展分布式电源及微网关键技术和应用的研 究。例如，国家“863 计划”和“973 计划”中都分别支持了微网领域的相关研 究， 合肥工业大学建设了综合性比较强的微网实验室，杭州电子科技大学和日本 清水共同建设并网光伏发电微网系统，南方电网公司与天津大学合作的“兆瓦级 冷热电联供分布式能源微网并网关键技术和工程示范” ，以及新疆星星峡建立的 以光伏、蓄电池为主的微网，这些系统可以对不同 DG 单元、储能系统以及某些 控制技术进行实验测试，在微网相关领域的研究中发挥了重要的作用。 完备的智能微网实验系统， 应该同时具备物理硬件系统和运行控制与能量管 理功能， 为获得微网运行的实际经验和运行数据，加深理解微网稳定控制机理等 提供实用化的基础研究平台。 作为一种有效的研究手段，微网实验系统一直是我 国研发的重点之一。 借鉴我国已有微网实验系统的建设经验， 本方案拟构建一个结构灵活的综合 智能化微网实验系统。考虑到 DG 的特点以及不同实验研究的需求，本方案提出 的智能微网实验系统将包含多种分布式电源和储能系统。 1.2 项目必要性 随着传统化石能源的高强度消费和价格的持续上涨， 新能源资源的开发利用 受到世界各国高度关注。 特别是国际金融危机爆发以来，新能源产业越来越成为 新一轮经济发展的竞争焦点和战略制高点。 微网通过智能的自动化系统把这些分布式电源无缝集成到电网来协调运行， 将可带来巨大的效益。 除了节省对输电网的投资外，它可提高系统的可靠性和效 率，提供对电网的紧急功率和峰荷电力支持，及其他一些辅助服务功能，如无功 支持，电能质量改善等；同时也能为系统运行提供巨大的灵活性。如在风暴和冰 雪天气下， 当大电网遭到严重破坏时，这些分布式电源可自行形成孤岛或微网向
母线A1 DLA1 母线A3 K6 母线A2 DLA2 DLA1
DC AC DC AC DC DC AC
小型永磁风机
压缩 空气
AC
超 级 电 容
DLA2 模 拟 负 载
DC DC铅酸 电池 DLA2 模 拟 负 载
DC DC
DLA3
DC DC
光伏阵列
DC
AC
Acquisition） 、上级调度计划、负荷预测等相关系统数据，包括系统运行实时数 据、负荷和发电预测、发电计划、检修计划等数据，研究数据挖掘等相关数据支 撑技术；研究微网能量管理系统的各功能模块之间的相互关系和交互数据构成， 微网能量管理系统与其它微网高级应用系统的数据接口技术， 开发具有通用性的 灵活、方便、友好的可视化微网能量管理系统。 （4）微网一、二次设备的功能实验 建设具有灵活拓扑结构、 可开展多项功能性实验的智能微网实验平台，能够 为微网相关关键技术的研究创造环境。 通过建设含多种类型分布式电源和储能装 置的微网示范工程，能够对微网综合评估方法、优化规划设计方法、运行控制策 略和能量管理方法， 以及相关的各种微网关键设备和系统进行有效的实验和验证。 具体实验功能包括： 1）针对微网内分布式电源并网逆变器运行功能、性能开展实验，如保护功 能检测、并网谐波、孤岛保护等。 2）电池储能技术成组一致性检测，针对不同厂家的电池技术，进行长期的 充放电实验，检测大容量电池的成组技术，电池 BMS 系统有效性等。 3）微网监控平台和能量管理系统功能检测，检测微网监控系统常规检测功 能和能量管理系统的有效性 4）微网孤岛保护，解并列保护测试，测试与微网有关的保护设备的正确性 （5）多微网互联问题的研究 本实验平台包含两个子微网系统，能够实现微网系统间并联、串联和独立运 行等多种运行模式， 基于灵活的拓扑结构，可以开展多微网互联中的内部协调控 制技术研究，互联微网之间的相互影响及解/并列控制技术研究，以及符合群微 网特点的评价体系研究等研究工作。 1.4 预期成果 （1）建设国内一流，世界领先的微网综合实验系统，开展与分布式电源并 网和微网系统相关的实验和理论研究。 （2）建设微网实时监控系统，实时监测微网的运行状态，实现对分布式电 源和储能装置的协调控制。 （3）建设微网保护控制一体化综合监控平台和能量管理系统，可实现微网
设备表
分类
设备 风力发电机
数量 2 2 2 1 1 1 1 1
单位 套 套 套 套 套 套 套 套
设备容量 10kW 20kW 30kW 20kWh 20kWh 30kW*20s 30kW 待定
分布式电源
光伏板 光储一体化逆变器 锂电池 铅酸电池
储能系统
超级电容器 超级电容逆变器 压缩空气储能
2.3 微网结构 微网系统结构如下图所示。
要一些特殊的协调控制方式才可能使其满足并网运行条件。微网作为自治系统， 具有脱网独立运行的能力，但由于其设备种类繁多、运行模式多样、可控程度不 同 （集中控制/分散控制/自动控制/用户控制） ，在微网模式切换及微网独立运行 模式中，多分布式电源的协调控制问题非常复杂。此外，微网中存在的大量电力 电子逆变并网装置也使得电能质量的控制问题更加令人关注。 微网电能质量协调复合控制技术：针对微网电能质量问题的特殊性，研究基 于多功能逆变器的分布式电源主动电能质量控制技术，基于分布式电源逆变器、 DVR、DSTATCOM、APF 及固态开关的电能质量协调复合控制方案；研究保障微网 重要用户优质电力供应的电能质量控制技术， 提高微网与配网电能质量相容性的 控制策略。 （3）微网优化运行技术及能量管理技术研究及系统开发 微网系统的经济运行技术和能量管理方法是实现微网高效、 稳定运行的基础。 微网中的可调节变量更加丰富， 如分布式电源的有功出力、电压型逆变器接口母 线的电压、电流型逆变器接口的电流、储能系统的有功输出、可调电容器组投入 的无功补偿量、热/电联供机组的热负荷和电负荷的比例等。通过对这些变量的 控制调节， 可以在满足系统运行约束的条件下，实现微网的优化运行与能量的合 理分配，最大限度地利用可再生能源，保证整个微网运行的经济性。为此，将重 点开展下述研究工作： 微网内分布式电源和综合负荷功率预测技术：研究间歇式能源短、中期输出 能量预测方法（如风速预测，光照强度和环境温度预测等） ；针对微网内负荷设 备种类繁多、特性各异、用能方式多变的特点，研究微网内包含冷、热、电在内 的多类型负荷预测技术；研究功率型和能量型储能装置的实时荷电状态（SOC） 估算方法。 微网能量管理方法： 开展含多种分布式电源、融合辅助服务与需求侧响应的 微网能量优化管理方法研究， 发展能量集中调度并考虑需求侧响应的能量优化管 理策略；研究微网优化调度方法，最大化微网内可再生能源发电，最小化微网运 行燃料成本和最小化污染物排放，实现微网需求侧响应；研究微网内多种类型储 能装置（氢储能、电储能和冷热储能等）的运行调度策略。 微 网 能 量 管 理 系 统 ： 基 于 SCADA （ Supervisory Control and Data