随着传统能源供给的不断紧张，环保压力的不断增大和电力市场对电能质量和供电可靠性要求的不断提高，人们开始对传统发电模式进行反思，并对分布式发电技术（Distributed Generation，DG）进行了重新认识。

DG就是将发电设备安装在配电网络或者用户侧的发电技术［1］。

因其相对于传统发电技术在提高系统稳定和电能质量方面的潜在价值而受到了越来越多的关注。

并结合能源利用率等方面的考虑，人们还由DG进一步引申出分布式供能（DERs）的概念。

DERs就是把太阳能发电设备、小型风力发电机和其它形式的可再生能源发电装置（如地热能和生物质能）、热电存储设备以及可控负荷同采用热电联产技术（CHP）的DG结合起来为用户提供电能和热能的产能技术。

从环境保护的角度来看，由于DERs广泛采用了各种提高能源利用率的新技术、新概念，以及突出对可再生能源的利用，它对降低有害气体排放具有明显的意义。

分布式功能系统紧邻负荷区，可运用往复式电机、微型燃气轮机和燃料电池通过CHP的形式同时向用户提供电能和热能服务，在提高能源利用率方面具有传统火电厂无法企及的优势。

传统的火力发电能源利用率在33%左右，一般CHP的效率在60%左右。

而美国UPC （United Power Company）开发出的冷热电联产（CCHP）装置PureComfort能将能源利用率提高到90%，功率达到了500kW。

欧盟计划将可再生能源的发电量在2030年从现在的13%提高到26%。

从电能安全性角度看，由于分布式供能技术靠近负荷，它可以显著提高相关用户对电能质量和可靠性的要求。

此外，在降低输电线路损耗，减缓系统的扩建等方面也具有潜在价值。

尽管DERs具有如此多的优点，但是由于它所涉及的发电设备容量小（2kW~10MW）、数量多，惯性时间常数小，以及广泛使用储能元件等特点，传统的DERs已暴露出许多不足之处。

当这些基于电力电子技术的分布式发电设备接入电网的数目达到一定程度时，它们会对电网的暂态稳定产生不良微电网技术进展及其对实现智能电网的影响Research Progress of MicroGrids and Its Influence on the Realization of SmartGrids杨柳袁志张晓冬曹敦四川省电力公司超（特）高压运行检修公司四川成都610041【摘要】传统的配电网在接入分布式发电机后，分布式发电设备数量的增加将对原有系统在控制和保护方面产生严重影响。

微电网就是针对这一问题提出的一种解决方案。

要实现微电网安全稳定运行，控制和保护是其中的两个关键问题。

本文首先介绍了微电网的基本概念，然后针对微电网的具体特点，阐述了与微电网相关的控制和保护技术的研究进展。

最后，通过对比微电网和智能电网的特点，说明了微电网在实现智能电网中的特殊意义。

【关键词】微电网分布式发电控制保护智能电网【中图分类号】TM727【文献标识码】A收稿日期：2011-05-15作者简介：杨柳（1982-），女，助理工程师，主要研究方向：智能电网技术。

Journal of Shandong Electric Power Coll e ge 第14卷第3期影响。

另外，根据IEEE1547标准，当主网发生故障时分布式电源要与主网隔离。

因此，受这些因素的限制，DG和DERs难以发挥它们的潜在价值。

为此，针对上述问题，国外专家提出了微电网这一概念。

本文首先介绍了微电网的基本概念，然后针对微电网的具体特点，阐述了微电网关键技术的研究进展。

最后，通过对比微电网和智能电网的特点，说明了微电网在实现智能电网中的特殊意义。

1微电网的概念微电网这一概念的提出还不到十年，并且由于各个国家和地区在阐述微电网这一概念之时，都是着眼于本地区电力系统特点、能源结构和社会条件等诸多因素，所以目前对微电网还没有统一的定义。

但一般来讲，微电网就是在配网中接入大量的分布式发电设备如微型燃气轮机、风能发电机、燃料电池和太阳能电池板等，同时还包含储能元件如超级电容、电池和飞轮等，以及负荷来构成一个可控的整体。

尽管国内外对微电网还没有形成统一的定义，但他们都认为微电网是建立在DG和DERs基础上的微型电力系统，其共同特点是：1）处于低压侧（加拿大的微电网包括了位于中压侧的情况），向用户同时提供电能和热能服务；2）大量的分布式电源或分布式功能系统分布在用户区，他们都通过共同的公共连接端口（Point of Common Coupling，PCC）与电网连接；3）微电网可以按照相关协议接受调度员调度。

但在微电网内部，可通过统一的内部控制中心协调和控制发电设备、储能元件和负荷的运行；4）配备能量管理系统，应用大量的电力电子元件进行控制，以解决潮流和保护问题；5）可以并网作为一个有源负荷运行，也能够在系统需要时与之隔离，实现独立运行，并继续对重要负荷提供能量。

在主网故障解除后，能够实现无缝再连接；6）维护简单，具有“即插即用（plug and play，p&p）”的功能。

“即插即用”指的是微电源可以根据需要在不改变已有控制和保护方案的基础上，在微电网的任意位置接入电网。

对于系统而言，微电网可以被看成是一个有许多负荷和电源所组成的可控单元。

它可作为一个微型电源，也可以为主网提供辅助支撑，如缓解用电高峰时的负荷压力。

对用户而言，微电网类似于传统的低压配网，并能同时提供热能和电能服务。

另外，用户也可以作为电力市场的参与者，在自身用电较少时，可以将电能卖给电力公司，从而推动电力供应市场化。

基于上述特点，美国、欧盟等地的学者根据本地区实际情况给出了不同的微电网结构，但两者在整体结构和大致功能上都非常为相近。

下面以美国电力系统可靠性技术解决方案协会（CERTS）的微电网结构（如图1）为例来阐述相关概念。

图1微电网结构示意图微电网通过PCC和主网连接起来。

图示微电网包含4条馈线A、B、C和D，在节点1、2、3、4、5和6处安装有电源。

4条馈线中，除D以外的另外三条馈线都需要对重要负荷供电。

在正常运行时，静态开关（Static Switch，SS）闭合，系统与馈线A、B和C的电源和负荷等发生能量交换。

当主网发生电压跌落或扰动等情况时，静态开关SS在半个周期内将微电网和主网隔离，而微电网继续对馈线A、B和C上的重要负荷供电，从而提高了系统的可靠性。

在整个过程中，馈线D始终与主网连接。

2微电网控制与保护2.1微电网控制微电网含有大量的分布式电源，如果采用传统电网集中控制的方法，这必定会增加线路的通信负担，并导致微电网建设成本升高。

因此，微电网必须采用分布式控制策略，以达到根据本地信息对设备5进行准确控制的目的。

而微电网中通信的主要目的在于通过获取各个节点的稳态功率和电压值来达到优化潮流的目的。

在有限的通信条件下，当把系统安全稳定运行控制和满足用户对电能质量等方面的不同需求的控制以及系统的经济优化运行控制结合在一起考虑时，微电网的有功、无功、潮流和网络电压分布的控制将变得更加复杂。

另外，传统的电力系统的发电设备具有旋转惯量，它对保持传统电网的稳定运行具有十分重要的作用。

但由于微电网中大量的发电设备因为采用了电力电子技术而导致设备自身的惯性常数变得非常小，这使得微电网的控制技术呈现出复杂而又灵活等特性。

当微电网从并网运行变换为孤立运行时，微电源的输出和负荷需求的不一致可能导致频率和电压问题。

储能技术，例如电池、超级电容和飞轮将成为确保微电网在遭受故障时保证稳定运行的必需元件。

因此，控制这些大量不同特性的复杂元件的稳定、经济运行是实现微电网的关键之一。

1）微电网的控制结构微电网不仅结构相当复杂，并且为了实现不同的用户的灵活需求、分布式电源的“即插即用”功能和实现分布式电源能够参与市场竞争，微电网的运行控制必须具有一定程度的人工智能特征。

图2是微电网控制系统的基本结构。

其中DNO （Distribution Network Operator）和MO（Market Operator）位于负荷侧，它们分别负责中低压网络的线路运行和市场调度。

相对于微电网，它们代表着主网，并通过实现微电网优化功能的MGCC （MicroGrid Central Controller）和微电网联系起来。

微电网内部则通过LC（Local Controller）实现对分布式电源、储能元件和负荷的具体控制。

LC具有一定的自主决策的能力，因此它不需要通过和其它LC 和MGCC的信息交互即可根据当地情况做出反应，这样就实现了各个元件具有自主运行能力。

而在市场环境下，通过LC、MGCC及DNO／MO间的通信和相应算法来实现微电网各元件的优化、经济运行。

多Agent系统以其自治性、可通信性、反应能力和自发行为等特点［2］，正好能满足微电网对实现智能控制的需求。

图2微电网控制结构2）微电网元件的控制这一层控制处于控制结构的最低层（LC），LC 的实现要广泛应用电力电子技术。

电力电子变换器的控制策略广泛采用PQ控制和VSI控制。

采用PQ控制的电源会根据调度端或者当地预先设定值向系统输送恒定的有功和无功，但它们并不参与电压和频率的调节。

而采用VSI控制则能在系统发生扰动时只需要根据本地所采取的电压和电流信号利用“f-P特性曲线”来根据微电网的运行状态切换所引起的频率变化来分配功率。

但是VSI控制需要运用于同储能元件相关连的电力电子变换器上。

所以，LC的实现要采用PQ和VSI两种控制模式。

当微电网孤立运行时，VSI的控制方案有两种：（1）单主控运行（Single Master Operation（SMO））：只有一个电力电子变换器采用VSI控制策略，其余采用PQ控制策略。

但这种运行方式的不足之处是当作为主控的元件因故障被切除时将影响系统运行，不能满“元件对等”和“即插即用”的理念。

“元件对等”指的是微电网中的任意一个元件退出运行都不会影响到系统的稳定运行。

（2）多主控运行（Multi Master Operation（MMO））：两个及其以上的电力电子变换器采用VSI控制策略。

由于配电网输电线路和高压输电线路参数上的差异，若将高压网络基于“f-P特性曲线”的控制方法直接应用到微电网中，可能导致控制失灵。

Journal of Shandong Electric Power Coll e ge 第14卷第3期图3修正后的有功和无功特性特性曲线综合考虑PQ和VSI控制策略的特点对微电网的控制具有重要意义。

2.2保护策略保护策略在微电网的安全稳定运行中也发挥着重要作用。

微电网的保护由两个环节构成：静态开关动作环节和微电网内部保护动作环节。

当主网发生故障时，静态开关自动检测故障并将微电网和主网隔离。

而微电网内部发生故障时则需要内部保护动作来完成对系统的保护。