第2部分 交流微网的协调控制方法分析与研究

第6章 绪论

6.1 研究背景与意义

近年来，伴随着国民经济的不断进步和快速发展，人们对于电力的需求也随之加大，煤、石油、天然气等一次能源消耗随之增加，衍生出的环境问题日益凸显。根据相关的数据显示，按照目前的开发能源速度计算，全球已探明的煤炭储量大约可供应使用170年，石油和天然气储量分别只能使用40多年和60多年，可见一次能源岌岌可危，我们将面临能源枯竭问题。随着能源匮乏与环境污染问题的日益严峻，开发新能源和可再生能源已迫在眉睫。

与传统的发电模式相比，分布式发电有着不可比拟的优点：安装灵活、功率很小、比较分散、即插即用。分布式电源包括风能、潮汐能、光伏以及生物质等新型清洁能源发电，可以解决能源供求矛盾，对大电网起到补充的作用。同时，分布式发电采用的新型发电能源多具有输出功率波动大的特点，不可避免地有一些弊端。当周围环境发生改变，分布式发电将对系统造成功率波动，无论从系统稳定性还是分布式发电的利用效率，都将是不利的，极大地制约了分布式发电的发展。为了充分利用分布式发电，解决其不利的因素，微网技术得到了迅速发展。

现有的技术表明，将分布式发电与本地负荷等连接在一起的微网是发挥分布式电网效率的有效方式，有助于提高分布式发电的稳定性，可避免间隙式电网对大电网或负荷的影响，提高电能质量，具有重要的社会价值和经济性^[1-3]。

交流微网的结构如图6-1所示，图中有分布式电源、逆变器和电力负荷。分布式电源包括了风力发电、光伏发电以及燃气轮机等可再生能源发电系统，微网的负荷既包括常规的电力负荷，也可以含有商业建筑或者家庭的冷、热负荷。微网要求既可运行在孤岛模式，也可运行在并网模式。一般情况下微网通过公共连接点（Point of Common Connection，PCC）与大电网并网运行，此时微网整体作为大电网的一个可定制电源，可对大电网提供补充和支撑，充分利用新能源发电合理分配能源，优化了系统的结构。当大电网出现较大故障时，可以通过PCC的开关将微网切除与大电网分离。微网进入孤岛运行模式，分布式电源仅向微网本地负荷供电。

图6-1 典型的交流微网结构

由图6-1可见，分布式电源是通过逆变器等电力电子设备接入到微网中的，与传统的发电模式相比，缺少同步发电机转轴的惯性，负荷跟踪能力不足，同时电力设备响应速度快导致了负荷能力差的特性。并网运行时可由大电网提供频率和电压的支撑，弥补微网负荷能力差的特性。当微网孤岛运行时，微网的频率和电压要由分布式电源提供支撑，而分布式电网的控制策略由逆变器控制决定，与原动机（光伏发电、风力发电）没有必然联系，可见微网的运行不同于大电网。逆变器控制方法决定了微网的电能质量，且在微网中包含了多个分布式电源，不同微源需要采用不同的控制器，且各个分布式电源之间又需要进行合理的协调控制。

综上所述，微网不仅结构复杂多样化，而且运行方式灵活多变，对于控制方法具有较高的要求，需要对不同类型的分布式电源进行相应的并网控制策略设计并相互协调^[4]。因此，一个完善的、成熟的控制技术有助于推动微网的发展与应用，研究微网多种运行方式的协调控制是关键的技术环节^[5，6]。