当前位置：文档库 › 微电源故障输出特性和微电网保护方案初探

微电源故障输出特性和微电网保护方案初探

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

微电源故障输出特性和微电网保护方案初探

摘要

分布式发电不仅具有环保、效率高、安装地因地制宜等优点，而且可节省长距离输电线路的投资成本和损耗，保障在大电网发生意外停电时，能够提供基本的能源供应。然而，分布式发电的随机性、小容量、小惯性、低过载能力等缺点，以及分布式发电接入对大电网的影响等诸多因素都制约着分布式发电技术的推广和实用，微电网技术的出现就是为了解决这些难题。

本文首先对逆变型分布式电源的工作原理以及控制策略进行了理论分析，并在此基础上分别详细分析了在PQ控制以及VF控制下逆变型分布式电源的故障输出特性，并在Matlab/Simulink仿真环境下进行仿真，验证了控制策略的有效性以及故障输出特性分析的正确性。最后阐述了微电网的配置、保护层次和逻辑，以及基于全局信息的集中式保护方案。

关键词：逆变型分布式电源，故障输出特性，微电网，仿真，保护方案

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

ABSTRACT

The Distributed Generation（DG）is eco-friendly, high efficiency and has advantage in installation location of localization. Moreover, it can reduce the transmission and distribution line loss, lower the operation cost, guarantee basic energy supply when the power grid power has malfunction. However, there also some disadvantages for the distributed power generation, such as randomness, small capacity, small inertia, low overload ability, the influence of Distributed Generation access to power grid and so on.Many factors restrict the application and promotion of distributed power generation technology.The emergence of micro-grid technology is to solve these problems.

Firstly ,the works and control strategies of Distributed Generation are analyzed theoretically,And on the basis of this analysis，the output failure characteristics on the PQ power control,V/F control of the inverter Distributed Generation are analyzed in detail.And runs a simulated modeling test under the simulation environment of Matlab/Simulink software,verify the effectiveness of the control strategy,and the accuracy of output failure characteristics analysis.Finally elaborated the level of protection device and the protection logic of the microgrid,and centralized protection program on the basis of global information.

Key words: Distributed Generator, Output failure characteristics, Microgrid,Simulation, Protection program

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

摘要 (1)

ABSTRACT (2)

第一章绪论 (4)

1.1 课题的背景和意义 (4)

1.2 国内外微电网的研究现状 (5)

1.2.1 各国对微电网的定义和研究方向 (5)

1.2.2 微电网保护的研究现状 (6)

1.3 本文研究主要内容 (8)

第二章微电网的控制策略及故障特性分析 (9)

2.1 微电网的结构特点 (9)

2.2 微电源的分类及控制原理 (11)

2.2.1 微电源的分类 (11)

2.2.2 逆变型分布式电源的工作原理 (11)

2.2.3 逆变型分布式电源的控制方法 (12)

2.3 逆变型分布式电源的故障输出特性分析 (14)

2.3.1 逆变型分布式电源的模型简化 (14)

2.3.2 恒压恒频控制下IBDG的故障输出特性分析 (15)

2.3.3 恒功率控制下IBDG 的故障输出特性分析 (20)

2.4 本章小结 (22)

第三章微电源故障特性研究 (23)

3.1 PQ和V/F控制模型搭建 (23)

3.2 控制策略仿真算例 (24)

3.3 IBDG的故障暂态仿真 (26)

3.3.1 恒压恒频控制下IBDG的故障输出仿真 (26)

3.3.2 恒功率控制下IBDG 的故障输出仿真 (29)

3.4 本章小结 (33)

第四章微电网的保护 (34)

4.1 基于电流序分量的保护方法 (34)

4.2 保护的层次和逻辑 (35)

4.2 基于全局信息的集中式保护 (36)

4.2.1 微电网内的保护配置 (37)

4.2.2 集中式保护方案的实现基础 (38)

4.3 孤岛检测与保护分析 (39)

4.4 本章小结 (41)

总结 (42)

致谢 (43)

参考文献 (44)

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

第一章绪论

1.1 课题的背景和意义

随着经济和科学技术的大力发展，大电网在过去数十年里发展迅猛，成为电力供应的主要渠道。然而，这些集中式供电的大电网也存在一些弊端和不足，特别是近几年来，接连几次发生了世界范围内的大面积停电事故以后，大电网的脆弱性充分地暴露出来，特别是在发生自然灾害、电网事故的紧急情况下，军工、医院、金融等系统突然断电造成的不仅仅是经济损失，还会危及社会的安全和稳定。

目前分布式发电机的数量在电力系统中占得比例越来越高，各国对利用清洁可再生能源发电的重视，促使了分布式发电技术的迅猛发展。所谓的分布式发电(Distributed Generation, DG)，通常是指采用各种分散存在的清洁能源，包括风能、太阳能、小型水能等可再生能源进行发电供能。分布式发电具有灵活性特点，可以在峰谷电价下启动，减小电费支出。同时，对于边远贫困地区安装小型DG装置，可以充分利用当地资源，避免因长距离输电而造成的损耗，从而有效提高系统的可靠性与稳定性。分布式发电还具有很强的机动性，具有投资少和见效快的特点，从而弥补了大电网在稳定性与安全性方面的不足。当地震、洪水、冰灾等自然灾害或者人为破坏等突发灾难而导致大电网崩溃时，分布式发电能够继续对重要用户进行供电，从而避免因大范围停电给国家重要部门带来的损害。

分布式发电虽然具有很多优点，但是本身也存在许多缺点，例如，分布式电源控制困难和单机接入成本高等；另外，分布式电源与大电网相比是不可控源，而且对电网及用户造成了巨大冲击，对系统的运行、电能质量、保护可靠性等都带来不利影响，使得并网的规模受到限制。因此电网往往采取隔离和限制的方式来处理分布式电源的接入，从而削弱了分布式发电效能的利用。

为了充分发挥DG的优势，减少DG对电网的冲击及一些负面影响，尽最大可能的实现DG的效益和价值。在本世纪初专家们提出了微电网(Micro-grid)的概念，微电网也称为微网，是指通过电力电子器件把以可再生能源为主的分布式电源连接起来，结合能量转换装置、监控系统、保护等技术而成带动相关负荷的微型发配电系统，能够提供电能和热量，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，同时还满足用户对电能质量和供电可靠性、安全性的要求，既可以并网运行也可以孤岛运行的微型电网。微电网中的电源也称为微电源(Micro-Generator, MG)，主要有水力发电、风力发电、光伏发电等。为了提高微电网运行的可靠性和电能质量，微电网中一般还包含电能存储装置，如飞轮储能系统、超导电磁储能系统、超级电容等。微电源和储能系统安装在用户侧，具有低成本、低污染等特点。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

微电网的引入，对传统中低压配网的保护带来了挑战：原本辐射状线路的单向潮流方向可能变成双向，传统分布式系统保护可能由于微电网内结构变化而退出。同时，电力电子器件在DG中的使用，使得故障电流幅值通常只有额定电流的2-3倍。微电网在并网运行和孤岛运行下均应能够响应于故障，做到大电网侧故障不动作，网内故障时迅速正确响应，成为了微电网保护的关键和难点。

1.2 国内外微电网的研究现状

1.2.1 各国对微电网的定义和研究方向

微电网解决了DG高渗透率并网问题，并能充分发挥DG的各种优势，成为了公共电网的有效补充和利用形式，自然受到世界各国越来越多的关注与支持，发展潜力十分巨大。

1) 美国微电网的研究

美国是最早提出微电网概念的国家。1999年，美国电气可靠性技术解决方案协会(CERTS)首次并较完整的将微电网定义为：微电网相对大电网来说是一个单一受控单元，可以为用户提供高质量电能和用电安全需求。微电网内部由微电源和负荷组成，可以同时产生电能和热能；微电源产生的能量来自于内部电力电子器件的转换；并且提出了“即插即用”以及“对等”控制思路和设计方案，这成为了微电网概念中最早和最权威的概念。目前美国已经对微电网的建模与仿真、保护与控制以及经济运行等方面理论进行了分析，并逐步形成了相关的管理政策和法规；同时，美国政府将建设“电网现代化”建设与微电网结合，将以后研究和发展的重点放在为重要负荷供电可靠性提高、满足用户多样化用电需求、实现智能化、降低成本等。

2) 欧盟微电网的研究

欧盟微电网研究机构将微电网定义为：配有储能装置的；使用一次能源，经过电力电子器件对能量控制和转换；可冷、热、电三联供；集中多种微型分布式发电装置。欧盟将电力系统的发展方向定为“智能电网”的方向，而微电网本身的智能化、能量利用的多元化以及环境友好等优势，已经成为了他们研究的重点。目前，在多国建设的不同规模的实验项目上已经对微网的运行、控制、通信、保护及安全等理论进行了验证，并且将后期的研究工作定为建设示范工程、更先进的控制策略、DG大规模接入以及由传统电网向智能电网过渡等方面。

3) 日本微电网的研究

由于一次能源的匮乏以及负荷需求的迅速增长，日本十分重视可再生能源在本国能源结构中越来越多的利用。微电网能极大发挥分布式电源效能的理念促使了微电网在日本的飞速发展。日本的微电网定义为：根据客户需求，在部分特殊区域装设分布式能源的小型系统，为其提供电能和热能。他们对微电网的研究方向主要设在对电能需求多样化方面、能源利用率以及环保方面。目前日本政府已经与国家重点科研室、

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊国内高校、相关企业合作，在新能源利用与可再生能源的使用以及微电网发展方面取得了不错的成果。

4) 微电网在我国的研究和发展

结合我国电网现状和发展趋势，参考国外微电网定义的特点，我国将微电网定义为：微电网是一种基于传统电源的独立控制系统，通过本地分布式能源或者中、小型发电机较大规模的优化配置，向周围负荷提供热能、电能的特殊电网；在充分满足用电客户对电能质量和供电安全要求的基础上，通过利用内部电源和负荷的可控性，实现微电网联网运行和孤岛运行的自治；微电网对大电网表现为一个可控的整体单元，可以平滑实现并网、孤岛的切换。国家863和973项目中都开设了微电网研究课题。广州、内蒙古、北京等地已经通过引入国外技术建成了近10座微网示范系统。

微电网的发展对我国来说具有重要意义：我国幅员辽阔，清洁能源布局分散、随机和间歇。微电网可将分散的DG整合，最大化接纳分布式能源；可解决偏远农村无电或缺电问题，对逐步实现社会主义新农村的电气化问题提供解决方式；多种互补式能源同时提供冷、热、电能，加上储能单元的调节控制，对提高我国能源利用效率，减轻环境污染具有重大意义；面临地震、洪水、飓风等自然灾害时，微电网的加入能够提高电网抗灾能力，保证不间断供电；微电网的在线实时监控和预警能力，对改善供电可靠性，满足不同用户电能质量需求具有重大意义。

1.2.2 微电网保护的研究现状

通常情况下，低压配电网呈单电源辐射状结构，微电网中由于多个分布式电源的引入，潮流双向流通，使得短路电流的整定计算变得更加复杂。微电源之间的距离可能很短，区内和区外故障时电压可能非常接近，这将造成所形成的故障判据的灵敏度不够。

文献3研究了通过电力电子器件接入电网的分布式电源的控制和保护问题，详细分析了在网络不同运行模式下微电源的不同控制方式和对保护的影响问题。文献4利用动态仿真很好地回避建立系统阻抗矩阵的问题，并且分析了带逆变器并网的DG给配网继电保护带来的影响，并得出结论：经逆变器的DG并网对系统的影响并不十分明显。文献5研究了孤岛运行下的微电网在失去配电网容量支撑时，由于分布式电源自身容量较小，其故障特性与并网运行时差别很大的问题。文献6通过仿真验证了微电网的故障电流一般情况下远远小于主电网的故障电流，传统的电流保护无法应对微电网保护的特殊性。微电网中微电源的容量一般都很小，在孤岛模式或两种模式转换过程中，操作或微电源波动都可能会出现较长的暂态过程。

总之，DG并网给微电网保护带来了一系列问题。由于联网时短路容量大，多个DG接入点不同或是故障类型不确定，引起故障电流方向多变和保护整定困难；另外一点就是包括光伏电池、燃料电池这类逆变型电源，由于内部热过载能力较低，输出电流一般被限制为额定电流的2-3倍，很难利用故障电流进行故障定位。因此，人们开始探索其它保护技术。一种方法是针对孤岛下电流大小不足以使传统过流保护装置

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊动作而使用储能系统为微电网提供故障电流；另一种方法是提取新的不受这两种特点影响的故障特征量来检测故障并动作于保护，使微电网稳定运行。

文献7通过控制故障DG接口逆变器的直流侧电压，改变故障时的输出电流。也有学者提出安装补偿性电流源的方法，但是这种方案要根据不同的网络运行状态开启或关闭，所以高度依赖于孤岛检测技术和补偿性电流源的可靠性操作,这种方法是不经济的。

文献8提出了一种在孤岛和并网下相同的保护策略。文中将微电网划分为5个保护区，每个区之间装设有三相电流互感器，中性线上设有三相和电流互感器。针对单相接地故障和相间故障，提出对称分量法和差分电流法相结合的保护策略，过电流保护作为后备。但这种策略无法检测三相短路故障，对复杂结构的微电网通用性不高。

文献9提出了一种新的基于电压扰动量的方法，通过将逆变器接口采集到的三相交流电压量从abc坐标系转换到dq同步坐标系下的直流量，并用与参考值的差值

DIST

V判断故障类型，当微电网中有故障发生时，接口电压将发生变化，

DIST

V的值可能是从零到最大值的摆动量、直流量和摆动量的叠加或是恒定直流量三种形式，由此就可以判定出单相、两相和三相故障中的哪种故障；并通过和相邻继电器的通信比较来判断故障发生在区内还是区外。该方法避开了运行方式带来的故障电流差异，但是不适合单相跳闸。

文献10使用继电器监测逆变型电源端口输出的电压，通过对电压的离散傅里叶变换和谐波畸变率分析，判断故障相和故障位置。实现技术难点就是THD门槛值的设定和通信的同步，对包含多个DG的微电网实现困难。

文献11设计了一种新式继电器用来应对微电网孤岛下逆变型电源的限流导致的微电网孤岛运行下故障电流小的问题。但是这种方法成本过高，而且该装置目前也在研究阶段。

微电网保护的快速性也是尤为重要的，当微网馈线上直接联有旋转电机时，必须保证用户侧的保护足够快速的动作来减少故障电压跌落的持续时间，尤其是保证孤岛运行时的微网在故障清除后稳定运行。因此，从微电网的稳定运行角度来看，保护的快速响应能力和在网络结构发生变化后的同步能力是十分重要的。

总之，如何能确保微电网内的保护在正常操作和扰动下，可靠不动作；在孤岛和联网不同运行方式下，均对内部故障及时作出正确判断，并且在联网运行时快速感知大电网侧故障，同时能够保证内部保护的灵敏性、可靠性、选择性和快速性。配电网中传统的电压电流保护显然已经无法满足微电网保护的特殊要求，国内外的研究也刚刚起步，还有很多难题没有攻克，缺少一种行之有效的保护策略。针对以上情况，本文分析了微电网继电保护中应调整的对策。最后，分析了微电网主要的保护情况。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1.3 本文研究主要内容

第一章概述了微电网技术的背景和结构特点，介绍了微电网保护的研究现状，并阐述了本课题的研究意义。

第二章介绍了微电源的分类，着重介绍了逆变型分布式电源接口逆变器的控制策略，并分别针对恒压恒频控制和恒功率控制这两种逆变器控制策略下的分布式电源的故障输出特性进行了理论分析

第三章用MATLAB软件分别搭建微电网仿真模型，并用仿真算例验证了控制策略的正确性，研究了在故障电流达到故障限流之前逆变型分布式电源端口的输出特性，并仿真给出了相应的特征量变化

第四章基于以上理论分析及仿真结果，提出具体的微电网保护方案。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

第二章微电网的控制策略及故障特性分析

微网内的微源种类多样，包括微型燃气轮机、风机、燃料电池、光伏电池和储能电容器等，其工作特性也各不相同。比如对于微型燃气轮机和燃料电池而言，其出力可以人为干预调节，既可以对有功无功进行控制，也可以实现电压频率控制，在微网孤岛时提供网内电压和频率支撑，属于非间歇式微源；而对于风能、太阳能等发电形式，其输出具有波动性和间歇性特点，输出功率受天气影响很大。这类电源一般采用恒功率控制策略，即跟踪目标的最大功率输出，通过并网逆变器控制电流波形和输出功率，使其向电网输送的功率与电动机或者光伏阵列所发出的最大功率相平衡，以保证可再生能源能够达到最大的利用率。本章首先详细介绍微电网的结构特点和微电源的分类，针对微电网中通常采用的逆变型分布式电源的工作原理和特点不同，区分采用不同的控制策略，进而搭建微电网的模型，对不同控制策略下的逆变型分布式电源的故障进行理论分析。

2.1 微电网的结构特点

从结构上看，微电网是一个带有多个负载及DG的微型电力系统，通过一个能量管理系统、灵活交流输电系统控制装置(例如，功率潮流控制器，电压控制器等)以及保护装置构成。微电网自身可以是直流或者交流网络，交流微电网可以是一个单相或是三相的系统。它可以被连接到一个低压或者中压的配电网中。

微电网的基本结构如图2-1所示，它包含的分布式电源包括光伏发电、微汽轮机以及燃料电池系统，连接在A、B馈线中。微电网和大电网之间的连接是由公共耦合点(Point of Common Coupling, PCC)处的分断设备(通常为一个静态转换开关)来保证一旦大电网故障时的快速断开。更简单的说，微电网可以看做是一个包含了电源和控制设施的分布式系统，能量管理系统作为微电网的控制中心，内部包含了保护设备的配合以及电能质量监控管理，来保证微电网的可靠操作以及对大电网需求的响应。微电网的另一个特点是该分布式的网络可以连接为一个环网，来提高系统的可靠性。由于DG更接近负荷，燃料电池及微汽轮机之类的电源就可以作为热电联产的电源来提高能源的利用率。加装了蓄电池的燃料电池可以产生可控的输出功率来满足大电网或者负荷切换瞬间的需求。风力发电及光伏发电通常有来自风机和太阳能电池板的最大功率跟踪(Maximum Point of Power Tracking, MPPT)。同样，加装了储能单元的风机和太阳能发电系统能够产生可控的输出功率来满足发电和负荷的需要。总之，微电网为能源的最佳利用提供了机会，可以根据不同的地区环境和不同的负荷需要合理的配置不同的发电单元以全面提高电能和热能的使用效率。A、B两条馈线当大电网

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊侧发生故障时，也可以实现与大电网断开后的独立运行，因此可以满足对可调节负荷或敏感负荷的不间断本地供电；C馈线上一般连接用电要求不高的非敏感负荷，通常是由大电网直接供电。

能量

管理器

微电网

调度

变压器PCC

微型燃气轮机

可调节负荷

热负荷

敏感负荷

光伏电池

潮流控制器

保护协调器

分隔器

（断路器）

静态开关

燃料电池

非敏感负荷

断路器

图2-1 微电网的基本结构

微电网的运行方式主要有两种：并网模式和孤岛模式。并网时，DG的主要功能是提供电能并提供本地电压和功率支撑，由于电力电子元件的使用，DG还能产生可控的无功功率。这样能够降低线路损耗，提高整个系统的效率。微电网的能量管理系统可以单独控制每一个DG的有功和无功参考值，例如光伏和风力发电之类的DG也可以由MPPT跟踪控制输出最大的功率。另一个运行模式是孤岛运行，它是在微电网从大电网断开后(例如，当大电网断电时)持续为本地负荷提供电能的运行方式，保证孤岛能稳定运行，其内部DG的控制需要满足以下三个需求：第一，所有DG供能总和应能满足网内负荷需要，由此可以避免DG间通过容量大小分担负荷而造成的设备损坏。第二，有DG能够采用电压控制来保证所有线路电压值在范围内。第三，所有DG必须同步并提供微电网的频率控制。根据两种运行模式下的不同的控制方法，为保证微电网的正常运行，每个DG都带有快速可靠的孤岛检测技术也十分重要。

为保证故障清除后微电网重新稳定并入大电网，微电网还需要有再同步技术。由于孤岛模式下微电网侧的PCC终端电压幅值，频率和相角，可能与大电网侧的终端值不同。所以，在闭合开关前就需要采用再同步技术，再同步技术是为了保证重新联网时的平滑过渡。

最后，保护是微电网另一个十分重要的问题。无论是大电网侧或是微电网内部发生故障，微电网都需要能够快速响应于新的保护方案以及配合方法，这是因为：（1）传统的分布式系统保护可能由于微电网的放射状结构发生变化而退出。

（2）电力电子器件在DG中的使用，限流幅值通常只有额定电流的2-3倍，传统

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊的过电流保护方法不再适合于微电网。

（3）传统的保护由于分布式电源的接入受到严重的影响，每个DG都可能增加故障电流大小。总之，微电网的保护需要重新配置并且故障电流需要重新计算和估计。

2.2 微电源的分类及控制原理

2.2.1 微电源的分类

微电源是微网的重要组成部分，它的实现基础是电力电子技术，各种微电源接入大都是通过逆变器联接的，响应时间都在毫秒级。控制方式既可以依靠本地信息，也可以借助于通信手段。这些微电源按照并网方式的不同可以分为三大类。

（1）直流电源，如燃料电池、光伏电池、直流风机等。其并网方式如图2-2所示。

直流升压逆变器滤波交流母线U dc

图2-2 直流逆变型电源并网示意图

（2）交直交电源，如微型燃气轮机、变速恒频风机等某些发电形式虽为交流，但不为工频或不恒为工频的微源。其并网方式如图2-3所示。

整流器逆变器滤波交流母线U dc

图2-3 交直交逆变型电源并网示意图

（3）工频交流电源，如小水电机组、柴油发电机、小风机等。由于这类电源没有电力电子接口，采取直接并网方式，不具快速调节能力，所以在微电网中较少出现。

后文中将以上前两种电源统称为逆变器接口的分布式电源

(Inverter-Interfaced Distributed Generators)，简称IBDG 。

2.2.2 逆变型分布式电源的工作原理

如图2-4所示为三相电压型逆变器的并网拓扑电路，三相逆变器将等效后的微电

源直流输出电压

V逆变为三相交流电，经过LC滤波后输送到负荷端。其中，

L、

C、1

R为滤波器参数，

R、

L为线路参数，

u为逆变器的输出电压，

u为负载的端电压，1

i为流过电感

L的电流，

i为电容

C中流过的电流，

i为流向负载和电网的电流之和。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

V dc380V

电网

S3S5

S4S6S2

u1a

u1b

u1c

i2a

u2a

i1b

i1c

i2b i2c

i3a

i3b

i3c

u2b

u2c

R3L3

i1a

图2-4 三相逆变器并网拓扑电路

典型逆变器的控制方案如图2-5所示，两个级联的控制回路分别为相位控制和幅值控制。它们将现场采集信息和控制信号作为输入，根据相应的控制策略，为 PWM 控制提供输入，以此来使逆变桥产生阀触发脉冲。

相位控制

幅值控制

PWM控制

幅值基准

相位基准

触发脉冲

逆变桥

图2-5 逆变器的控制方案

2.2.3 逆变型分布式电源的控制方法

常见的微电源接口逆变器控制方法有恒功率(PQ)控制和恒压恒频(V/f)控制。

1) PQ控制

对于风能、太阳能等发电形式，其输出功率具有波动性和间歇性特点，受天气影响很大。这类电源一般采用PQ控制策略，即跟踪目标的最大功率输出，通过并网逆变器控制电流波形和输出功率，使其向电网输送的功率与电动机或者光伏阵列所发出的最大功率相平衡，以保证可再生能源能够达到最大的利用率。

下面就说明一下PQ控制的原理：PQ控制是通过有功和无功电流的调节，令其跟

踪参考电流而实现。逆变器三相对称系统中，并网基波电压为

u，相电压幅值为

U，则有：

┊

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

)

cos(

)

cos(

)

cos(

（2-1）从静止abc坐标系到旋转dq坐标系的变换(称为Park变换，或dq变换)：

→

)

sin(

)

sin(

)

sin(

)

cos(

)

cos(

)

cos(

abc

（2-2）

对

u进行dq变换可得：

→0

abc

（2-3）

可以看出三相电压在静止abc坐标系下是耦合的，但是在旋转dq坐标下，d 轴

分量和q轴分量不相耦合，并且

u为一个常数，

u=0。

逆变器输出电流i，经过dq变换后得d轴和q轴电流分别是

i、

i。由于

u = 0，

所以当设定逆变器输出有功功率

ref

P和无功

ref

Q，则逆变器输出参考电流为

ref

qref

ref

dref

（2-4）

由式可以看出，有功功率P由

i决定，无功功率Q由

i决定，把逆变器输出功率

的控制问题转化成对电流的控制问题，其控制原理如图2-6所示，经过dq0坐标转换，

对功率进行解耦后，将实际测量的功率值与给定值相比较，经过PI控制器实现无差

控制。

P iref

Q iref

-1

abc/dq0

V fabc

abc/dq01/(Ls+R)

abc/dq0w

V id

V iq

I fq

I fd

V fabc

V abc I fabc -

图2-6 逆变器PQ控制图

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

PQ控制方式适用于微电网联网运行方式，当微电网断开PCC开关运行时，PQ控

制下的微电源不能维持电压频率的稳定，系统将会瓦解。

2) V/f控制

通常V/f控制方式用于微电网孤岛运行时的逆变电源。在该状态下，微电网中必

须至少有一个DG作为主控电源，为整个独立的微电网提供电压和频率的参考值，来

保证电压和频率始终运行在一定水平。V/f控制方式的实质是不论逆变电源输出功率

如何变化，逆变器输出的电压幅值和频率一直维持不变。但由于孤岛容量有限，一旦

出现功率缺额，必须要切除次要负荷才能保证重要负荷继续工作。因此V/f控制方式

应具有较高的动态响应性能，能更快响应跟踪负荷投切，保证逆变器输出电压稳定。

为了解决这一问题，V/f控制采用电压电流双环控制，能利用逆变器反馈电压以调节

交流侧电压来保证输出电压的稳定，不仅使逆变器控制系统的带宽增大，加快了逆变

器的动态响应，并使其对非线性负载扰动的适应能力加强了。V/f控制方式结构如图

2-7所示。

PQ计算

abc

三角载波

PWM

abc

E ref

i d

i q

Q ref

P i dref

i qref

v d

v q

电压

输出a e b e c

i a i b i c

f ref

图2-7 典型 V/f 控制器结构

2.3 逆变型分布式电源的故障输出特性分析

2.3.1 逆变型分布式电源的模型简化

通常，在IBDG逆变器前的直流母线上都接有电容，该电容在暂态时可以提供电

能，相当于同步发电机的转轴提供的旋转储能维持暂态能量平衡。由于电容的储能作

用，直流侧母线电压不易发生突变。因此，在研究逆变型分布式电源时，在模型中可

以忽略发电机部分的影响而不失一般性。以直流-交流的并网方式为例，其模型简化

如图2-8所示。该图显示了发电机、直流升压模块可以用一个直流电压源进行取代。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊由于椭圆形虚线括起的两部分的外部表现基本相同，因此这种简化是合理的。

发电机

直流升压储能电容交流接口

交流接口

直流电源

图2-8 IBDG的模型简化

图2-11中逆变器与系统间的连接电抗X主要是由滤波器电抗和变压器（假设逆变器经变压器接入电网）的漏电抗组成。

2.3.2 恒压恒频控制下IBDG的故障输出特性分析

本节以如图2-9所示的等效电路，以恒压恒频控制的IBDG单独供电的系统为例，进行不同类型故障的理论分析。

逆变器出口

U I

Load

Z+

Line

Z+

IBDG

图2-9 IBDG 故障分析等效电路

图2-9中，

U为逆变器出口电压，U、I为保护安装点电压和电流，X、

Line

Z和

Load

分别为连接电抗、输电线路和负载的等效阻抗。

1) 三相短路故障

当系统中发生三相短路故障时，由于各相对称，因此可简化为单相电路进行分析。正常运行时，IBDG出口保护安装点的电压、电流及IBDG输出功率如式（2-5）所示。

Load

Line

)

(

（2-5）当线路末端发生三相金属性接地故障时，IBDG出口电压、电流及功率关系如式（2-6）。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

Line

（2-6）

可见，由于故障后系统阻抗由（

Line

Load

Z+）减小至

Line

Z，采用恒压恒频控制的IBDG为了保证出口母线电压U不变将增大输出电流至I，其输出功率也会随电流的增大而上升至S'。

故障点越接近分布式电源，则系统等效阻抗越小，输出电流越大，输出功率也越

大。当输出功率达到极限后，电压、电流与功率的关系如式（2-7）所示，式中

Z为电源出口至故障点间等效阻抗。

max

（2-7）

可见，当输出功率达到极限

max

S后，作为微电网能量平衡的调节器，IBDG将无

法继续维持恒压恒频控制，导致出口电压下降。等效阻抗

Z越小，出口电压越小，电流越大。

为了保障电力电子器件运行的安全性和稳定性，在逆变器的控制装置中，大都设有一个电流限制装置。一般当输出电流达到所设极限后，将不再增大。此时，IBDG

的输出功率

max

S?'

=将随着出口电压的跌落而下降。

综上所述，当发生三相金属性接地故障时，恒压恒频控制下IBDG的故障特性随着故障严重程度的不同，可以分为三段定量关系：

（1）在输出视在功率达到极限之前满足：)

(

max

=，IBDG表现为一恒压恒频电源，输出功率随电流的增大而增大。

（2）在输出视在功率达到极限之后，输出电流达到极限之前满足：

)

(

max

=，IBDG表现为一恒功率源。

（3）在输出电流达到极限之后，满足：

max

，IBDG表现为恒流源。

由于在第(2)、(3)的故障特性下，IBDG出口电压会有大幅度的跌落，分布式电源自身的低电压保护将迅速动作使其退出运行。因此，在后续分析中，将主要针对第

(1)段故障特性，假定恒压恒频控制的IBDG为一恒压源。

2) 不对称故障

当系统发生单相接地短路、两相相间短路或两相短路接地等类型的不对称故障时，由于系统的对称性受到破坏，网络中会出现不对称的电流和电压。在分析过程中，常采用对称分量法将不对称的三相电流和电压各自分解为三组分别对称的正、负、零序分量，再利用线性电路的迭加原理，对正、负、零序分量分别按对称三相电路进行求解，最后将其结果进行迭加。通常取A相作为基准项，其对称分量与三相向量之间的关系为：

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

（2-8）式中

120

a=，并且0

12=

a，1

a；正序分量

F的三相幅值分别相等，相位彼此之间相差3

2π，相序为顺时针方向；负序分量

F的三相幅值也相等，相位彼此之间相差3

2π，相序与正序恰好相反；零序分量

F的三相幅值相等，相位相同。

在正常运行的情况下，由于IBDG 控制器中的PWM控制脉冲的发生是按对称方式

发送的，它产生波形的幅值和直流侧的电容电压有关。设

U为直流侧电容电压，逆

变器输出三相电压瞬时值分别为

u、

u，他们之间的关系如式(2-9)所示。其中，K 为常数，称作逆变器的调制比，与IBDG电路主结构和电压脉宽有关，δ为IBDG输出电压和同步电压参考值之间的夹角。

)

120

cos(

)

120

cos(

)

cos(

（2-9）

在系统发生不对称故障的情况下，IBDG中会流过负序、零序电流。通常情况下，由于IBDG直流侧并联的电容容量有限，不对称电流的流过会对直流侧的电压产生影响。零序电流与 IBDG输出的正序电压相乘得到的三相瞬时功率和为零，所以它对直流侧电压没有影响。但是对于负序电流来说，它与IBDG输出的正序电压相乘，计算得到三相瞬时功率之和将会为一个二倍工频的波动频率。它会影响到IBDG 有限容量的直流电容电压，会使直流侧电压产生一个二倍工频的扰动，该结论在众多文献中得到推导和论证12，并且有文献进行了仿真和实验验证13。

直流侧电容电压在考虑电容电压二倍频波动后表示为：

)

γ+

'wt

（2-10）

式中

U为电容的直流分量，

为二倍频扰动的电压幅值，γ为初相角。将式(2-10)代入式(2-9)，得到在不对称故障情况下IBDG出口三相电压的瞬时值表达式，如式(2-11)所示。

┊┊┊┊┊┊┊┊

┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

)

120

cos(

)

120

cos(

)

120

cos(

)

120

cos(

)

120

cos(

)

120

cos(

)

cos(

)

cos(

)

cos(

(2-11)

可以看出，因为逆变器直流侧的电容电压二倍频扰动的存在，使得PWM输出的瞬时电势中除了含有基频正序量（第一项）、基频负序量（第二项），还产生了三倍频正序量，故此时IBDG还由一个负序源和三次谐波源组成。以两倍工频频率波动的直流侧电容电压的幅值与直流源的大小以及并联电容的容值相关，电容越大，直流侧的电压越稳定，同时二倍频波动幅度越小。实际的运用中，通常采用硬件和软件两种方式来减小直流侧电容电压的波动：在控制环节中加入低通滤波器，在功率控制环中采用积分平均值的算法，都能够有效的抑制二倍频波动电压的幅值，减少IBDG输出的负序和三次谐波分量，使其幅值的数量级与高次谐波接近。

基于以上分析表明，在不对称短路故障下，研究IBDG的输出特性，可以忽略其输出电压中的负序分量和三倍频量的影响，将其近似等效为只包含基频正序量的电压源。所以，从系统侧看进去，IBDG出口对系统零序、负序电压相当于短路，所以认为IBDG的零序、负序内阻等于逆变器与系统间的连接电抗X。

以两相相间短路为例，如图2-10所示的三相电路中，当k点发生两相相间短路时，相对应的序网络等值电路如图2-11所示，

U为相间短路时IBDG出口处的正序等效电动势。

IBDG

Load

Line

图2-10 BC 相间短路电路图

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

Line

Load

I 1L

Line

Load

I 2L

Line

Load

I 0L

图2-11 序网络等效电路图

BC 相间短路的边界条件为

（2-12）将式(2-12)代入式(2-8)，可以得到用序分量表示的短路边界条件为：

（2-13）

由上式可以看出，两相相间短路时，没有零序网络，满足此边界条件的复合序网如图2-12所示。

Line

Load

Line

Load

图2-12 BC相间短路复合序网

由于恒压恒频控制，故障前后IBDG的输出电压

U恒定，在系统阻抗已知的情况下，可以求得故障后的正序电流（线路与负载的正、负序等效阻抗相等）：

Load

Line

Load

Line Z

)

(

（2-14）

可见，由于负序网络的并联导致系统总阻抗减小，正序电流较正常运行时有所增加。

IBDG 流过的负序电流有：

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

Load

Line

Load

=（2-15）由式（2-15），故障后IBDG会流过较大的负序电流。这是因为IBDG的逆变器出

口对负序电压短路，当系统发生不对称故障时，只有连接电抗X以及IBDG到故障点

间的线路阻抗

Line

Z对负序电流起限流作用，因此很容易在IBDG中产生负序过电流。

同时，IBDG出口保护安装点的负序电压为：

Load

Line

Load

（2-16）

由于 IBDG 的逆变器出口对负序电压短路，保护安装点采集到的负序电压是负序

电流在连接电抗X上的压降。然而，相较于线路阻抗

Line

Z及负荷等效阻抗

Load

Z，IBDG 的连接电抗X很小，因此当系统中发生不对称短路故障后IBDG出口采集到的负序电压也很小（对于其它类型的不对称短路故障，零序电压也有相同的结论）。

综上所述，当系统发生不对称短路故障后，采用恒压恒频控制IBDG出口的正序电压保持不变，正序电流增大，同时出现明显的负序电流。由于IBDG本身结构的关系，其零、负序电压不明显。

2.3.3 恒功率控制下IBDG 的故障输出特性分析

由于恒功率控制与恒压恒频控制不同，其目的是使IBDG输出的恒定的有功功率和无功功率，不能够维持系统的电压和频率，因此在孤岛运行下，恒功率控制的 IBDG 不能单独带负荷运行，需要恒压恒频控制的 IBDG 配合为系统供电。

此处为了简化理论分析，仍以图2-14所示的IBDG单独供电系统，对恒功率控制的故障输出特性进行分析如下。

1)三相短路故障

在研究三相短路故障下恒功率控制IBDG的输出特性时，与上节相似，仍采用单相电路进行分析。

正常运行时，IBDG的输出功率如式（2-17）所示。

)

(

Load

Line

S+

=（2-17）线路末端有三相金属性接地故障发生时，逆变器出口端的电压、电流和功率之间的关系如式(2-18)。

Line

=（2-18）

可知，因为故障后的系统阻抗由（

Load

Line

Z+）减小为

Line

Z，PQ 控制下的IBDG 将增大输出电流I为I'来保持输出功率不变，同时，出口电压U降低为U'。故障点越靠近分布式电源，系统的等值阻抗越小，电压就越低，电流输出值就越大。当输出电流达到IBDG的设定极限值之后将不再增加。

分布式能源与微电网技术

分布式能源与微电网技术摘要：在现代城市化进程加快发展下，能源需求量逐渐增长。分布式能源和微电网技术能促进城市的绿色化和清洁能源的应用，达到节能减排的目的，也能为现代智能电网建设提供有效依据，保证电网的安全与稳定。关键词：分布式；能源；微电网技术在中国经济快速提升下，工业化和城镇化进程加快发展，其存在的能源安全问题更为突出。尤其是二氧化碳带来的全球变暖问题，引起社会的关注。在该发展背景下，对城市的建设思想和发展模式有序转变，加大力度引进风力发电、太阳能发电模式等，促进整体的规模化发展。一、分布式能源和微电网技术的研究意义第一，加强对分布式能源和微电网技术的研究，能确保清洁能源的有效应用。基于太阳能、风能等多个形式清洁能源的应用，能保证能源的灵活接入和智能化控制，将其应用到智能终端进行消费，促使低碳城市建设目标的实现。第二，加强对分布式能源和微电网技术的研究，也能提升总体的供电可靠性。基于分布式发电的投入以及微网的统一管理，在先进系统和设备下，为电网运行提供强大保障，促使电能质量更可靠。第三，分布式能源和微电网技术的研究，也能为其提供双向互动用电服务模式。基于微网、智能家居和分布式发电，能为系统提供统一接口，维护用户和电网之间的相互沟通和交流，也能使用户获得新的体验。加强对分布式能源和微电网技术的研究，将其作为智能电网建设中的主要部分，是新时期建设与发展下的主要模式，也承担者社会建设职责。其中的分布式能源，在智能集成模式下，能保证接入系统的安全与可靠，也能确保微网更灵活。所以，加强对分布式能源和微电网技术的应用，是城市绿色、清洁能源推动和应用的主要条件，在节能减排工作中，将其渗透到工作中，对电网的安全运行也具备十分重要的作用[1]。二、分布式能源和微电网技术的关键（一）容量配置清洁能源具备明显的间歇式能源特点，受到天气情况影响较大，电能的输出波动大。基于对分布式能源和微电网技术的应用，能够在各个单位组成模式下，对其容量有效配置，确保风能、太阳能相互应用，发电单位和储能单元之间也能互补。在整个分布式能源和微电网中，结合时间功率，为其输出曲线，也能避对电网产生的影响。通过对储能系统应用，对分布式能源和微电网技术有效调度，以达到清洁能源的充分应用。比如：储能电池，能对分布式能源生产中存在的问题有效解决，尤其是在较小负荷下，达到电能的储存目的。如果负荷较大，将释放电能，保证系统的科学稳定运行。如：将储存电池和系统交流侧进行链接，基于储能单元和发电单元的协调，为其提供对平滑分布式能源的波动，避免给电力系统带来较大冲击，维护其稳定性。储能电池也能对当地的交流负荷需要无功功率、负荷电流谐波的获取，以免电压波动、闪变现象的发生，这样才能达到有效的节能效率[2]。（二）接入方式结合当前的建设标准和规程，需要在谐波、电压波动和电压不平衡度上给予全面控制和探讨，也要为分布式能源和微电网技术的应用提出合理对策。分布式能源和微电网利用分布发电和集中并网接入方式来实现。集中并网多为直流母线汇流、各个发电单元在电能控制模式下，将其转变为直流母线。基于逆变器，将

微电网并离网控制策略研究及实现

微电网并离网控制策略研究及实现任洛卿，唐成虹，王劲松，黄琦南瑞集团公司（国网电力科学研究院）, 江苏省南京市211106 The Research and Implementation of Micro-grid's Grid-connected & Off-Grid Control Strategy Ren Luoqing, Tang Chenghong, Wang Jinsong, Huang Qi NARI Group(SGEPRI), Nanjing, Jiangsu 210003 ABSTRACT: This paper analyzes the network structure and operation modes of micro-grid and proposes a method of grid-connected & off-grid control strategy, which is based on fast fault detection and pattern recognition. Improved half-wave Fourier algorithm is used to carry out fast protection computation of the characteristic value so as to implement fast fault detection. The characteristic value is described by logical expressions and its real-time value is used to identify the current running mode and as the criterion to implement smooth switching control between the grid-connected mode and off-grid mode. So far, this method has been successfully applied in Luxi island micro-grid demonstration project. KEY WORD: micro-grid; fast fault detection; pattern recognition; coordinated control strategy 摘要: 本文对微电网组成结构及运行模式进行分析研究，提出了故障快速检测和运行模式识别的微电网并离网控制策略方案。故障快速检测以改进的半波傅里叶计算为基础，通过对微电网特征量的快速保护运算，实现故障的快速检测。微电网并离网平滑切换控制实现方法，将微电网特征量以逻辑表达式的形式进行描述，通过读取微电网特征变量实时值，识别出微电网当前运行模式，实现微电网并离网平滑切换。目前该方法已经成功应用于鹿西岛微电网示范工程。关键词: 微电网；故障快速检测；模式识别；协调控制策略 1 引言微电网由分布式发电、负荷、储能等部分组成，一般与中低压配电网相连，是一种可以运行在并网模式或离网模式的小型配电网系统。随着分布式发电技术的发展，分布式电源数量快速增长。智能微源、节能降耗、提高供电质量的目的[1]，因此微电网是处理大规模分布式发电接入电网的必然选择，微电网技术的发展对未来坚强电网的发展起着至关重要的作用[2-3]。微电网有并网和离网两种状态。当电网发生故障时，微电网可离网运行，进入独立的孤岛状态。然而在微电网的发展中，微电网的运行控制尤其是并离网切换控制具有一定的难度。当电网发生故障时，分布式发电和储能设备的电力输出与实际负荷的电力需求很可能不平衡，造成大量电能缺额或电能过剩。此时需要迅速进行判断并进行相应的调节控制，使微电网能够平滑切换至离网状态运行。现有的微电网并离网切换控制装置一般是针对特定并网方式设计，而离网控制操作过程需要人工参与[4-6]，无法自动适应微电网运行方式，很难做到并离网平滑切换控制。因此，研究微电网并离网平滑切换控制策略实现方法[7-12]是保证微电网安全高效运行的迫切需求。本文对智能微电网的并离网控制策略进行了研究，提出了包括基于快速保护运算的故障检测技术和基于模式自识别的协调控制方法。这些新技术组成的微电网并离网控制策略，使微电网可以在并网和离网模式间实现平滑切换，同时保证重要负荷的持续供电。 2 快速故障检测技术快速的故障判断是微电网的并离网切换控制的重要基础，而更快速的故障判断需要在更短时间内完成保护量的运算。传统的全波傅里叶变换是电力系统中经常使用的保护计算方法。传统计算方法公式如下： N -1 电网作为智能电网的重要部分，能灵活有效地运用分布式发电和储能设备，达到最大化接纳分布式电 2 a n =x n N =0 sin(nπ 2π ) N 4∑ N

(整理)微电网并网系统的控制器的设计与分析

题目：微电网并网系统的控制器的设计与分析学院：电气工程学院专业:电力电子与电力传动学号：S130******** 姓名：唐福顺

摘要 ——这篇文章主要讲述了微电网并网控制器的设计与分析。控制器包括对于每个分布式电源的内部电压和电流环控制环和外部控制功率均分以及控制由并网转为孤岛运行模式下的功率分配问题的外部有功无功控制环。控制器还包括同步算法来确保当故障清除后平滑的自动并网。通过控制器的合理搭建，可以实现系统可以在并网和孤岛模式转换过程中并不影响外界的负荷。并且通过仿真和实验验证了这一结论。引言近年来，越来越多的新能源或者是微能源例如光伏，小型风机，燃料电池开始以分布式电源的形式并入大电网。随着分布式电源的发展，包含着许多系统化的分布式电源的微电网这个概念随之产生。与传统的集中式电源相比，微电网可以在并网和孤岛两种模式下运行，因而提高了系统的稳定性和电源质量。额外它还包含了所有单个微电网系统的优点。为了更好地控制微电网，在并网和孤岛运行模式下我们采用外部了功率环和内部电压环双重控制。这些控制算法应该在各个并联的分布式电源之间没有信息连接，可以分开单独控制。因此，每一个分布式电源的控制算法应该只使用自己当地能测量到的变量进行反馈。还有，我们还期望当大电网出现故障离网时，各个分布式电源之间能够迅速反应来合理的分配自己的输出功率来保证功率平衡以及当故障清除后微电网和大电网的再次同步运行然后平滑并网。为了实现上述性能，本文对各个分布式电源采用一种统一的控制器设计方法。即，在控制输出电压的前提下，设计控制器控制功率环，它能够控制并网模式下的功率流动，能够保证在孤岛模式下使各个分布式电源有功和无功的合理分配，以及在再次并网之前实现微电网和大电网的再同步。这种控制器响应迅速，并且保证微电网能够在并网和孤岛两种模式下平滑转换并且不影响与其相连接的负载。通过仿真和实验验证了这种控制器设计具有良好的效果。系统配置 Fig1展示了本文的微电网配置图，这里采用了两个并联的分布式电源DG1和DG2.每个分布式电源由直流源、ＰＷＭ控制的电压源型逆变器以及LC滤波器。在正常的运行模式下，微电网通过STS（静态转换开关）在PCC点处与大电网相连接。在这种模式下，两个分布式电源来提供对负载123的功率和电压支持，这种配置减少了大电网的负担和大电网的功率传送并且提高了负荷的对大电网扰动的抗干扰能力。 Fig 1 微电网的配置当大电网出现故障时，在半个周期内STS打开来断开微电网和大电网之间的连接，那么这

新能源微电网技术条件

附件1：新能源微电网技术条件一、联网微电网联网微电网是解决波动性可再生电力高比例接入配电网的有效方案。相对于不带储能的简单可再生能源分布式并网发电系统具有如下功能和优势： 1、通过微电网形式可以有效提高波动性可再生能源接入配电网的比例，功率渗透率（微电网额定装机功率与峰值负荷功率的比值）可以做到100%以上，此次申报项目原则上要求做到50%以上； 2、微电网具备很强的调节能力，能够与公共电网友好互动，平抑可再生能源波动性，消减电网峰谷差，替代或部分替代调峰电源，能接受和执行电网调度指令； 3、与公共电网联网运行时，并网点的交换功率和交换时段可控，且有利于微电网内电压和频率的控制； 4、在微电网自发自用电量效益高于从电网购电时，或在公共电网不允许“逆功率”情况下，可以有效提高自发自用电量的比例，避免损失可再生能源发电量，提高效益；当公共电网发生故障时，可以全部或部分孤岛运行，保障本地全部负荷或重要负荷的连续供电； 5、延缓公共电网改造，不增加甚至减少电网备用容量； 6、在电网末端可以提高供电可靠性率，改善供电电能质量，延缓电网（如海缆）改造扩容，节约电网改造投资；

7、与其它清洁能源（如CHP）和可再生能源不同利用形式结合，可以同时解决当地热水、供热、供冷和炊事用能问题。主要技术条件 1、与公共配电网具有单一并网点，应能实现联网和孤岛2种运行模式，根据所在地区资源特点、负荷特性以及电网需求和架构，可以具备上节联网微电网的一种或多种功能。 2、微电网接入110kV公共配电网，并网点的交换功率应≤40MW，微电网接入35kV公共配电网，并网点的交换功率应≤20MW，微电网接入10kV公共配电网，并网点的交换功率应≤6MW，微电网接入400V公共配电网，并网点的交换功率应≤500kW； 3、储能装置的有效容量由所希望实现的功能、负荷的日分布特性、孤岛运行时间以及电网调峰需求决定，应根据实际情况设计； 4、在具备天然气资源的条件下，可应用天然气分布式能源系统，作为微电网快速调节电源，为消纳高比例、大规模可再生能源发电提供快速调节能力； 5、具有从发电到用电的智能能量管理系统，具有用户用能信息采集功能和远程通信接口； 6、微电网与公共配电网并网，应符合分布式发电接入电力系统的相关技术规定；微电网供电范围内的供电安全和电能质量亦应符合相关电力标准。

分布式发电与微电网

分布式发电与微电网一、分布式发电分布式发电技术是充分开发和利用可再生能源的理想发生，它具有投资小、清洁环保、供电可靠和发电方式灵活等优点，可以对未来大电网提供有力补充和有效支撑，是未来电力系统的重要发展趋势之一。（一）分布式发电的基本概念分布式发电目前尚未有统一定义，一般认为，分布式发电（Distributed Generation, DG）指为满足终端用户的特殊要求、接在用户侧附近大的小型发电系统。分布式电源（Distributed Resource, DG）指分布式发电与储能装置（Energy Storage，ES）的联合系统（DR=DG+ES）。它们规模一般不大，通常为几十千瓦至几十兆瓦，所用的能源包括天然气（含煤气层、沼气）、太阳能、生物质能、氢能、风能、小水电等洁净能源或可再生能源；而储能装置主要为蓄电池，还可能采用超级电容、飞轮储能等。此外，为了提高能源的利用效率，同时降低成本往往采用冷、热、电联供（Combined Cooling、Heat and Power, CCHP）的方式或热电联产（Combined Heat and Power, CHP 或Co-generation）的方式。因此，国内外也常常将冷、热、电等各种能源一起供应的系统称为分布式能源（Distributed Energy Resource, DER）系统，而将包含分布式能源在内是电力系统称为分布式能源电力系统。由于能够大幅提高能源利用效率、节能、多样化地利用各种清洁和可再生能源。未来分布式能源系统是应用将会越来越广泛。分布式发电直接接入配电系统（380V或10kV配电系统，一般低于66kV电压等级）并网运行较为多见，但也有直接向负荷供电而不与电力系统相联，形成独立供电系统（Stand-alone System），或形成所谓的孤岛运行方式（Islanding Operation Mode）。采用并网方式运行，一般不需要储能系统，但采取独立（无电网孤岛）运行方式时，为保持小型供电系统的频率和电压稳定，储能系统往往是必不可少的。由于这种发电技术正处于发展过程，因此在概念和名称术语是叙述和采用上尚未完全统一。CIGRE欧洲工作组WG37-33将分布式电源定义为：不受供电调度部门的控制、与77kV以下电压等级电网联网、容量在100MW以下的发电系统。英国则采用“嵌入式发电”（Embedded Generation）的术语，但文献中较少使用。此外，有的国外文献和教科书将容量更小、分布更为分散的（如小型用户屋顶光伏发电及小型户用燃料电池发电等）称为分散发电（Dispersed Generation）。本节所采用的DG和DR的术语，与

园区微电网方案资料

园区微电网建设方案杭州品联科技有限公司 2017.3

一．项目背景园区工程建设项目-智能微电网示范与研发中心，将充分利用园区内楼顶及空地安装一定容量的光伏发电与风力发电系统，并接入燃气轮机，储能装置，电动汽车充电站，模拟柴油发电系统，与大电网一起为园区内负荷供电，同时在研究生宿舍楼建设智能用电系统实现智能用电双向互动。本方案将根据园区建设的实际情况，利用自身优势，搭建一套功能完善的微电网系统，以现实光伏，风力再生能源的最大化利用，节约储能系统建设成本，使得分布式可再生能源发电系统与整个园区内的配电网络协调运行。改姓名集工程开放性，应用示范性，技术研发性和科普展示性于一体。智能微电网示范与研发中心建设的主要内容包括： 1）新能源发电系统：本示范与研发中心将以光伏发电为主，并包含风力发电及燃气轮等新型能源，最终形成一个含多种分布式能源的微电网系统。 2）多种储能系统：本项目将建设综合铅酸蓄电池，铅酸铁锂电池，超级电容等多种形式的储能系统，保障微电网示范平台的安全可靠性，并实现电力削峰填谷及经济运行。 3）模拟柴油发电系统：本项目将选用一台50KW的模拟柴油发电机，布置于地下停车场。 4）电动汽车充电示范平台：建设一定规模的电动汽车充电设施，主要应用于小型车辆充电，且具备V2G扩展功能，后期实现能量的双向流动。 5）智能用电系统：以园区公寓为对象，对现有标计进行改造，运用用电采集器进行信息采集，通过用电能量管理系统，实现供电与用户的双向互动及用电能效的最优。通过该平台的建设，希望实现以下功能：（1）实现光伏发电，风力发电、燃气轮机等分布式电源以及储能，电动汽车能量转换单元等关键技术与设备的示范与应用，并开展如下技术研究： 1）分布式电源与能量转换单元的布局优化、选型与结构设计；

基于虚拟同步发电机思想的微电网逆变电源控制策略

基于虚拟同步发电机思想的微电网逆变电源控制策略作者：丁明，杨向真，苏建徽， DING Ming， YANG Xiangzhen， SU Jianhui 作者单位：合肥工业大学教育部光伏系统工程研究中心,安徽省合肥市,230009 刊名：电力系统自动化英文刊名：AUTOMATION OF ELECTRIC POWER SYSTEMS 年，卷(期)：2009,33(8) 被引用次数：12次参考文献(14条) https://www.wendangku.net/doc/aa5162925.html,SSETTER R;AKHIL A;MARNAY C Integration of distributed energy resources.,the CERTS microgrid concept 2008 2.FIRESTONE R;MARNAY C Energy manager design for microgrids 2008 3.WANG Zhutian;HUANG Xinhong;JIANG Jin Design and implementation of a control system for a microgrid involving a fuel cell power module 2007 4.KATIRAEI F;IRAVANI R;HATZIARGYRIOU N Microgrids management 2008(03) 5.KROPOSKI B;LASSETER R;ISE T Making microgrids work 2008(03) 6.BARSALI S;CERAOLO M;PELACCHI P Control techniques of dispersed generators to improve the continuity of electricity 2002 7.LOPES J A P;MOREIRA C L;MADUREIRA A G Defining control strategies for microgrids islanded operation[外文期刊] 2006(02) 8.CONTI S;GRECO A M;MESSINA N Generators control systems in intentionally islanded MV microgrids 2008 9.LOPES J A P;MOREIRA C L;MADUREIRA A G Control strategies for microgrids emergency operation 2005 10.何仰赞;温增银电力系统分析 2002 11.李光琦电力系统暂态分析 1995 12.王兆安;黄俊电力电子技术 2005 13.刘维烈电力系统调频与自动发电控制 2006 14.孙莹;王葵电力系统自动化 2004 引证文献(12条) 1.时珊珊.鲁宗相.闵勇.王阳无差调频过程中微电源功率分配策略设计[期刊论文]-电力系统自动化 2011(19) 2.杨浩.牛强.吴迎霞.罗建.张磊.江宇飞负荷中心含微电网的小干扰电压稳定性分析[期刊论文]-电力系统保护与控制 2010(18) 3.郑竞宏.王燕廷.李兴旺.王忠军.王小宇.朱守真微电网平滑切换控制方法及策略[期刊论文]-电力系统自动化2011(18) 4.余宏桥.陈水明微电网中合闸空载电缆时的过电压[期刊论文]-电力系统自动化 2010(6) 5.陈卫民.汪伟.蔡慧一种智能型光伏发电逆变器设计[期刊论文]-中国计量学院学报 2009(4) 6.时珊珊.鲁宗相.闵勇.王阳微电网孤网运行时的频率特性分析[期刊论文]-电力系统自动化 2011(9) 7.苏建徽.汪长亮基于虚拟同步发电机的微电网逆变器[期刊论文]-电工电能新技术 2010(3) 8.彭铖.刘建华.潘莉丽基于虚拟同步电机原理的微网逆变器控制及其仿真分析[期刊论文]-电力科学与技术学报

微电网控制与保护学习心得

微电网控制与保护学习心得摘要：本文介绍了文献查阅后总结的微电网的基本知识和微电网控制与保护相关的一些问题。微电网的出现协调了大电网与分布式电源的矛盾，对大电网表现为单一的受控单元，对用户则表现为可定制的电源，可以提高本地供电可靠性，降低馈线损耗。但是目前我国微电网的发展尚处于起步阶段，还有很多问题有待研究。微电网的保护和控制问题是目前分布式发电供能系统广泛应用的主要技术瓶颈之一。微电网的保护既要克服微电网接入对传统配电系统保护带来的影响，又要满足含微网配电系统对保护提出的新要求，这方面的研究是保证分布式发电供能系统可靠运行的关键。文中提出了一些现有的文献中提及的微电网继电保护方法和保护方案。关键词：微电网；控制；保护；分布式发电 Abstracts：This article describes the literature review after the conclusion of the basics of micro grid and micro grid control and protection-related problems. The emergence of micro-coordination of a large power grid and distributed power conflicts, the performance of a single large power controlled unit, users can customize the performance of the power supply, can improve local supply reliability and reduce feeder loss. But at present, the development of micro-grid is still in its infancy, there are many problems to be studied. Microgrid protection and control of distributed power generation is widely used for energy systems one of the main technical bottlenecks. Microgrid protection is necessary to overcome the Microgrid access to protect the traditional distribution system impact, but also to meet with micro network distribution system to protect the new requirements, this research is to ensure that distributed generation energy supply system reliable operation of the key. This paper presents some of the existing literature mentioned methods and microgrid relay protection scheme. Key Words：Microgrid; Control; Protection; Distributed Power Generation 一、微电网基本知识当前电力系统已成为集中发电、远距离高压输电的大型互联网络系统。随着电网规模的不断扩大，超大规模电力系统的弊端也日益凸现，如运行难度大、难以满足用户越来越高的可靠性及多样化用电需求等。近年来世界范围内的大面积停电事故，充分暴露了大电网的脆弱性。鉴于上述问题，国内外学者开始广泛研究分布式发电技术。分布式发电是指直接布置在配电网或分布在负荷附近的发电设施，能够经济、高效、可靠地发电。分布式电源位置灵活、分散，能与大电网互为备用，在一定程度上分担了输电网从电厂向用户远距离和大功率输电的功能。经过20 多年的发展，分布式发电已成为一股影响电力工业未来面貌的重要力量。 1) 应对全球能源危机的需要。随着国际油价的不断飙升，能源安全问题日益突出，为了实现可持续发展，人们的目光转向了可再生能源，因此，风力发电、太阳能发电等备受关注，快速发展并开始规模化商业应用，而这些可再生能源的发电大都是小型的、星罗棋布的。 2) 保护环境的需要。CO2 排放引起的全球气候变暖问题，已引起各国政府的高度重视，并成为当今世界政治的核心议题之一。为保护环境，世界上工业发达国家纷纷立法，扶持可再生能源发电以及其他清洁发电技术(如热电联产微型燃气轮机) ，有利地推动了DG的发展。 3) 天然气发电技术的发展。对于天然气发电来说，机组容量并不明显影响机组的效率，并且天然气输送成本远远低于电力的传输，因此比较适合采用有小容量特点的DG。 4) 避免投资风险。由于难以准确地预测远期的电力需求增长情况，为规避风险，电力公司往往不愿意投资大型的发电厂以及长距离超高压输电线路。此外，高压线路走廊的选择也比较困难。这都促使电力公司选择一些投资小、见效快的DG项目来就地解决供电问题。尽管分布式电源优点突出，但分布式电源相对于大电网来说是一个不可控电源，大电网也往往限制或隔离分布式电源。为了协调大电网与分布式电源的矛盾，学者又提出了微电网的概念。

智能微电网与分布式电源并入关键技术研究

智能微电网与分布式电源并入关键技术研究摘要：我国可再生能源发展”十三五”规划指出，要通过不断完善可再生能源扶持政策，创新可再生能源发展方式和优化发展布局，加快促进可再生能源技术进步和成本降低，进一步扩大可再生能源应用规模，提高可再生能源在能源消费中的比重，推动我国能源结构优化升级。但风能、太阳能等可再生能源发、用电存在间歇性、波动性强，接入电网技术性能差和对电网注入谐波等一系列问题。大量的分布式电源并入电网以后，改变了传统配电网潮流单向流动的现状，给配电网带来了很多新的技术问题，如：（1）电网调整问题；（2）继电保护问题；（3）对短路电流水平的影响；（4）对配电网电能质量的影响。而智能微电网的深度开发和建设则能够有效的解决以上技术问题。智能微电网能够使新能源发电真正代替现有的火力发电，可以有效地应对未来的能源短缺、环境污染和气候变化问题。关键词：智能微电网；分布式电源；储能技术；能源管理一、引言智能微电网是微网技术的智能化，通过采用先进的电力技术、通信技术、计算机技术和控制技术将分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统[1]。关键技术主要包括：能量优化调度技术、储能技术、保护控制技术、微电源运行模式的无缝切换技术。智能微电网的特点主要体现在以下几个方面：（1）采用先进的量测、传感技术进行检测；（2）通过模型仿真和潮流分析，合理预测和分配电力；（3）对监测状态进行有效控制；（4）接入分布式发电，自适应处理技术；（5）数据到信息的提升，优化运行方式。二、研究内容 2.1能量优化调度技术能量经济优化调度是微网研究的重要方面，对于这项技术，国际上很多国家开展了对微网的研究，并提出了微网的概念和发展目标。近10多年来，微网在理论和实际应用中均取得了丰硕的成果[2-4]。本研究将从负荷资源性质的角度寻求优化微网运行的方案。微网中负荷按其可调度性大致可分为3类，即重要负荷，可调整负荷及可平移负荷。电力系统中存在着大量的能与电网友好合作的可平移负荷，在微网调度中考虑可平移负荷的影响，有利于提高微网运行经济性。（1）负荷平移负荷平移流程图如图2-1所示，通过最小二乘法确定电力系统中的可平移负荷单元数量，采集和分析可平移负荷基础数据，确定目标负荷曲线，建立目标函数使平移后得到的负荷曲线和目标负荷曲线的吻合度最高，建立可平移负荷模型，利用内点法求解可平移负荷模型，最终得出负荷平移结果。图2-1 负荷平移流程图（2）可平移负荷模型求解可平移负荷模型是一个典型线性约束二次规划问题。常规的二次规划算法有有效集法、信赖域法和内点法。考虑到可平移负荷模型中优化变量个数较多，规模较大，因此应采用内点法求解。 2.2储能技术大容量储能装置在微电网中的作用：1、削峰填谷，减少负荷冲击；2、平抑、

论析微电网分布式电源的控制方案

论析微电网分布式电源的控制方案论析微电网分布式电源的控制方案摘要：微电网中的分布式电源控制是微电网研究中的关键问题之一。文章主要介绍了分布式电源的控制方式与实现机理，以及微电网能量控制的分类，分析了不同控制方式存在的优点与缺陷。阐述了微电网中分布式电源控制的研究方向，以期为进一步的研究提供参考。关键词：微电网；分布式电源；能量管理中图分类号：U665.12 文献标识码：A 文章编号：一、前言微电网是将分布式能源纳入中、低压配电网以解决未来能源问题及利用新能源、绿色能源的重要途径。分布式电源是分布式能源的主要实现形式。世界上很多国家都参与到微电网的研究和开发中，关于微电网的理论和试验研究已经取得了一定成果。微电网中的分布式电源与大电网概念下的分布式电源在单体的功率控制方法上是相同的，但是由于微电网中的分布式电源肩负着支撑微电网运行的责任，因而不能像大电网中的分布式电源那样一旦遇到大电网发生故障则退出运行。因此，对于微电网分布式电源控制的研究具有重要的意义。二、分布式电源控制的类型分布式电源是微电网主要的能量源，在目前的研究中分布式电源主要以通过电力电子逆变器的电气耦合方式为主。依据逆变器所控制电气参数的类型，逆变器的控制方式主要有： 1）电压控制方式；2）电压控制方式衍生出的间接功率控制方式；3）由电流控制方式。本文主要针对这三种方式进行论述：（1）电压控制方式，是指分布式电源的逆变器以输出参考电压波形为目标。如图 1 所示，通过对输出电压U（a，b，c）和参考电压U（a，b，c)(ref)进行dq变换，将三相对称正弦波形转换为dq 轴上的直流波形Ud 和Uq，通过 PI 控制器实现对参考电压的无差跟踪该方式的优点是孤岛运行时，分布式电源能够为微电网提供电压

分布式发电与微电网技术专业简介

分布式发电与微电网技术专业简介专业代码530112 专业名称分布式发电与微电网技术基本修业年限三年培养目标本专业培养德、智、体、美全面发展，具有良好职业道德和人文素养，掌握太阳能、风能、生物质能等多种分布式能源发电基本知识，具备分布式发电系统和微电网的系统容量设计、设备选型、安装调试和运行维护能力，从事分布式能源系统关键设备的制造、分布式发电系统的设计、施工、运行等工作的高素质技术技能人才。就业面向主要面向电力、能源、供电和电力设备制造企业，在制造设计、施工及管理等岗位群，从事分布式能源系统关键设备的制造、分布式发电系统的设计、施工和运行管理等工作。主要职业能力 1.具备对新知识、新技能的学习能力和创新创业能力； 2.具备对分布式发电系统的运行维护能力； 3.掌握多种分布式能源的发电技术，具备分布式发电系统的设计能力； 4.掌握分布式电源的并网技术，具备分布式发电系统的安装调试能力； 5.掌握微电网的结构、控制原理和方法； 6.了解国内外电力市场的概况和发展趋势。核心课程与实习实训 1.核心课程

电工技术基础、电子技术基础、电气控制与 PLC 应用技术、电力电子技术、光伏发电技术、风力发电技术、微电网技术等。 2.实习实训在校内进行电工基础、智能电源综合、电气绘图与电子 CAD、电气控制综合、光伏发电系统的安装与调试综合、风力发电系统的安装与调试、微电网技术综合等实训。在发电、供配电企业进行实习。职业资格证书举例维修电工电气值班员电网调度自动化运维员衔接中职专业举例风电场机电设备运行与维护太阳能与沼气技术利用发电厂及变电站电气设备供用电技术接续本科专业举例电气工程及其自动化自动化新能源科学与工程电气工程与智能控制智能电网信息工程

微电网中的分布式电源及其特性

微电网中的分布式电源及其特性摘要：本文讨论了分布式发电及微电网技术产生的背景，归纳了微电网中分布式电源的种类及特点，并分析了微电网中几种主要分布式电源的特性。关键词：微电网分布式电源特性 0 引言微电网本身结构具有复杂性和多样性的特点，由于开展研究的时间还不长，目前在理论和技术上还不够成熟，需要进一步开展研究。本文探讨了微电网中分布式电源的种类及特性，对于微电网工程的分布式电源设备选型提供了依据。 1 分布式发电及微电网数十年来，电力系统主要依靠大型发电厂及超高压长距离输电线路，集中向中心供电，以满足快速增长的电力需求。这种方式需要较长的工程建设时间，耗资巨大，消耗大量的一次能源，并且影响生态环境。另一方面，集中供电模式存在大停电的可能性，一旦发生会导致巨大的经济损失，近年来国内外的若干大停电事故证明了这一点。因此，利用风力、太阳能等清洁能源发电的分布式发电（Distributed Generation, DG）技术开始受到重视。分布式发电具有灵活、分散、小型、靠近用户和合理使用清洁能源的特点，能够减少输电损耗、提高一次能源的利用率以及减少废气排放，具有很好的应用前景。然而，大量分布式发电并网有可能造成电力系统对其不可控制的局面，并引发相应的电能质量、电网安全稳定性等诸多问题。为了解决电力系统与分布式发电间联网运行的相关问题，充分发挥分布式发电为电力系统用户所带来的技术经济效益，进一步提高电力运行的灵活性、可控性和经济性，以及更好地满足电力用户对电能质量和供电可靠性的更高要求，微电网（Microgrid, MG）的概念应运而生，并很快成为国内外工程研究领域的最新前沿课题之一。与常规的分布式发电直接并网相比，微电网灵活、系统地将分布式电源与本地负荷组为一个整体，通过柔性控制可大大降低分布式电源并网运行对电力系统的影响。将分布式电源以微电网形式接入到电网中并网运行，与局部电网互为支撑，可提高分布式电源的利用率，有助于电网灾变时向重要负荷持续供电，避免间歇式电源对周围用户电能质量的直接影响，有助于可再生能源的优化利用。 2 微电网中分布式电源的种类及特点以往的分布式电源有用户紧急备用的小型柴油发电机、燃煤的自备电厂小发电机组等，由于技术性能差、效率低、影响环保，已逐渐被淘汰或取代。随着科技的发展、设备性能的提高、环保意识的进步及能源政策的引导，分布式电源朝

微电网协调运行控制策略_本科论文

XX大学本科学位论文题目：微电网协调运行控制策略摘要

本文主要通过进行了理论研究、仿真平台搭建，研究微电网综合协调控制策略，，仿真结果分析，为后续微电网的深入研究奠定了基础。本文设计了PQ 控制器、基于下垂特性的V/f 控制器，并对逆变器输出滤波器进行了设计。同时，针对PI 控制器的不足，利用模型预测控制方法设计了微网中分布式微电源逆变器的PQ 模型预测控制策略和基于下垂特性的V/f 模型预测控制策略，并在MATLAB/Simulink 中建立了仿真模型，对单个微电源分别采用PI 控制和MPC 控制时的不同场景进行了分析，证明了MPC 控制器的效果。最后，建立了微电网的模型，用风力发电机组、光伏以及蓄电池三种微电源的模型代替直流电压源，并设计相应的控制策略，在MATLAB/Simulink 中，搭建了整个系统的模型，分别在风机和光伏阵列出口处配置蓄电池，用于平抑并网功率并在孤岛下提高电压和频率支撑，仿真结果验证了控制策略的可行性。关键词：微电网；综合协调控制；风光储；逆变器；模型预测控制

Study on the Coordination Control Strategy of Wind-Solar-Storage Micro-grid Abstract This paper mainly studies the micro-grid integrated and coordinated control strategies, and, by theoretically analyzing, simulation platform construction, and simulation results analyzing, laid the foundations for subsequent in-depth study of micro-grid. In this paper, a PQ controller, a V/f controller based on droop characteristic and the inverter output filter has been designed. Meanwhile, considering PI controller’s insufficiency, the Model Predictive Control strategy was used to design the converter’s PQ model predictive control strategy and V/f model predictive control strategy based on droop characteristics, and the simulation model was established in MATLAB/Simulink. Then, by simulating a single micro-source respectively using PI controller and MPC controller in different scenes and by afterward analyzing and comparing, the effectiveness of MPC controllers was proved. After single micro-source’s integrating strategy research, the model of micro-grid with multiple micro-sources was built, and through the simulating and analyzing under 3 conditions: the micro-grid operation mode switching, cutting or adding load in island mode, cutting a micro-source in island mode, it is found that the micro-source MPC controller designed in this thesis achieved a sound power control behavior under the aforementioned three conditions. Meanwhile, both the micro-grid’s voltage and frequency were within the required range of the system, which proves the effectiveness of control strategies. Last, the wind-solar-storage micro-grid model was built, which used a wind power generation system, a photovoltaic cell and a storage battery to replace DC voltage sources, along with the design of corresponding control strategies. The whole model of the system was then built in MATLAB/Simulink, in which a storage battery was placed respectively in the outlet of wind power generation system and the export of PV array column, for stabilizing grid power and offer voltage and frequency support in island mode. The simulation results validated the feasibility of the control strategies. Key Words: Micro-grid；Integrated coordination control；Wind-Solar-Storage；Converter；Model Predictive Control

微电网介绍

微电网介绍一、定义微电网（Micro-Grid）：由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。微电网是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行也可以孤立运行。微电网是相对传统大电网的一个概念，多个分布式电源及其相关负载按照一定的拓扑结构组成的网络，并通过静态开关关联至常规电网。开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，是传统电网向智能电网过渡。分布式能源(DER)：一般定义为包括分布式发电(DG)、储能装置(ES)和与公共电网相连的系统。其中DG是指满足终端用户的特殊需求，接在用户侧的小型发电系统，主要有内燃机，微型燃气轮机、燃料电池、太阳能、风能等发电；二、微电网的结构

三、微电网的架构微电网的体系结构一般采用国际上比较成熟的三层结构(许继的示范工程也是如此)：配电网调度层、微电网集中控制层、分布式电源和负荷就地控制层。四、微电网的两种运行模式微电网存在两种典型的运行模式：正常情况下微电网与常规配电网并网运行，称为联网模式;当检测到电网故障或电能质量不满足要求时，微电网将及时与电网断开而独立运行，称为孤岛模式。两者之间的切换必须平滑而快速。微电网相对于外部大电网表现为单一的受控单元，并可同时满足用户对电能质量和供电安全等方面的要求。微电网内部的电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必要的控制。

（1）并网运行：微电网与公用大电网相连，微网断路器闭合，与主网配电系统进行电能交换。光伏系统并网发电。储能系统可进行并网模式下的充电与放电操作。并网运行时可通过控制装置转换到离网运行模式。（2）离网运行：也称孤岛运行，是指在电网故障或计划需要时，与主网配电系统断开，由DG、储能装置和负荷构成的运行方式。储能变流器PCS工作于离网运行模式为微网负荷继续供电，光伏系统因母线恢复供电而继续发电，储能系统通常只向负载供电。