一、教育交流微电网平台建设目标

       现有集中式、高压交流大电网存在安全稳定性问题，几乎走到了瓶颈。随着分布式能源的广泛应用，具有间歇性和波动性特点的可再生能源大量接入电网后，电网的安全稳定性、输送能力的提升、双向功率流动与控制等都将面临更大的挑战。如果仍然以交流模式为主导，则电网的不可预知性和安全稳定性问题将会更加突出。

       第一，由于可再生能源的主要利用方式是发电，未来电网的规模将比当前有成倍的增长，如果仍然以交流模式为主导，则电网的稳定性将受到威胁。

       第二，由于可再生能源具有间歇性和不稳定性的特点，且其发电模式(特别是太阳能光伏发电与风力发电等)与传统发电模式有根本性的不同，进而对交流电网的安全可靠运行带来重大挑战。

      第三，由于可再生能源具有分散性的特点，靠近负荷侧就地利用的分布式发电也将是一种重要的方式；这就是说，未来的电力用户也将是电力供应方，分布式发电采用什么样的运行模式与大电网并网运行，也将是未来电网面临的重要课题。

     第四，随着可再生能源逐步替代化石能源，目前以化石能源为基础的能源消费系统将采用电力(例如，电动汽车将采用电池)，这就使得未来电网的负荷构成及负荷特性也与目前电网有很大的不同。

       随着可再生能源的比重日益提高，输电网可能会出现交流网和直流网共存的局面。随着直流电网技术日趋成熟以及负载对直流供电需求的增加，最后电网可能逐渐演变成以直流为主导的模式。我们充分考虑到未来智能配电网的发展趋势，在本项目中建设交直流混合微电网平台。下面介绍一下模数混合微电网实验平台的组成，其中包含三部分，一部分为半实物快速原型仿真平台用于微电网中电力电子设备控制的研究，另一部分为半实物硬件在环仿真平台用于建设一个配电网动态模拟系统，最后一部分为智能微电网系统的能量管理和监控系统，实现对整个微电网系统内的设备运行的监控和能量调度管理。本实验平台主要完成：

1.光伏发电系统教学研究；

2.储能电池系统教学研究；

3.风力发电系统教学研究；

4.交流微电网基本功能教学研究；

5.交流微电网控制策略教学研究。

二、教育交流微电网平台系统设计方案

本项目方案所描述的实验系统可用在新能源交、直流发电系统、关键设备研发与测试，及微电网控制系统等科学研究方面。系统主要设计方案如图2-1所示。

图2-1 交流微电网平台系统拓扑图

交流微电网平台建设：

（1）建设1套电网模拟电源

（2）建设1套15KW直驱风机模拟系统；

（3）建设1套15kW光伏模拟发电系统（含机柜和逆变器）；

（4）建设1套18kW储能模拟系统；

（5）建设1套13.5kW交直流可编程负载；

（6）建设1套30kW可编程RLC负载

（7）建设1套微电网交流线路阻抗故障模拟系统；

（8）建设1-2套微电网组态屏系统；

（9）建设一套回收式电网模拟电源系统；

（10）建设1套交流智能配电系统；

（11）配置中控屏、网络屏各1套，微网监控与能量管理系统（开放型）。

交流微电网平台主要设备表2-1所示：

三、微电网控制方案

3.1系统总体控制应用与控制策略通过图2-1，我们可以看出，在本微电网平台上，可以显示交流母线微电网所能研究当下流行的各类控制策略。例如，光伏并网逆变器控制策略研究平台，可以完成逆变器各类算法的研究和检测、群控技术的研究与测试、逆变器并联技术的研究等；储能系统研究与检测平台，可以完成交流母线并联控制策略研究，可以完成多能互补研究、多能在微电网不同阶段的应用研究、多能源与电网之间的控制策略的研究、各类储能系统发电特性的研究、关键设备测试等各类功能。又如，在离网情况下，用电力电子产品作为电网支撑单元，和用储能系统组成的微电网支持单元的区别，应用场合等的研究与测试，以及它们联合的控制策略的研究。在此平台上，可以实现微电网并/离网切换功能，可以验证实现并/离网切换的不同手段，以及实现并网切换的控制策略。

3.2微电网并网情况下控制策略本项目微电网系统目标是在监控调度系统的控制下，协调各部分的工作，以满足在并网和孤岛情况下的运行要求，以及电池的定期维护。为达到此目标，在系统及组成部分的层面制定完善的能量调度、状态切换、运行监控和故障保护策略。风电和光伏系统尽可能按照最大功率点运行，以最大限度地发挥可再生能源的作用，只有在特殊情况下才进行风电模拟器的投切控制和光伏变流器输出功率的干预。因此，电池储能系统在并网和孤岛情况下的应用要求及相应的控制方法，是本微电网系统的能量调度控制策略的核心内容。本微电网实现可实现功能：多电源协调控制；平抑光伏、风电的波动；削峰填谷；时移；并/离网切换-后备电源。在并网情况下，敏感负荷通过交流配电柜接入微电网系统，负荷的能量优先由光伏、风能、柴油发电系统提供，不足部分由电网提供，储能系统主要起到能量均衡调节作用。储能系统在微网中可以分别或同时发挥的作用为备用电源、平抑间歇性能源的功率波动、削峰填谷或移峰填谷。1.系统功率调节控制策略在本微电网系统中，并网情况下的控制策略是首先考虑电网故障时的备用能量需求，因此将电池容量的N%（可配置）用于备用，当电池存储的能量低于此设定值时，对电池进行充电。在满足备用容量需求的前提下，将电池容量的（1-N）%用于平抑光伏、风电的功率波动。为了满足电池维护的需要，在并网运行的过程中定期对电池进行满充满放的控制。在并网运行过程中，优先利用光伏、风电系统的输出功率，即负荷、电池需要的能量优先由光伏、风电提供，同时还进行逆流的防护控制。2.功率波动平抑策略以光伏、风力系统前某分钟的平均功率P作为平抑功率波动的控制目标，对储能并网变流器进行功率的双向实时调节，使光伏、风电、储能的总输出功率在更大的时间尺度上保持稳定，从而实现功率波动的平抑控制。功率波动平抑策略，是在监控调度系统的协调下进行的。

3.3并/孤岛的转换及孤岛情况下的控制策略

1.孤岛运行模式的控制要求

微电网系统在孤岛情况下的控制目标，是通过光伏、风电及储能系统的协调控制，在保证供电质量的前提下实现供、用电的功率平衡。

2.孤岛运行模式下各环节的控制方法

在孤岛运行模式下，储能系统既是功率调节的主要执行环节，同时也是电网电压的控制环节，光伏、风电系统是功率的输出环节，因此各部分需按照如下的要求进行控制。

（1）储能系统中储能变流器维持微电网交流母线电压的稳定；

（2）光伏系统、风电系统以正常模式工作，输出与交流母线电压一致的电流；输出电流的大小主要由变流器根据发电功率确定，储能系统进行功率调节，达到用电负荷平衡。

3.并网到孤岛的转换策略

（1）储能系统通过孤岛检测算法，监测孤岛情况的发生；当检测到电网故障时，立即通知微电网中央控制系统和微电网能量管理及运行控制系统；

（2）微电网中央控制系统接到孤岛指令后，迅速断开与电网的连接，并按照孤

岛供电预案，保留或切除其它负荷，保留敏感负荷；

（3）光伏系统、风电系统、不参与孤岛检测，在并网到孤岛的转换过程中也不必采取特别的措施；

（4）在交流并网柜断开与电网连接的过程中，有可能出现储能系统、光伏系统、风电系统因过载而脱网的情况，导致“并网→孤岛”无缝切换失败。此时，需要按黑启动运行模式。

4.孤岛模式稳定运行的控制策略系统在孤岛运行期间总的控制原则，是尽量充分利用光伏、风电的功率，以延长孤岛运行的时间。因此制定负荷控制策略、储能控制策略、光伏、风电控制策略。

5.孤岛到并网的转换控制策略

A．当电网供电恢复时，储能系统通过检测电网的电压和频率予以确认，并向监控调度系统反馈相关信息；

B．监控调度系统按并网模式及控制策略运行储能系统。