1.3　智能微电网的分类和结构

智能微电网按照母线传送的电流类型来分可以分为直流智能微电网和交流智能微电网；按照智能微电网输出的电压高低可以分为低压智能微电网和高压智能微电网；按照是否与大电网并网运行可以分为并网型智能微电网和孤岛（离网）型智能微电网；按照输出的相数来分则可以分为单相智能微电网和三相智能微电网。

1.3.1　直流智能微电网和交流智能微电网

1.直流智能微电网

直流智能微电网是指系统中的DG（分布式电源）、储能装置、负荷等均通过电力电子变换装置连接至直流母线上，直流网络再通过逆变装置连接至外部交流电网。其结构框图如图1-4所示。

直流智能微电网的优点是建设成本低、控制易实现——不需考虑各个DG同期并网问题；其对应的缺点有直流保护、变流器、配电设备等设备不成熟，建设规模较小，适用范围较窄。

2.交流智能微电网

交流智能微电网是指系统中的DG、储能装置等均通过电力电子变换装置连接至交流母线上，再通过对公共连接点（PCC）处开关的控制，既可实现并网运行，又可实现孤岛运行。交流智能微电网仍然是智能微电网的主要形式。其结构框图如图1-5所示。

交流智能微电网的优点是交流保护、变流器、配电设备等成熟，建设规模可大可小，适用范围广；其缺点是建设成本较高、控制复杂。

1.3.2　并网型智能微电网和孤岛型智能微电网

智能微电网是由分布式能源系统、储能系统、能量转换装置、相关的负荷和监控系统、控制保护装置汇集而成的小型发配电系统，它既可以接入大电网并网运行，也可以离网独立运行，因此按照智能微电网是否与大电网并网运行，可以把智能微电网分为并网型智能微电网和孤岛（离网）型智能微电网。

1.并网型智能微电网

1）系统组成及特点

并网型智能微电网系统结构图如图1-6所示。

（1）系统组成。并网型智能微电网主要包括光伏发电、风力发电等分布式发电系统，储能系统（由蓄电池组和双向逆变器等组成）、负荷系统、并网逆变器、智能微电网中央控制系统等。

其中：光伏发电系统由光伏阵列和光伏并网逆变器组成；风力发电系统由风力发电机组和风电并网逆变器组成；储能系统由蓄电池组和双向逆变器组成；负荷系统由必须保障的重要负荷和其他可切除的非重要负荷组成；系统中的各个组成部分都要接受智能微电网中央控制系统的控制和调度。并网型智能微电网既可以并网运行，也可以脱离大电网以孤岛模式运行。

（2）系统特点。并网型智能微电网采用光伏、风力发电等较成熟的分布式发电技术，为负荷提供清洁、绿色的电力能源；具备并网和孤岛两种运行能力，并且可以在两种运行模式间实现平滑切换；采用三层控制架构（能量管理及监控层、中央控制层和底层设备层），既能向上级电力调度中心上传智能微电网信息，又能接收调度下发的控制命令；可对负荷用电进行长期和短期的预测，通过预测分析实现对智能微电网系统的高级能量管理，使智能微电网能够安全、经济运行。

2）关键技术装备

（1）光伏发电系统。光伏发电系统是由单晶硅、多晶硅、非晶硅等光伏组件及并网逆变器构成的发电系统，主要包括：太阳能电池组件、光伏并网逆变器、监控系统及其他辅助发电设备。光伏发电系统主要设备的外观图如图1-7所示。

（2）风力发电系统。风力发电系统是由风力发电机组和并网逆变器构成的发电系统，主要包括：风叶，发电机，调向机构，调速机构，停车机构，风力机的塔架、控制器，光伏并网逆变器，监控系统及其他辅助发电设备等。风力发电系统主要设备的外观图如图1-8所示。

（3）储能系统。储能系统既能向负荷供电，又能作为负荷吸收电网发出的能量，在智能微电网孤岛运行时，储能系统为整个智能微电网提供电压和频率的支撑，作为智能微电网系统的重要调节和支撑单元，具有非常重要的意义，主要包括：储能蓄电池、储能双向变流器、电池管理系统、监控系统及其他电力电子设备。储能系统主要设备的外观图如图1-9所示。

（4）智能微电网中央控制系统。智能微电网中央控制系统是整个智能微电网的核心，主要对系统中分布式电源、储能、负载功率等做出控制决策，实现智能微电网系统安全运行及经济利益的最优化。主要功能有：对智能微电网内的分布式电源、储能系统和负荷进行数据采集、监控、分析及控制，接收能量管理系统对发电、负荷用电情况的预测曲线及结果；改变分布式电源系统的功率参考值，优化整个系统的功率调度；完成智能微电网并/离网模式的切换命令等。智能微电网中央控制系统中的主要设备中央控制器的外观图如图1-10所示。

（5）能量管理系统。能量管理系统是智能微电网的最上层管理系统，主要对智能微电网的分布发电单元设备的发电功率进行预测，对智能微电网中能量按最优的原则进行分配，协同大电网和智能微电网之间的功率流动。主要功能：对智能微电网内的分布式电源、储能系统和负荷进行监控、数据分析；基于数据分析结果生成实时调度运行曲线；根据预测调度曲线，制订合理的功率分配曲线下发给智能微电网中央控制器。

（6）智能微电网监控系统。智能微电网监控系统（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）即数据采集与监视控制系统，主要完成智能微电网综合监控。主要功能：数据采集及故障录波、系统负荷容量监控及管理、光伏发电单元的有功/无功功率调度、系统储能管理、故障保护管理等。

2）并网型智能微电网运行控制方案

（1）并网运行控制。智能微电网系统接入大电网运行，可通过恒功率模式或下垂模式调度有功/无功功率，满足调节时间和控制精度的要求；智能微电网系统和大电网同时对负荷供电，并且由智能微电网中央控制系统来协调各发电单元的输出功率情况，进行系统的经济优化调度；智能微电网系统并网运行时注入电网的电流和功率因数等相关电能质量指标要满足配电网的要求。

（2）孤岛运行控制。智能微电网系统由并网运行模式切换到孤岛运行模式时，切换过程可实现无缝平滑过渡。孤岛运行时电压和三相不平衡度等相关电能质量指标应能满足智能微电网安全稳定运行的要求。

2.孤岛型智能微电网

1）系统组成及特点

孤岛型智能微电网系统结构图如图1-11所示。

（1）系统组成。孤岛型智能微电网系统主要包含：风力发电系统、光伏发电系统、并网逆变器、蓄电池组、双向逆变器、智能微电网中央控制系统等。

其中：风力发电系统由风机和变流器组成；光伏发电系统由光伏阵列和光伏并网逆变器组成；储能系统由蓄电池组和双向逆变器组成；负荷系统由必须保障的重要负荷和其他可切除的非重要负荷组成。孤岛型智能微电网系统在孤岛模式下运行，系统中的各分布式电源都要接受智能微电网中央控制系统的调度。

（2）系统特点。系统采用光伏、风电等较成熟的分布式发电技术，为负荷提供清洁、绿色的电力能源；系统只能在孤岛模式下运行，储能系统为整个微网系统提供电压和频率的支撑。

系统采用三层控制架构（能量管理及监控层、中央控制层和底层设备层）。其中，能量管理及监控层主要进行发电功率的预测和经济优化，中央控制层接收能量管理系统的输出结果，并下发控制命令调度底层设备的功率输出。

风力发电系统和光伏发电系统可单独发电，也可同时工作发电。在输入状态不稳定或中断时，供电系统可自动切换到储能逆变发电系统，由储能逆变器给负荷供电；当输入状态恢复后，可自动切换到稳定供电和对蓄电池组的充电状态。系统具备自动监测工作状态的能力，发生故障时具备声光报警功能。系统可对负荷用电进行长期和短期的预测，通过预测分析实现对智能微电网系统的高级能量管理，使智能微电网能够安全、经济运行。

2）运行控制方案

（1）孤岛型智能微电网运行控制方案一。风力发电系统或光伏发电系统单独发电，风力发电或光伏发电输出功率应等于负载功率。

当风力发电或光伏发电输出功率小于负载功率时，另外一种发电方式即为能量补充，经智能微电网中央控制系统调度后，确保风力发电和光伏发电输出功率等于负载功率，剩余电能通过储能系统给蓄电池充电，用于无太阳能和风能时使用。通过智能微电网中央控制系统智能控制管理功能，实现风力发电和光伏发电的互补工作，稳定负载供电。智能微电网中央控制系统实时检测风力发电和光伏发电以及负载功率，在无太阳能和风能时具备快速切换到应急发电模式的功能。

（2）孤岛型智能微电网运行控制方案二。系统无太阳能和风能输入时，由智能微电网中央控制系统自动切换到蓄电池组供电状态，通过储能逆变器控制单元给负载提供稳定的功率输出。在该模式下储能双向逆变系统保证对重要负荷的持续、稳定供电。

（3）孤岛型智能微电网运行控制方案三。系统恢复到由风力发电和光伏发电两种能源输入时，智能微电网中央控制系统自动切换系统到风力发电和光伏发电稳态供电模式状态。在该模式下由风力发电和光伏发电为负载供电，并利用给负载供电的剩余电能给蓄电池充电。

1.3.3　单相并网型智能微电网和三相并网型智能微电网

按智能微电网与配电网并网的相数分为单相并网型智能微电网和三相并网型智能微电网。

1.单相并网型智能微电网

单相并网型智能微电网是指智能微电网的输出以单相交流电的形式接入配电网，其对应的结构如图1-12所示。

单相并网型智能微电网的特点是光伏发电发出的直流电要经过并网逆变器与配电网交流母线相连，蓄电池等储能装置则通过双向逆变器与配电网交流母线相连。

2.三相并网型智能微电网

三相并网型智能微电网则是指智能微电网的输出以三相交流电的形式接入配电网，其对应的结构如图1-13所示。

1.3.4　智能微电网系统的典型结构

智能微电网系统的典型结构中一般包含分布式电源、储能系统、控制系统、能量管理系统、监控系统及负荷系统等，其结构图如图1-14所示。

1.3.5　智能微电网的控制体系结构

智能微电网的控制体系结构如图1-15所示。

智能微电网的控制体系结构中包含底层的就地控制层、中间层的智能微电网集中控制层和最上层的配电网调度层，其中底层的就地控制层主要用来实现故障保护、孤岛检测、低压低频减载、系统电压稳定、有功及无功功率自动调节等功能，实现智能微电网的暂态过程控制；中间层的智能微电网集中控制层主要用来实现智能微电网的实时监控，并根据实时采集来的数据完成离网能量平衡控制、分布式电源输出电能的平滑控制、自动电压无功控制、分布式电源发电互补经济运行分析、冷热电联供优化控制、削峰填谷等高级应用功能；最上层的配电网调度层，从配电网的安全、经济运行的角度协调调度智能微电网，同时接受上级配电网的调度控制命令，主要用来实现智能微电网与配电网的交互，将智能微电网交换功率、并/离网状态等重要信息上传至配电网调度中心，并接受配电网调度中心对交换功率、电压等运行指标的远方控制。