当前，节能减排、绿色能源、发展低碳经济、可持续发展成为各国关注的焦点。人类能源发展面临的第一挑战，是以可再生能源逐步替代化石能源，建造能源使用的创新体系。如，目前我国约有三分之一的风电机组，由于本地负荷不足和外送通道受限等原因，处于停运状态，造成极大的资源浪费。智能电网，基于先进的信息技术和通信技术，彻底改造现有的能源利用体系，最大限度地开发电网体系的能源效率。

智能电网(smart power grids)，就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。

智能电网地位独特

智能电网是下一代强大的电力配电网概念，是电力系统向更灵活、清洁、安全及经济方向发展的电网。在这一愿景中，网格是一个网络相互连接的智能设备，它实施分布式控制，其以包括发电、输电、配电和用电各环节的电力系统为对象，通过不断研究新型的电网控制技术，并将其有机结合，实现从发电到用电所有环节信息的智能交流，系统地优化电力生产、输送和使用。

对于电力系统而言，智能电网通过将电力系统与先进的通信和计算机技术相结合而得到的智能网络，能够在系统发生故障和失去控制之前进行预测和自愈，具有更高的灵活性;而对于用户而言，智能电网提供的电力具有更高的可靠性和安全性能，能源消耗降低，智能电网能以较低成本提供更优质的服务。

智能电网集成了一个愿望——以减少温室气体排放和提高能源使用效率，同时提高电能质量，满足消费者的需求。它包括市场放松管制，承认多元利益和利益相关者的发电和配电行业。在智能电网的发展过程中，配电网需要从被动式的网络向主动式的网络转变，这种网络利于分布式发电的参与，能更有效地连接发电侧和用户侧，使得双方都能实时地参与电力系统的优化运行。

微电网作用显著

智能电网是一个激进的变革，有很大的挑战，这一设想变成现实之前还有很多问题需要解决。自动化是一个艰巨的任务，在整个网络中的每一台设备更换或升级，要求每个断路器、每台变压器、每台重合器能够在发送状态信息的请求时，远程启动智能电网。但目前，断路器和重合器并没有做出复杂的决策能力。然而，目前的微电网的研究正是解决这些问题的关键。

微电网中的电源多为容量较小的分布式电源，即含有电力电子接口的小型机组，包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池、小型风力发电机组以及超级电容、飞轮及蓄电池等储能装置，它们接在用户侧，具有成本低、电压低及污染低等特点。随着可再生能源的间歇性质增加，由此产生的浪涌功率有可能在网络中产生更多的不稳定性因素。为此，目前正在进行的微电网研究，很可能有助于此区域的发展。

另外，未来人类解决复杂问题的方案将变得非常具体，无论是自然系统还是人造系统，往往是将一个大的系统分成更小的模块，包括数学，厂房结构，语言，软件工程，及制造等等方面，这需要智能电网更多地走向细致化。然而，与流行的智能电网的愿景相比，现实情况是，在大规模部署的智能互联网耦合基建的同时，没有实用程序将急于暴露自己固有的风险。一个更有可能的路径是通过小规模部署智能电网中智能网格的概念，如切负荷，调峰，自适应交换等。正是出于这些原因，微电网的概念才会明显地在智能电网中得到应用。

未来发展趋势

微电网是一种新型的网络结构，是实现主动式配电网的一种有效的方式，可实现对负荷多种能源形式的高可靠供给。开发和延伸微电网能够促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，使传统电网向智能网络的过渡。微电网与更广泛的网格相互作用可以被定义和限制，以便避免不良影响。

电气设备专家称，微电网本身可看做是小型的电力系统，具备完整的发输配电功能，实现可再生能源的安全消纳，同时微电网本身还是一个典型的分布式发电功能系统，通过能源之间的调度，提高终端能源的利用率，也是智能电网发展的技术趋势。

从全球来看，微电网市场有望在未来5年迎来高速成长期。目前微电网主要处于实验和示范阶段，但从过去五年来看，微电网的技术推广已经度过幼稚期，市场规模稳步成长，世界各地的政府、主要能源公司和电力公司等积极主导或参与当地微电网工程建设。未来5到10年，微电网的市场规模、地区分布和应用场所分布都将会发生显著变化。

目前，国家电力系统输电主网结构已经基本形成，随着智能电网建设的快速发展，我国智能电网建设进入新的发展阶段。在我国，政府日趋重视，自下而上推动力越来越强，市场前景广阔，企业积极参与。近三年，微电网开始逐渐走到政策前台，新一轮电改方案逐步落实，市场进一步打开，再加上国内打造智能微电网新兴产业竞争激烈，微电网发展空间将在一定程度上得到拓展。

未来，电网建设投资的重心将转向配、用电环节。突破大规模间歇式新能源电源并网与储能、智能配用电、大电网智能调度与控制、智能装备等智能电网核心关键技术，就成为未来微电网投资在智能电网投资结构性变化中的新亮点。

一种微电网系统及微电网系统的控制方法

来源：北极星电力网

微电网系统包括第一区块、第二区块和微电网中央控制模块;在系统处于离网状态进入孤岛运行前，第二区块的中压储能模块为系统中的全部负荷提供功率;在系统处于离网状态进入孤岛运行后，第一区块的微电网供用能模块中的微电源单元向负荷单元供应功率;微电网中央控制模块对中压储能模块的最大放电功率、微电源单元可供应的功率和负荷单元所需的功率进行预测;并在系统处于离网状态后，下发指令;第一区块的末端数据采集及控制模块在指令的控制下，对负荷进行投入或切除。上述微电网系统用于在离网状态时独立向负荷供电。

技术背景：

微电网系统是一种将分布式发电系统、储能以及末端负荷相结合的智能可控小型 电网系统，并且是可以实现自我控制、保护和管理的自治系统。

微电网系统主要包括用于供 应功率的微电源单元和用于消耗功率的负荷单元。其中，微电源单元包括至少一个微电源，所述负荷单元包括至少一个负荷。相对于外部电网，微电网系统有并网和离网两种运行模 式：当外部电网正常供电时，微电网系统中的微电源作为辅助电源并入，与外部电网共同为 负荷输送功率;当外部电网发生故障时，微电网系统与外部电网断开连接，形成孤岛，独立向负荷输送功率。

但是，现有的微电网系统普遍存在如下问题：当外部电网发生突发故障时，现有的 微电网系统不能立即根据微电源单元可供应的功率与负荷单元所需的功率划分一合适的 孤岛范围，而在划分出合适的孤岛范围之前，微电源单元中的微电源并不足以向负荷单元 中所有负荷进行供电，从而导致在划分出合适的孤岛范围之前，微电网系统中的全部负荷 都处于停电状态，也就是说，当外部电网发生突发故障时，现有的微电网系统并不能够保证 平滑无缝地由并网状态切换到离网状态。此外，现有的微电网系统仅能对孤岛范围进行一 次划分，不能保证微电源单元可供应的功率与负荷单元所需的功率之间维持平衡关系，从 而降低了微电网系统运行的安全可靠性和能源利用率。

发明内容：

本发明提供了一种微电网系统及微电网系统的控制方法，可实现微电网系统由并 网状态到离网状态的平滑无缝切换，并提高微电网系统运行的安全可靠性和能源的利用 率。

为达到上述目的，采用如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种微电网系统，所述微电网系统包括至少一个第一区 块、至少一个第二区块、以及与各所述第一区块和各所述第二区块相连的微电网中央控制 模块，所述第一区块包括相连的微电网供用能模块和末端数据采集及控制模块，所述第二 区块包括中压储能模块;其中，在所述微电网系统处于并网状态时，所述中压储能模块与外 部电网相连，在所述微电网系统处于离网状态时，所述中压储能模块与外部电网断开;所述 中压储能模块用于在所述微电网系统处于离网状态进入孤岛运行模式之前，为所述微电网 系统中的全部负荷提供功率;在所述微电网系统处于并网状态时，所述微电网供用能模块 与外部电网相连，在所述微电网系统处于离网状态时，所述微电网供用能模块与外部电网 断开;所述微电网供用能模块包括微电源单元和负荷单元，所述微电源单元包括至少一个 微电源，所述负荷单元包括至少一个负荷，在所述微电网系统处于离网状态进入孤岛运行模式后，所述微电源单元用于向所述负荷单元供应功率;所述微电网中央控制模块用于：对 所述中压储能模块的最大放电功率、所述微电源单元可供应的功率以及所述负荷单元所需 的功率进行实时预测;在所述微电网系统处于离网状态进入孤岛运行模式之前，根据对所 述最大放电功率进行实时预测的预测数据下发相应的控制指令，控制所述中压储能模块向 所述微电网系统中的全部负荷提供功率;在所述微电网系统处于离网状态进入孤岛运行模 式后，根据对所述微电源单元可供应的功率、所述负荷单元所需的功率进行实时预测的预 测数据及所述微电网系统的供用能平衡滞环裕量不断调整孤岛范围，然后根据所调整的孤 岛范围及所述负荷单元中各负荷的重要性确定需要投入的负荷和需要切除的负荷，并下发相应的控制指令;所述末端数据采集及控制模块用于在所述微电网中央控制模块所下发控 制指令的控制下，对所述负荷单元中的负荷进行相应的投入或切除，使所述微电源单元可 供应的功率与所述负荷单元所需的功率保持平衡。

在本发明所提供的微电网系统中，增设了中压储能模块，中压储能模块可提供的 功率足以满足微电网系统中的全部负荷所需的功率，因而当外部电网发生突发故障，需要 与微电网系统断开连接时，微电网系统可在由并网状态切换至离网状态的过程中，首先利 用中压储能模块向微电网系统中的所有负荷供电，这就为微电网系统划分一合适的孤岛范 围预留了一定时间，从而保证了微电网系统由并网状态到离网状态的平滑无缝切换。此外， 利用本发明所提供的微电网系统，通过对微电网系统中微电源可供应的电能以及负荷所需 的电能进行实时预测，可判断出二者之间的关系，当二者处于非平衡态时，通过调整孤岛范围，对负荷进行投入或切除，从而使微电源可供应的电能与负荷所需的电能的关系快速恢 复平衡，提高了微电网系统运行的安全可靠性和能源利用率。

本发明第二方面提供了一种微电网系统的控制方法，所述控制方法应用于如本发 明第一方面所述的微电网系统中，其特征在于，所述微电网控制方法包括：步骤S1：实时预 测中压储能模块的最大放电功率、微电源单元中各微电源可供应的功率、以及负荷单元中 各负荷所需的功率;步骤S2：实时计算所述微电网系统全部负荷所需的总功率;步骤S3：实 时判断所述微电网系统与外部电网之间是否需要断开，如果是，则判断当前时间点所预测 的中压储能模块的最大放电功率是否大于或等于所计算的微电网系统中全部负荷所需的 总功率，如果是，则进入步骤S4，如果否，则进入步骤S7;步骤S4：计算中压储能模块对所述 微电网系统全部负荷的最大供电时间;步骤S5：断开所述微电网系统与外部电网之间的连 接，在所述最大供电时间内，通过所述中压储能模块对所述微电网系统中全部负荷进行供 电，并根据实时预测的微电源单元中各微电源可供应的功率、负荷单元中各负荷所需的功 率确定首次孤岛范围，使所述微电网系统进入孤岛运行模式;步骤S6：实时判断微电源单元 可供应的功率与当前孤岛范围内所覆盖的全部负荷所需的功率是否保持平衡，如果否，则 重新调整孤岛范围，使微电源单元可供应的功率与调整后的孤岛范围所覆盖的全部负荷所 需的功率重新达到平衡;步骤S7：保持所述微电网系统与外部电网之间继续连接，所述微电 网系统不进行工作。

本发明第二方面提供的微电网系统的控制方法的有益效果与第一方面提供的微 电网系统的有益效果相同，此处不再赘述。

发明实现基本情况描述：

1 .一种微电网系统，其特征在于，所述微电网系统包括至少一个第一区块、至少一个第 二区块、以及与各所述第一区块和各所述第二区块相连的微电网中央控制模块，所述第一区块包括相连的微电网供用能模块和末端数据采集及控制模块，所述第二区块包括中压储 能模块;其中，在所述微电网系统处于并网状态时，所述中压储能模块与外部电网相连，在所述微电网系统处于离网状态时，所述中压储能模块与外部电网断开;

所述中压储能模块用于在所述微电网系统处于离网状态进入孤岛运行模式之前，为所述微电网系统中的全部负荷提供 功率; 在所述微电网系统处于并网状态时，所述微电网供用能模块与外部电网相连，在所述 微电网系统处于离网状态时，所述微电网供用能模块与外部电网断开;

所述微电网供用能模块包括微电源单元和负荷单元，所述微电源单元包括至少一个微电源，所述负荷单元包括至少一个负荷，在所述微电网系统处于离网状态进入孤岛运行模式后，所述微电源单元用于向所述负荷单元供应功率;

所述微电网中央控制模块用于：对所述中压储能模块的最大放电功率、所述微电源单元可供应的功率以及所述负荷单元所需的功率进行实时预测;在所述微电网系统处于离网 状态进入孤岛运行模式之前，根据对所述最大放电功率进行实时预测的预测数据下发相应的控制指令，控制所述中压储能模块向所述微电网系统中的全部负荷提供功率;在所述微 电网系统处于离网状态进入孤岛运行模式后，根据对所述微电源单元可供应的功率、所述负荷单元所需的功率进行实时预测的预测数据及所述微电网系统的供用能平衡滞环裕量 不断调整孤岛范围，然后根据所调整的孤岛范围及所述负荷单元中各负荷的重要性确定需 要投入的负荷和需要切除的负荷，并下发相应的控制指令;

所述末端数据采集及控制模块用于在所述微电网中央控制模块所下发控制指令的控制下，对所述负荷单元中的负荷进行相应的投入或切除，使所述微电源单元可供应的功率与所述负荷单元所需的功率保持平衡。

2.根据权利要求1所述的微电网系统，其特征在于，所述中压储能模块包括至少一个功率型储能微电源。

3.根据权利要求2所述的微电网系统，其特征在于，所述第二区块还包括：

至少一个功率型储能微电源控制器，至少一个所述功率型储能微电源控制器一一对应 地与所述中压储能模块所包括的至少一个功率型储能微电源相连，所述功率型储能微电源 控制器用于接收所述微电网中央控制模块所下发的控制指令，控制对应的功率型储能微电 源进行离网/并网工作模式切换，并向所述微电网中央控制模块反馈对应的功率型储能微电源的工作状态。

4.根据权利要求3所述的微电网系统，其特征在于，所述第二区块还包括：至少一个可控功率型储能微电源开关，至少一个所述可控功率型储能微电源开关一一对应地与各功率型储能微电源及其所对应的功率型储能微电源控制器相连; 变压器; 用于连接所述变压器的低压端与各可控功率型储能微电源开关的低压母线; 用于连接所述变压器的高压端与外部电网的中压母线。

5.根据权利要求4所述的微电网系统，其特征在于，所述末端数据采集及控制模块包括：

至少一个微电源控制器，所述至少一个微电源控制器一一对应地与所述微电源单元所 包括的至少一个微电源相连，所述微电源控制器用于控制对应的微电源进行离网/并网工 作模式切换，控制对应的微电源的工作功率，并向所述微电网中央控制模块反馈对应的微 电源的工作状态，所述微电源控制器还用于接收所述微电网中央控制模块所下发的指令;

至少一个第一负荷控制器，所述至少一个第一负荷控制器一一对应地与所述负荷单元 所包括的至少一个负荷相连，所述第一负荷控制器用于控制对应的负荷投入或切除，还用 于接收所述微电网中央控制模块所下发的指令; 第二负荷控制器，各微电源控制器和各第一负荷控制器均与所述第二负荷控制器相 连，所述第二负荷控制器用于接收所述微电网中央控制模块所下发的指令;

与所述第二负荷控制器相连的数据采集监测单元，所述数据采集监测单元还和各微电 源控制器及各第一负荷控制器相连，所述数据采集监测单元用于：通过各微电源控制器实 时采集各微电源的实时电气参数，监测各微电源的运行状态;通过各第一负荷控制器实时 采集各负荷的实时电气参数，监测各负荷的运行状态;并将各微电源的电气参数、各负荷的 电气参数、各微电源的运行状态数据和各负荷的运行状态数据传输至所述微电网中央控制 模块。

6.根据权利要求5所述的微电网系统，其特征在于，所述微电网供用能模块还包括：

至少一个可控微电源开关，所述至少一个可控微电源开关一一对应地与各微电源及其 所对应的微电源控制器相连;

至少一个可控负荷开关，所述至少一个可控负荷开关一一对应地与各负荷及其所对应 的负荷控制器相连;

变压器：

用于连接所述变压器的低压端与各可控微电源开关和各可控负荷开关的低压母线;

设置于所述低压母线上的可控电压开关，所述可控电压开关与所述第二负荷控制器相连;

用于连接所述变压器的高压端与外部电网的中压母线;

设置于所述中压母线上的并网/离网控制开关。

7 .根据权利要求6所述的微电网系统，其特征在于，所述微电网系统还包括：

设置在各所述第一区块和各所述第二区块以外的第三负荷控制器，所述第三负荷控制 器和与所述并网/离网控制开关相连，所述第三负荷控制器用于接收所述微电网中央控制 模块所下发的指令;

设置在各所述第一区块和各所述第二区块以外的总数据采集监测单元，所述总数据采 集监测单元和所述第三负荷控制器相连，所述总数据采集监测单元用于：从各第一区块的 数据采集监测单元中获取各第一区块中各微电源的电气参数、各负荷的电气参数、各微电 源的运行状态数据和各负荷的运行状态数据，监测各第一区块的运行状态;并将各微电源 的电气参数、各负荷的电气参数、各微电源的运行状态数据、各负荷的运行状态数据和各第一区块的运行状态数据传输至所述微电网中央控制模块。

8.根据权利要求7所述的微电网系统，其特征在于，所述第一区块和所述第二区块还包 括网络管理单元，所述第一区块的网络管理单元通过用户端通讯总线与所在区块的数据采集监测单元、第二负荷控制器、各微电源控制器和各第一负荷控制器相连，所述第二区块的 网络管理单元通过用户端通讯总线与所在区块的功率型储能微电源控制器相连;

所述微电网系统还包括：

设置于各所述第一区块和各所述第二区块以外的总网络管理单元，所述总网络管理单元通过所述用户端通讯总线与所述总数据采集监测单元和所述第三负荷控制器相连;

设置于各所述第一区块和各所述第二区块以外的系统端通讯变换器，所述系统端通讯变换器、所述总网络管理单元和各所述网络管理单元通过网络通讯总线串接，且所述系统端通讯变换器还通过网络通讯总线与所述微电网中央控制模块相连。

9.根据权利要求8所述的微电网系统，其特征在于，所述网络管理单元包括：

用户端通讯变换器，所述网络管理单元的各用户端通讯变换器、所述系统端通讯变换 器和所述总网络管理单元通过网络通讯总线串接;

通讯管理机，所述通讯管理机通过用户端通讯总线所述用户端通讯变换器相连。

10.根据权利要求1所述的微电网系统，其特征在于，所述微电网中央控制模块包括：

中压储能预测单元，所述中压储能预测单元用于对所述中压储能模块的最大放电功率 进行实时预测;

微电源预测单元，所述微电源预测单元用于对所述微电源单元可供应的功率进行实时 预测;

负荷预测单元，所述负荷预测单元用于对所述负荷单元所需的功率进行实时预测;

与所述中压储能预测单元、所述微电源预测单元和所述负荷预测单元相连的数据库，

所述数据库用于向所述中压储能预测单元、所述微电源预测单元和所述负荷预测单元提供进行实时预测所需要的数据，且所述数据库中预先存储有所述微电网系统的供用能平衡滞环裕量数据;

与所述中压储能预测单元、所述微电源预测单元、所述负荷预测单元和所述数据库相 连的微电网中央控制器，所述微电网中央控制器用于：从所述中压储能预测单元中获取实 时预测的预测数据，根据实时预测的预测数据下发相应的控制指令，控制所述中压储能模 块向所述微电网系统中的全部负荷供电;从所述微电源预测单元和所述负荷预测单元中获 取实时预测的预测数据，并从所述数据库中获取所述供用能平衡滞环裕量数据，根据实时 预测的预测数据及所述微电网系统的供用能平衡滞环裕量不断调整孤岛范围，然后根据所 调整的孤岛范围及所述负荷单元中各负荷的重要性确定所述负荷单元中的需要投入的负 荷和需要切除的负荷，并下发相应的控制指令。

11 .根据权利要求10所述的微电网系统，其特征在于，所述微电源单元包括光伏发电微 电源、风力发电微电源、发电机微电源和能量型储能微电源中的至少一种微电源。

12.根据权利要求11所述的微电网系统，其特征在于，所述微电源单元包括光伏发电微 电源和风力发电微电源中的至少一种微电源; 所述微电源预测单元包括光伏发电预测子单元和风力发电预测子单元中的至少一种 预测子单元，所述微电源预测单元所包括的预测子单元的种类与所述微电源单元所包括的微电源的种类相同;

所述微电网中央控制模块还包括与所述数据库相连的天气预报单元，所述天气预报单 元用于获取天气数据，并将所获取的天气数据作为进行实时预测所需要的一类数据传输至所述数据库。

13.一种微电网系统的控制方法，所述控制方法应用于如权利要求1～12所述的微电网 系统中，其特征在于，所述微电网控制方法包括：

步骤S1：实时预测中压储能模块的最大放电功率、微电源单元中各微电源可供应的功 率、以及负荷单元中各负荷所需的功率;

步骤S2：实时计算所述微电网系统全部负荷所需的总功率;

步骤S3：实时判断所述微电网系统与外部电网之间是否需要断开，如果是，则判断当前 时间点所预测的中压储能模块的最大放电功率是否大于或等于所计算的微电网系统中全 部负荷所需的总功率，如果是，则进入步骤S4，如果否，则进入步骤S7;

步骤S4：计算中压储能模块对所述微电网系统全部负荷的最大供电时间;

步骤S5：断开所述微电网系统与外部电网之间的连接，在所述最大供电时间内，通过所 述中压储能模块对所述微电网系统中全部负荷进行供电，并根据实时预测的微电源单元中 各微电源可供应的功率、负荷单元中各负荷所需的功率确定首次孤岛范围，使所述微电网 系统进入孤岛运行模式;

步骤S6：实时判断微电源单元可供应的功率与当前孤岛范围内所覆盖的全部负荷所需 的功率是否保持平衡，如果否，则重新调整孤岛范围，使微电源单元可供应的功率与调整后 的孤岛范围所覆盖的全部负荷所需的功率重新达到平衡;

步骤S7：保持所述微电网系统与外部电网之间继续连接，所述微电网系统不进行工作。