1.1.3 微电网的构成要素及分类

微电网作为新型电力系统的重要组成部分，它同样具备完整的发电和配电功能。可谓麻雀虽小，五脏俱全，典型微电网的组成可以分为以下几个部分：

1）电源：电源最重要的功能是为微电网内的负荷供电，电源的容量大小是考虑的首要因素；常见的微电网电源包括：分布式光伏电池、分布式风能发电机组、潮汐发电机组、波浪发电机组、微型涡轮机组、小型水电机组、燃料电池和地热发电机组等。

2）储能：储能系统主要负责将电源产生的多余的电能储存起来，有助于微电网内部实现电力供需平衡，从而维持电压和频率的稳定；微电网系统中常见的储能设备有：抽水蓄能、电池储能、超级电容以及飞轮储能等。

3）用电设备：微电网中的用电设备通常指的是各级负荷，它们决定了用电负荷的大小以及在微电网中的位置分布，因此也会影响发电装机总容量以及对储能设备的要求。

4）对外连接：微电网的对外连接一般是指各种连接线路以及端口变流器。正常情况下微电网会与大电网相连，从而更好地实现系统间的电能传输以及维持系统的稳定。同时各个微电网之间也会加以互连。

5）能量管理系统：微电网的能量管理系统主要用于确保微电网安全、可靠、高效地运行，是微电网的关键技术。主要包括以下几个方面：①对接入微电网的分布式能源和储能进行监控、管理和控制；②根据微电网内各种分布式能源、储能设备和用户需求之间的关系，实现能源的合理调度和优化配置；③通过对负荷需求的预测，确保微电网供电稳定，同时合理应对负荷波动，降低能源浪费；④确保微电网在正常、故障等不同状态下的安全运行，包括故障检测、隔离、恢复等功能；⑤实现微电网内部与外部的有效信息交互。

按照微电网中母线电压类型来划分，微电网可分为三种基本形式[3]：交流微电网、直流微电网和交直流混合微电网，每种微电网各具特点。

1.交流微电网

如图1-2所示，不同电压类型的分布式电源、储能装置、负荷等均通过电力电子装置连接至交流母线，其中直流设备通过DC-DC变流器和DC-AC变流器并入微电网母线，交流设备通过AC-AC变流器并入微电网母线。目前，交流微电网是微电网的常见形式。

图1-2 交流微电网结构

2.直流微电网

随着光伏、电池储能等直流源的广泛利用，如图1-3所示的直流微电网开始受到关注。和交流微电网相似，分布式电源、储能装置、交直流负荷通过电力电子装置连接至直流母线。但因为直流微电网的母线为直流电压，直流源可以仅通过DC-DC变流器连接到母线。因此，在有着大量直流源的情况下，直流微电网与交流微电网相比有着更加简单的结构。此外，直流微电网中只需要控制直流母线的电压幅值，相对于交流微电网母线的电压幅值和频率，直流微电网的母线控制更加简单。

3.交直流混合微电网

如图1-4所示，交直流混合微电网既有交流母线又有直流母线，因此既可以直接向交流负荷供电又可以直接向直流负荷供电。两种母线还可以通过电力电子交直流变换装置连接起来，实现功率的双向流动。

图1-3 直流微电网结构

图1-4 交直流混合型微电网结构

与单一电压母线的微电网相比，交直流混合微电网结合了交流微电网与直流微电网的特点，直流与交流母线的同时存在，可以在交直流负载接入时有效地减少AC-DC或DC-AC变流装置数量，从而降低了系统成本，并提高了效率。

但交直流混合微电网也引入了一些问题有待解决：

1）交流母线和直流母线之间的协调。为保证交直流混合微电网正常工作，需要确保交流母线和直流母线能够稳定可靠地工作。因为交流母线和直流母线实现了连接，如何实现交流母线和直流母线之间的功率协调控制，成了交直流混合微电网的一个重要课题。

2）交直流微电网接口变流器的设计和控制。作为交流母线和直流母线的连接环节，接口变流器对微电网的正常运行有着至关重要的作用。交流母线和直流母线的功率流动完全通过接口变流器实现，因此接口变流器的容量及电压等级等是接口变流器设计的关键。此外接口变流器的控制直接影响了交流母线和直流母线之间的协调，故如何控制接口变流器也是一个重要研究内容。