综述：分层微电网技术框架的最新技术：多障碍运行策略与未来发展方向

这篇综述全面探讨了分层微电网（MG）的技术框架，重点分析了其运行策略（如集中式/分布式控制）、稳定性挑战（包括电压/频率调节）及未来发展方向。文章系统梳理了MG的分类（AC/DC/混合型）、控制架构（初级/次级/三级）和关键组件（分布式能源DERs、储能系统ESUs），特别强调了人工智能（AI）在优化能量管理（EMS）和小信号稳定性中的应用潜力。

　　

分层微电网技术框架的现状与挑战

微电网概念与应用概述

微电网（MG）作为智能电网的关键组成部分，被定义为“由互联负载和分布式能源（DERs）组成的可控子系统”。其核心价值在于实现可再生能源（如光伏PV、风电）的高效整合，并为偏远地区或关键设施（如医院、军事基地）提供能源弹性。欧洲的“MICROGRIDS”项目和美国的CERTS倡议奠定了早期研究基础，而法国“Nice Grid”和非洲“Mafate Microgrid”等示范工程验证了其可行性。

技术分类与架构创新

MG按规模分为小型（<10MW）、中型（10-100MW）和大型（>100MW）系统；按供电类型可分为交流（AC）、直流（DC）和混合架构。其中，AC-MG因易于与传统电网兼容而占主流，但DC-MG在减少转换损耗方面优势显著。混合架构通过协调AC/DC总线（如LCL滤波器优化）实现能效提升，但面临接口转换器可靠性问题。

控制策略的演进

分层控制体系（图6）是MG稳定运行的基石：

• 初级控制：采用下垂控制（Droop Control）实现功率分配，但高R/X比线路会导致P-f/Q-v耦合问题。

• 次级控制：通过模型预测控制（MPC）或多智能体系统（MAS）恢复电压/频率，Q-learning算法可增强动态响应。

• 三级控制：协调MG与主网的能量交换，需结合最优潮流（OPF）和实时电价策略。

稳定性挑战与解决方案

MG的“低惯性”特性易引发频率振荡，而可再生能源的间歇性加剧了电压波动（图8）。虚拟同步发电机（VSG）技术通过模拟转子惯量提升稳定性，但需解决LCL滤波器的高频谐振问题。小信号稳定性分析（如特征值法）表明，恒功率负载和控制器参数失调是主要扰动源，可通过虚拟阻抗补偿或自适应PI控制缓解。

前沿技术与未来方向

人工智能（如LSTM神经网络）在负荷预测和故障检测中展现潜力，而区块链技术有望实现MG集群的P2P能源交易。亟待突破的领域包括：

1. 核能-可再生能源混合系统的经济性优化

2. 电动汽车（EV）与MG的双向互动（V2G技术）

3. 针对网络攻击的弹性通信协议（如IEC 61850标准修订）

实施障碍剖析

经济性上，初始投资（如氢燃料电池）依赖政策补贴；技术上，短路电流（ShC）限制和中性点接地方式选择影响保护方案设计。标准化滞后（如IEEE 1547更新）和监管框架缺失仍是全球推广的主要瓶颈。

结论

微电网技术正从示范阶段迈向规模化应用，其成功依赖于跨学科创新——将电力电子（如SiC逆变器）、控制理论（分布式MPC）与信息技术（数字孪生）深度融合。未来十年，随着容量预计增长五倍（图1），MG或将成为碳中和目标的核心载体，但需解决“技术-政策-市场”三重壁垒以实现真正转型。