多微網(wǎng)技術(shù)體系

1、多微網(wǎng)技術(shù)體系報告題目：多微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究指導(dǎo)人：報告人：多微網(wǎng)技術(shù)體系摘要：本文主要就目前研究比較成熟的多微網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)進行比較分析研究，分別從物理結(jié)構(gòu)，運行控制策略，保護方案等方面進行了深入探討。 關(guān)鍵詞：多微網(wǎng) 運行控制保護1、物理結(jié)構(gòu)微網(wǎng)的結(jié)構(gòu)有串聯(lián)和并聯(lián)之分，為了滿足不同的功能需求，微網(wǎng)可以有多種結(jié)構(gòu)，以云 電科技園智能微網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為例， 圖1中包含兩個可孤島運行的子微網(wǎng)， 通過切換K11, K12 可形成串聯(lián)和并聯(lián)兩種組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。開關(guān)合閘：口開關(guān)分閘圖1多微網(wǎng)實例兩個子微網(wǎng)分別經(jīng) K2和K3接入配電網(wǎng)，其中子網(wǎng)A包括雙饋感應(yīng)發(fā)電機， 儲能蓄電池 A,柴油同步發(fā)電機和本地負荷。子網(wǎng) B

2、包括：單級式光伏發(fā)電系統(tǒng)，儲能蓄電池 B和本地 負荷1。微網(wǎng)中的微電源主要包括風力發(fā)電，光伏發(fā)電，微燃機發(fā)電，燃料電池以及儲能裝置， 其中前兩種為不可控電源，其隨機性和自然環(huán)境的變化密不可分。后幾種為可控電源。文獻2對于光伏電池，燃料電池，柴油發(fā)電機以及風力發(fā)電機控制模型進行了全面的分析，仿 真結(jié)果表明其控制策略的有效性。2、運行控制2.1 一種新型的電力系統(tǒng)管理概念-集群管理傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)是被用戶包圍的巨大發(fā)電站， 隨著微網(wǎng)的發(fā)展， 出現(xiàn)了一種新型的分布式電力系統(tǒng)， 該電力系統(tǒng)作為傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的有效輔助。 分布式電力系統(tǒng)是包含多種組成成分的復(fù)雜系統(tǒng)， 可以用電力集群的方法加以管理。 一個電力

3、集群不僅包括一個區(qū)域中分散的發(fā)電機或者一組客戶， 還包括整個電力系統(tǒng)， 也就是說， 一個小的分布式系統(tǒng)在適當?shù)囊?guī)模上受限于電氣或區(qū)域條件。每個電力集群是獨立設(shè)置并且基本上是自我管理和自我維持的，但是有時候集群會遭受電力短缺。電力的消耗總是動態(tài)的波動， 來自新能源的發(fā)電機也是間斷和連續(xù)變化的。 一個電力集群可能包含發(fā)電、存儲、 消耗和分配電力資源等要素，但一些集群并不包含所有的要素，例如，只有消耗的集群、只有存儲的集群和只有發(fā)電的集群，這些情況都是存在的。 很多不同的電力集群間相互連接形成一個“網(wǎng)絡(luò)” ，來保持電能的生產(chǎn)和消耗水平。每一個電力集群都應(yīng)該力求是自治的。 電力集群間的交換應(yīng)該僅限于彌

4、補短缺和處理盈余，將電力傳送的重要性最小化，然后降低能源損失。這樣的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是“松散耦合” ，而 不是緊密耦合。在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中， 能力流動基本是按照一個方向， 在電力集群網(wǎng)絡(luò)中， 能量的流動是雙向的。 電力集群間的接口應(yīng)該是直流的， 因為電力的傳輸是間斷和波動的，所以， 不能使用交流信號線來實現(xiàn)自主同步 3 。集群管理是一種新型的研究方向， 和大電網(wǎng)不同的是， 集群管理是自我管理， 自我維持的一種松弛耦合的電力網(wǎng)絡(luò)，并在他們之間進行機智的交換電能。2.2 運行控制策略( 1)對等控制在微網(wǎng)中每個微源地位平等， 沒有任何一個單元作為主控電源， 各個微源均采用相同的控制方式， 任何一個微源的接

5、入或退出均無需更改其他微源的控制方式。 這種控制方式對微源之間的通一訊聯(lián)系要求不高， 微源只需基于本地信息進行控制。 對等控制的思想可由下垂控制方法來實現(xiàn), 該方法要求各個微源表現(xiàn)出的外特性基本一致，從而便于微網(wǎng)系統(tǒng)整體的協(xié)調(diào)控制。(2) 主從控制在眾多微源中存在一個主控微源 , 其余為從控微源。該控制方式是從微網(wǎng)底層控制方面來實現(xiàn)的 4 。( 3 )基于多代理技術(shù)用于恢復(fù)故障方面， 傳遞的信息為失電標志以及負荷的需求， 當相鄰的代理收到信息后，將通過衡量自身需求，然后進行答復(fù)。用于暫態(tài)穩(wěn)定性方面，確定某一參考量， 可以是發(fā)電機組的轉(zhuǎn)角， 當擾動發(fā)生時， 可以通過預(yù)測轉(zhuǎn)角的擺動軌跡，進而采取相

6、應(yīng)的控制措施5 。用于控制微電網(wǎng)的過渡過程，利用靜態(tài)開關(guān)Agent (Static Switch Agent ， SS Agent)專門控制微網(wǎng)與上層連接的靜態(tài)開關(guān)。 采集相關(guān)信息， 包括各微源當前的工作狀態(tài)， 相應(yīng)時間以及能夠增發(fā)的功率，還有負載狀況，微網(wǎng)運行狀態(tài)等。2.2.1 微電源的控制方法（1）、恒功率（PQ控制恒功率控制主要用于微電網(wǎng)的并網(wǎng)控制，實現(xiàn)分布式發(fā)電機向電網(wǎng)輸入指定數(shù)值的有功和無功，在并網(wǎng)運行時，各微電源直接采用大電網(wǎng)的頻率和電壓作為參考來支持，微電網(wǎng)中的電壓，頻率，負荷波動是有大電網(wǎng)來承擔的。逆變器交流側(cè)的參數(shù)均為時變交流量，不利于設(shè)計控制系統(tǒng)。 因此通過坐標變換， 將三

7、相靜止對稱坐標系轉(zhuǎn)換成以電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的dq軸坐標系，三相靜止對稱坐標系中的基波正弦變量相應(yīng)轉(zhuǎn)化為dq軸坐標系中的直流變量，從而設(shè)計控制系統(tǒng)大大簡化了。圖2恒定控制功率原理圖圖中sin_cos信號是用鎖相環(huán)從電網(wǎng)側(cè)取得，為 abc_dq的基準頻率。（2）、電壓頻率（V-f）控制電壓/頻率（V/f ）控制與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的二次調(diào)頻類似，即無差調(diào)節(jié)。V/f控制目標是保證微電源輸出的電壓和頻率為給定參考值，一般為并網(wǎng)時的電壓和頻率。逆變器的V/f控制主要適用于微電網(wǎng)孤島運行，它可以提供電壓和頻率支撐并具有一定負荷功率的跟隨特 性。圖3 V-f控制原理圖2.2.2 微電源之間的控制策略在微電網(wǎng)并網(wǎng)

8、運行時， 所有微電源逆變器均采用 PQ控制，各DG根據(jù)自身情況或其他需要向電網(wǎng)輸入指定數(shù)值的有功和無功功率，由主電網(wǎng)確定電網(wǎng)的電壓和頻率，輸入電網(wǎng)的 功率不受電壓幅值或頻率變化的影響。當微電網(wǎng)孤島運行時，微電源逆變器控制方式不變， 儲能單元采用V/f控制，支撐微電網(wǎng)電壓和頻率，并依據(jù)下垂特性產(chǎn)生一定功率來補償微 電網(wǎng)并網(wǎng)時由主電網(wǎng)提供的功率。該方案在并網(wǎng)運行和孤島運行時都可以滿足微電網(wǎng)的要求。2.2.3 微電網(wǎng)之間的控制策略在保證微電網(wǎng)和上層電網(wǎng)都穩(wěn)定運行的情況下， 由于各級代理需要盡量使設(shè)定的目標達到最優(yōu)化，故各級代理之間需要進行相互協(xié)調(diào)。當穩(wěn)態(tài)運行時，最高層 Agent 主要負責能量管理，

9、其獲得所屬下層代理的所有信息以后，通過對市場經(jīng)濟性分析、多目標優(yōu)化來調(diào)整每個微電網(wǎng) Agent 的設(shè)定值。這些目標主要包括經(jīng)濟性指標和電能質(zhì)指標等。 當最高層 Agent 給微電網(wǎng) Agent 分配了指定值后， 微電網(wǎng) Agent 通過對最底層 Agent 進行相應(yīng)協(xié)調(diào)控制， 而不再需要上層電網(wǎng)對每一個微電源進行調(diào)節(jié)。微電網(wǎng) Agent 在控制底層 Agent 同時還要與上層Agent 交換數(shù)據(jù)，主要信息為該代理所在網(wǎng)絡(luò)的電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率以及微電網(wǎng)的狀態(tài)等。當并網(wǎng)發(fā)生故障時，可由相應(yīng) Agent 快速定位出故障點的位置，這會極大的提高排除電網(wǎng)故障的速度。如果故障點在微電網(wǎng)內(nèi)

10、部，該范圍管轄的元件Agent 迅速做出響應(yīng)，并將信息傳遞給微電網(wǎng) Agent ，微電網(wǎng) Agent 綜合各 Agent 上傳的信息給出新的控制目標。如果故障點在微電網(wǎng)外部， 上層電網(wǎng) Agent 會與各級Agent 相互通訊以后確定故障嚴重程度如何。如果無法通過自身調(diào)節(jié)恢復(fù)，相應(yīng)的微電網(wǎng) Agent 可以決定與上層電網(wǎng)斷開，進入孤島運行狀態(tài)，而這樣可以同時保證上層電網(wǎng)和微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。2.2.4 微電網(wǎng)控制中心( MGCC Micro-grid control center )微網(wǎng)由裝在中壓/低壓電站處的微網(wǎng)中央控制器管理。MGCCW位于本地的負荷控制器LC 和微電源控制器MC 交換信

11、息，設(shè)定 MC 和 LC 的運行點，從而對微源和負載的運行進行控制。MC控制每個MS發(fā)出的有功和無功功率，LC可以當做可控負載的接口， 緊急情況 下可切除本地負荷。 由于信息中主要就是 MGCC發(fā)送給LC和MC的命令信息，網(wǎng)絡(luò)控制器 之間交流的信息量很小。MGCC 通過通訊網(wǎng)絡(luò)收集微網(wǎng)系統(tǒng)信息，包括所有微源的輸出功率、微網(wǎng)母線電壓頻率幅值、配電網(wǎng)側(cè)電壓頻率幅值、靜態(tài)開關(guān)狀態(tài)、各負荷開關(guān)狀態(tài)等。然后MGCC根據(jù)接收到的微網(wǎng)系統(tǒng)信息決定系統(tǒng)的運行狀態(tài)和微網(wǎng)內(nèi)各元件的控制， 保證微網(wǎng)安全穩(wěn)定地運行。 同 時，經(jīng)過最優(yōu)化計算分配各微電源的輸出功率，使微網(wǎng)按照經(jīng)濟最優(yōu)化運行。最后， MGCC 向微網(wǎng)本地

12、控制器 MC LC發(fā)出具體的控制指令，完成 MGCC的控制目標。 值得一提的是，必須得考慮當通信中斷的時候微網(wǎng)的運行方式。 文獻 7 研究了并網(wǎng)時的紋波問題，提出了一種基于直接狀態(tài)開關(guān)的控制方法，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。3、保護方案文獻 8-9 提出了一種通過比較多點故障方向信息進行故障區(qū)段判斷的區(qū)域縱聯(lián)保護系統(tǒng)?？梢詾榘辔⒕W(wǎng)的配電系統(tǒng)提供快速保護功能；提出了一種故障正方向檢測的方法，對故障區(qū)段檢測算法進行了研究。由于多個微網(wǎng)的分支和分段比較多， 所以不同于高壓線路的兩端縱聯(lián)保護， 而是多段縱聯(lián)保護；綜合考慮含有多個微網(wǎng)的配電網(wǎng)特點，提出了一種主從式區(qū)域縱聯(lián)保護方案。故障檢測的算法在

13、保護主機內(nèi)完成， 需要采集的個保護從機對故障方向的判斷結(jié)果信息以及當前網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)信息； 其中保護從機的判斷信息可以通過通信線路傳輸給主機， 網(wǎng)絡(luò) 拓撲結(jié)構(gòu)則根據(jù)開關(guān)的位置狀態(tài)生成，然后通過關(guān)聯(lián)矩陣實現(xiàn)故障判斷。Kwi圖4變電站級區(qū)域縱聯(lián)保護原理示意圖圖 5 區(qū)域縱聯(lián)保護方案的工作流程參考文獻1 周念成 , 等. 串聯(lián)和并聯(lián)的多微網(wǎng)系統(tǒng)分層協(xié)調(diào)控制策略J. 電力系統(tǒng)自動化, 2013,37(1).2 王凌 . 微電源建模及其在微電網(wǎng)仿真中的應(yīng)用 J. 電力系統(tǒng)及其自動化學報, 2010,22(3):32-38.3 張躍 . 基于分布式發(fā)電與微網(wǎng)的一種新型電力集群網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究D. 青島科技大學,2010.4 肖朝霞 . 微網(wǎng)控制及運行特性分析D. 天津大學 , 2008.5 羅凱明 . 多代理技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用 J. 國際電力 , 2004, 8(3).6 陶銀正 . 微電網(wǎng)運行控制策略的研究及中央控制器的設(shè)計D. 合肥