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)。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包括：單級式光伏發(fā)電系

2、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。一個電力集群不僅包括一個區(qū)域中分散的發(fā)電機或者

3、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

4、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

5、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

6、 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

7、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)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

8、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，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

9、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)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

10、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。MGCC 與位于本地的負荷控制器 LC 和微電源控制器 MC 交換信息，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

11、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)本地控制器MC、LC 發(fā)出具體的控制指令，完成 MGCC 的控制目標6。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

12、。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。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(xué)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(xué), 2010.4 肖朝霞. 微網(wǎng)控制及運行特性分析D. 天津大學(xué), 2008.5 羅凱明. 多代理技術(shù)在電