微電網(wǎng)運(yùn)行與控制3

微電網(wǎng)運(yùn)行與控制2014-2015學(xué)年

第一學(xué)期2/4/20231微電網(wǎng)運(yùn)行與控制第一章微電網(wǎng)概述第二章微電網(wǎng)組成元件第三章微電網(wǎng)基本控制方法第四章微電網(wǎng)多代理優(yōu)化控制方法第五章微電網(wǎng)保護(hù)2/4/20232第三章微電網(wǎng)基本控制方法3.1微電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)3.2微電網(wǎng)控制方式2/4/202333.1微電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)離網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)并網(wǎng)→離網(wǎng)狀態(tài)離網(wǎng)→并網(wǎng)狀態(tài)故障/檢修狀態(tài)大電網(wǎng)直供負(fù)荷狀態(tài)2/4/20234過渡狀態(tài)非正常狀態(tài)正常狀態(tài)3.1微電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)2/4/202353.1微電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)并網(wǎng)狀態(tài)

運(yùn)行于聯(lián)網(wǎng)模式時(shí)，母線電壓頻率和負(fù)載由大電網(wǎng)支撐。微網(wǎng)一般被要求控制為一個(gè)“好公民”或者“模范公民”。

作為“好公民”時(shí)，微網(wǎng)在與配電網(wǎng)連接時(shí)需滿足配電網(wǎng)的接口要求，同時(shí)不參與主電網(wǎng)的操作。此時(shí)，微網(wǎng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)減少電能短缺、提高當(dāng)?shù)仉妷嘿|(zhì)量和不造成電能質(zhì)量的惡化等目標(biāo)。

作為“模范公民”時(shí)，要求微網(wǎng)能為大電網(wǎng)提供一些輔助操作，例如：參與大電網(wǎng)的電壓和頻率調(diào)節(jié)，參與維持整個(gè)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，提高故障承受能力等等2/4/202363.1微電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)離網(wǎng)狀態(tài)運(yùn)行于孤島模式時(shí)，微網(wǎng)必須能維持自己的電壓和頻率。在傳統(tǒng)電網(wǎng)中，頻率能通過大型發(fā)電廠內(nèi)擁有大慣性的發(fā)電機(jī)來維持，電壓通過調(diào)節(jié)無功功率來維持。在微網(wǎng)中，由于采用大量電力電子設(shè)備作為接口，其系統(tǒng)慣性小或無慣性、過載能力差、以及采用可再生能源發(fā)電的分布式電源輸出電能的間歇性和負(fù)載功率的多變性增加了微網(wǎng)頻率和電壓控制的難度。而且配電網(wǎng)線路阻抗呈阻性，使電壓不僅與無功功率有關(guān)也與有功功率有關(guān)，控制電壓需要通過控制有功和無功功率兩個(gè)方面來完成。2/4/202373.1微電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)切換狀態(tài)

微網(wǎng)運(yùn)行在兩種模式之間切換的暫態(tài)時(shí)，維持微網(wǎng)穩(wěn)定是其最主要的問題。

如果微網(wǎng)在聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)吸收或輸出功率到電網(wǎng)，當(dāng)微網(wǎng)突然從聯(lián)網(wǎng)模式切換到孤島模式時(shí)，微網(wǎng)產(chǎn)生的電能和負(fù)荷需求之間的不平衡將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，此時(shí)設(shè)計(jì)合理微網(wǎng)結(jié)構(gòu)和采用恰當(dāng)?shù)目刂品椒ㄊ欠浅Ｖ匾摹?/p>

當(dāng)微網(wǎng)從孤島模式重連到大電網(wǎng)，如何與電網(wǎng)同步是其主要問題。目前，儲(chǔ)能裝置對(duì)缺少慣性的微網(wǎng)是維持其暫態(tài)能量平衡的必要元件。2/4/20238第三章微電網(wǎng)基本控制方法3.1微電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)3.2微電網(wǎng)控制方式2/4/202393.2、微電網(wǎng)控制方式（一）主從控制1、以分布式電源作為主控制器2、以中心控制器作為主控制器（二）

對(duì)等控制1、分層協(xié)調(diào)控制2、自治協(xié)調(diào)控制2/4/202310（一）主從控制主從控制就是微網(wǎng)的控制系統(tǒng)中存在某一個(gè)控制器為主控制器，其余為從控制器，主從控制器之間一般需要通信聯(lián)系，且從控制器服從主控制器。以分布式電源作為主控制器以中心控制器作為主控制器2/4/2023113.2、微電網(wǎng)控制方式以分布式電源作為主控制器微網(wǎng)底層分布式電源的控制是一種主從控制結(jié)構(gòu)。由于這種主從控制存在于分布式電源層，所以其通信聯(lián)系是強(qiáng)聯(lián)系，一旦通信失敗，微網(wǎng)將無法正常工作。2/4/202312主單元分布式控制策略聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)微網(wǎng)中所有分布式電源采用PQ控制，即微網(wǎng)不參與系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)，只輸出指定的有功和無功功率；在孤島運(yùn)行時(shí)主單元采用V/f控制維持系統(tǒng)的電壓和頻率恒定。（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式恒功率控制控制目的是使分布式電源輸出的有功功率和無功功率等于其參考功率。2/4/202313有功功率控制器調(diào)整頻率下垂特性曲線使分布式電源輸出的有功功率始終維持在參考值附近；無功功率控制器則調(diào)整電壓下垂特性曲線使無功功率也維持在相應(yīng)的參考值附近。（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式V/f控制2/4/202314V/f控制原理基本思想：輸出電壓的幅值和頻率一直維持不變分布式電源輸出的有功功率從P1變化到P3，無功功率從Q1變化到Q3，其輸出的頻率始終為50Hz，電壓幅值為額定值。（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式恒功率控制2/4/202315（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式V/f控制方法12/4/202316分布式電源不管系統(tǒng)負(fù)荷功率如何變化，其端口輸出的電壓和頻率一直維持恒定當(dāng)負(fù)荷需求量小于發(fā)電量時(shí)，主單元吸收剩余電能；負(fù)荷需求量大于發(fā)電量時(shí)，主單元?jiǎng)t提供更多電能；（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式2/4/202317主單元相當(dāng)于無窮大母線；在動(dòng)態(tài)過程中，由于這種方法使用鎖相環(huán)（PLL）檢測(cè)系統(tǒng)頻率作為逆變器頻率的參考輸入，所以采用這種控制方法電壓的幅值在動(dòng)態(tài)程中變化更小。（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式恒功率控制

當(dāng)系統(tǒng)頻率為50Hz、分布式電源的端口電壓為額定值，分布式電源運(yùn)行在B點(diǎn)，輸出的有功功率和無功功率分為Pref、Qref；

當(dāng)系統(tǒng)的頻率增加，且分布式電源的端口電壓幅值增大，此時(shí)分布式電源運(yùn)行點(diǎn)將由B點(diǎn)向A點(diǎn)移動(dòng)，輸出的有功和無功依然為Pref、Qref；

當(dāng)系統(tǒng)的頻率減小，且分布式電源的端口電壓幅值減小，分布式電源運(yùn)行點(diǎn)將由B點(diǎn)向C點(diǎn)移動(dòng)，輸出的有功和無功依然為Pref、Qref；2/4/202318該控制方法需要系統(tǒng)中有維持電壓和頻率的分布式電源或電網(wǎng)（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式以中心控制器作為主控制單元

上層管理系統(tǒng)管理底層多個(gè)分布式電源和各類負(fù)荷的一種控制方法，所以底層分布式電源與上層管理系統(tǒng)之間亦需要通信聯(lián)系。但是這種通信聯(lián)系是弱聯(lián)系，即使短時(shí)間通信失敗，微網(wǎng)仍能正常運(yùn)行。2/4/202319（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式以中心控制器作為主控制單元

2/4/202320上層中心控制器根據(jù)分布式電源原動(dòng)機(jī)的輸出功率和微網(wǎng)內(nèi)的負(fù)荷需求變化調(diào)節(jié)底層分布式電源控制器的穩(wěn)態(tài)設(shè)置點(diǎn)和切聯(lián)負(fù)荷。

微網(wǎng)內(nèi)供需平衡動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)依靠底層分布式電源控制器來完成。底層的分布式電源控制器可以采用主從控制也可采用對(duì)等控制。（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式以中心控制器作為主控制單元

2/4/202321日本微網(wǎng)展示項(xiàng)目分層控制中心控制器首先對(duì)發(fā)電單元的發(fā)電量和負(fù)荷需求量進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后制定相應(yīng)實(shí)時(shí)運(yùn)行計(jì)劃，控制分布式電源、負(fù)荷和儲(chǔ)能裝置的起停，同時(shí)控制微網(wǎng)內(nèi)的電壓和頻率并為系統(tǒng)提供相關(guān)保護(hù)功能。（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式以中心控制器作為主控制單元

2/4/202322歐盟多微網(wǎng)項(xiàng)目三層控制方法最上層為中壓配電網(wǎng)監(jiān)控中心中間層是單個(gè)微網(wǎng)的中心控制器（MGCC,microgridcentralcontroller）分布式電源和負(fù)荷的當(dāng)?shù)乜刂破鳎↙C）（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式以中心控制器作為主控制單元

2/4/202323歐盟多微網(wǎng)項(xiàng)目三層控制方法中壓配電網(wǎng)監(jiān)控中心配電網(wǎng)絡(luò)操作人員（DNO）和市場(chǎng)管理人員（MO）可在此層完成相應(yīng)的調(diào)度管理。主要負(fù)責(zé)根據(jù)市場(chǎng)和調(diào)度要求來管理和調(diào)度系統(tǒng)中的多個(gè)微網(wǎng)中壓配電網(wǎng)監(jiān)控中MGCC）微網(wǎng)中心控制器負(fù)責(zé)最大化微網(wǎng)價(jià)值的實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化微網(wǎng)操作，它的功能主包括：1）根據(jù)市場(chǎng)電價(jià)、配電網(wǎng)絡(luò)操作人員的要求及負(fù)荷預(yù)測(cè)并優(yōu)化微網(wǎng)中分布式電源的發(fā)電量；2）通過改變分布式電源有功功率和無功功率的輸出設(shè)置點(diǎn)和切聯(lián)負(fù)荷實(shí)現(xiàn)二次頻率調(diào)整。（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式以中心控制器作為主控制單元

2/4/202324歐盟多微網(wǎng)項(xiàng)目三層控制方法分布式電源和負(fù)荷的當(dāng)?shù)乜刂破鳎↙C）負(fù)責(zé)分布式電源的正常運(yùn)行，而負(fù)荷控制器則按照中心控制器的指令斷開或重聯(lián)負(fù)荷，需要具備自治控制能力分層控制方案的軟件采用多agent技術(shù)實(shí)現(xiàn)（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式二、微電網(wǎng)控制方式2.1主從控制以分布式電源作為主控制器以中心控制器作為主控制器2.2對(duì)等控制分層協(xié)調(diào)控制自治協(xié)調(diào)控制2/4/202325定義：

每個(gè)分布式電源有相等的地位，沒有一個(gè)單元像主控制單元或中心儲(chǔ)能單元那樣對(duì)微網(wǎng)有著特別重要的作用。同時(shí)這種控制方法能讓微網(wǎng)具有“即插即用”的功能。“即插即用”：能量平衡的條件下，微網(wǎng)中的任何一個(gè)分布式電源在接入或斷開時(shí)，不需要改變微網(wǎng)中其它單元的設(shè)置2/4/202326要求分布式電源采用本地變量進(jìn)行控制，不同分布式電源之間沒有通信聯(lián)系。離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，DG采用相同的控制方法，母線電壓幅值和頻率由所有分布式電源和當(dāng)?shù)刎?fù)荷控制共同決定（二）對(duì)等控制3.2、微電網(wǎng)控制方式逆變器接口控制策略：下垂控制f-P,V-Q下垂控制P-f,Q-V下垂控制虛擬發(fā)電機(jī)控制2/4/202327（二）對(duì)等控制3.2、微電網(wǎng)控制方式2/4/202328它利用分布式電源輸出有功功率和頻率呈線性關(guān)系而無功功率和電壓幅值成線性關(guān)系的原理而進(jìn)行控制。分布式電源輸出有功和無功功率分別增加時(shí)，分布式電源的運(yùn)行點(diǎn)由A點(diǎn)向B點(diǎn)移動(dòng)。該控制方法由于其具有不需要分布式電源之間通信聯(lián)系就能實(shí)施其控制的潛力下垂控制（二）對(duì)等控制3.2、微電網(wǎng)控制方式2/4/202329下垂控制

（二）對(duì)等控制3.2、微電網(wǎng)控制方式2/4/202330下垂控制頻率-有功下垂電壓-無功下垂有功-頻率下垂無功-電壓下垂（二）對(duì)等控制3.2、微電網(wǎng)控制方式2/4/202331下垂控制對(duì)于f-P和V-Q下垂控制，由于其輸出為分布式電源參考有功和無功功率，所以必須增加內(nèi)環(huán)控制器才可能控制其接口逆變器。頻率-有功電壓-無功控制實(shí)現(xiàn)（二）對(duì)等控制3.2、微電網(wǎng)控制方式2.2對(duì)等控制2/4/202332下垂控制對(duì)于f-P和V-Q下垂控制，由于其輸出為分布式電源參考有功和無功功率，所以必須增加內(nèi)環(huán)控制器才可能控制其接口逆變器。有功-頻率無功-電壓控制實(shí)現(xiàn)2.2對(duì)等控制2/4/202333對(duì)于f-P和V-Q下垂控制，由于其輸出為分布式電源參考有功和無功功率，所以必須增加內(nèi)環(huán)控制器才可能控制其接口逆變器。有功-頻率無功-電壓控制實(shí)現(xiàn)虛擬同步發(fā)電機(jī)控制

控制目標(biāo)：逆變器接口模擬同步發(fā)電機(jī)特性，提高分微電網(wǎng)的系統(tǒng)慣性，從而提高微電網(wǎng)的控制穩(wěn)定性。2/4/202334（二）對(duì)等控制3.2、微電網(wǎng)控制方式虛擬同步發(fā)電機(jī)控制2/4/202335虛擬同步發(fā)電控制思想（二）對(duì)等控制3.2、微電網(wǎng)控制方式虛擬同步發(fā)電機(jī)控制2/4/202336虛擬同步發(fā)電機(jī)控制策略（二）對(duì)等控制3.2、微電網(wǎng)控制方式2/4/202337下垂控制兩種下垂控制對(duì)比對(duì)于逆變器接口的分布式電源來說，它們不是傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，沒有轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程，而微網(wǎng)在孤島運(yùn)行時(shí)必須控制系統(tǒng)的頻率和電壓。如果采用f-P和V-Q下垂控制必須設(shè)計(jì)內(nèi)環(huán)控制器，通過內(nèi)環(huán)控制器模擬轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程來實(shí)現(xiàn)其控制，因此該控制方法依賴于內(nèi)環(huán)控制器的設(shè)計(jì)f-P和V-Q控制方法需要足夠精確的頻率測(cè)量裝置確?？刂撇呗缘膶?shí)施f-P和V-Q控制方法可能在系統(tǒng)孤島模式運(yùn)行并且空載時(shí)引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，因?yàn)檫@時(shí)網(wǎng)絡(luò)阻抗將變得無窮大，小的電流變化將導(dǎo)致大的電壓變化。而P-f和Q-V下垂控制可以應(yīng)用單環(huán)控制器直接控制其分布式電源接口逆變器，控制器設(shè)計(jì)簡單。

P-f和Q-V下垂控制方法時(shí)，多個(gè)分布式電源將同時(shí)參與系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)P-f和Q-V下垂控制是目前微電源逆變器的主流控制方法（二）對(duì)等控制3.2、微電網(wǎng)控制方式3.3微電網(wǎng)控制方式主從控制策略和對(duì)等控制策略對(duì)比：以一個(gè)分布式電源為主控制單元主從控制：底層分布式電源之間需要強(qiáng)的通信聯(lián)系，增加成本，降低可靠性，并且由于采用這種控制方法，整個(gè)系統(tǒng)對(duì)主單元有很強(qiáng)的依賴性，主控制單元控制失效和通信失敗，整個(gè)微網(wǎng)就會(huì)癱瘓以中心控制器為主控制單元的主從控制策略，由于其通信聯(lián)系不是強(qiáng)聯(lián)系，中心控制器能起到管理微網(wǎng)的作用，隨著微網(wǎng)概念的發(fā)展，這種分層控制系統(tǒng)是一個(gè)很好的選擇對(duì)等控制：分布式電源之間不需要通信聯(lián)系就能實(shí)現(xiàn)功率共享，不同分布式電源之間地位相等，控制具有冗余性2/4/202338微電網(wǎng)運(yùn)行與控制2014-2015學(xué)年

第一學(xué)期2/4/202339微電網(wǎng)運(yùn)行與控制第一章微電網(wǎng)概述第二章微電網(wǎng)組成元件第三章微電網(wǎng)基本控制方法第四章微電網(wǎng)多代理優(yōu)化控制方法第五章微電網(wǎng)保護(hù)2/4/202340第四章微電網(wǎng)多代理優(yōu)化控制法4.1agent基本理論4.2多agent技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用2/4/2023414.1agent基本理論Agent概念首先是由麻省理工學(xué)院的著名計(jì)算機(jī)學(xué)家和人工智能學(xué)科創(chuàng)始人之一的minsky提出來的。Agent是駐留于環(huán)境中的實(shí)體,既可以是硬件也可以是軟件弱定義：具有自主性、社會(huì)性、反應(yīng)性和能動(dòng)性等基本特性強(qiáng)定義：除了上述基本特性之外,還具有理性、信念、通信能力等人類特冇的一些特性2/4/2023424.1agent基本理論（1）自主性；（2）交互性；（3）反應(yīng)性；（4）社會(huì)性；（5）環(huán)境協(xié)調(diào)性；2/4/202343Agent特征一、agent基本理論2/4/202344Agent體系結(jié)構(gòu)單Agent的工作過程一、agent基本理論2/4/202345單Agent的工作過程Agent體系結(jié)構(gòu)一、agent基本理論多代理系統(tǒng)MAS(MULTI-Agent-system)

包含了多個(gè)Agent,是由具有不同信息或不同利益的多個(gè)自治實(shí)體組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是一個(gè)松散耦合的的分布式交互系統(tǒng)。

2/4/202346一、agent基本理論多代理系統(tǒng)MAS(MULTI-Agent-system)特點(diǎn)：Agent都具有自治性和主動(dòng)性系統(tǒng)內(nèi)部的交互性和系統(tǒng)整體的封裝性每個(gè)代理之間只進(jìn)行少量的信息交流每個(gè)代理針對(duì)不同的目標(biāo)有不同的運(yùn)行方式

2/4/2023471+1>2一、agent基本理論多代理系統(tǒng)MAS(MULTI-Agent-system)結(jié)構(gòu)：集中式結(jié)構(gòu)分布式結(jié)構(gòu)混合式結(jié)構(gòu)

2/4/202348一、agent基本理論2/4/202349MAS集中式結(jié)構(gòu)一、agent基本理論2/4/202350MAS分布式結(jié)構(gòu)一、agent基本理論2/4/202351MAS混合結(jié)構(gòu)一、agent基本理論MAS中的關(guān)鍵問題：(1)通信機(jī)制直接通信；廣播通信、公共黑板系統(tǒng)公共黑板系統(tǒng)?(2)協(xié)調(diào)機(jī)制協(xié)調(diào)多個(gè)Agent共同完成某個(gè)任務(wù)存在合作，競爭，沖突，跟從等多種情況(3)自治機(jī)制Agent能夠?qū)Νh(huán)境的做出相應(yīng)的反應(yīng)2/4/202352二、MAS在微電網(wǎng)中的應(yīng)用2/4/202353歐盟的三層微電網(wǎng)控制結(jié)構(gòu)最上層為中壓配電網(wǎng)監(jiān)控中心中間層是單個(gè)微網(wǎng)的中心控制器（MGCC,microgridcentralcontroller）分布式電源和負(fù)荷的當(dāng)?shù)乜刂破鳎↙C）2/4/202354二、MAS在微電網(wǎng)中的應(yīng)用與之相對(duì)應(yīng)微電網(wǎng)存在三種類型的agent1、元件級(jí)agent分布式電源控制，發(fā)電控制，儲(chǔ)能元件的控制，和部分負(fù)荷控制2、微電網(wǎng)的整體運(yùn)行agent主要針對(duì)微電網(wǎng)內(nèi)部的調(diào)度控制3、配電網(wǎng)監(jiān)控層代理根據(jù)大電網(wǎng)和微電網(wǎng)運(yùn)行情況，制定調(diào)度計(jì)劃根據(jù)大電網(wǎng)和微電網(wǎng)運(yùn)行情況，發(fā)布并網(wǎng)電價(jià)2/4/202355IEEE9節(jié)點(diǎn)microgrid系統(tǒng)從2/4