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多微网技术体系报告

题目： 多微电网核心技术研究
指引人：
报告人：

多微网技术体系

摘要：本文重要就当前研究比较成熟多微网核心技术进行比较分析研究，分别从物理构造，运营控制方略，保护方案等方面进行了进一步探讨。
核心词：多微网 运营控制 保护

1、 物理构造

微网构造有串联和并联之分，为了满足不同功能需求微网可以有各种构造，以云电科技园智能微网系统构造为例，图1中包括两个可孤岛运营子微网，通过切换K11，K12可形成串联和并联两种组网构造。

图1 多微网实例
两个子微网分别经K2和K3接入配电网，其中子网A涉及双馈感应发电机，储能蓄电池A，柴油同步发电机和本地负荷。子网B涉及：单级式光伏发电系统，储能蓄电池B和本地负荷[1]。
微网中微电源重要涉及风力发电，光伏发电，微燃机发电，燃料电池以及储能装置，其中前两种为不可控电源，其随机性和自然环境变化密不可分。后几种为可控电源。文献[2]对于光伏电池，燃料电池，柴油发电机以及风力发电机控制模型进行了全面分析，仿真成果表白其控制方略有效性

2、 运营控制

2.1 一种新型电力系统管理概念-集群管理

老式电力系统是被顾客包围巨大发电站，随着微网发展，浮现了一种新型分布式电力系统，该电力系统作为老式电力系统有效辅助。分布式电力系统是包括各种构成成分复杂系统，可以用电力集群办法加以管理。一种电力集群不但涉及一种区域中分散发电机或者一组客户，还涉及整个电力系统，也就是说，一种小分布式系统在恰当规模上受限于电气或区域条件。每个电力集群是独立设立并且基本上是自我管理和自我维持，但是有时候集群会遭受电力短缺。
电力消耗总是动态波动，来自新能源发电机也是间断和持续变化。一种电力集群也许包括发电、存储、消耗和分派电力资源等要素，但某些集群并不包括所有要素，例如，只有消耗集群、只有存储集群和只有发电集群，这些状况都是存在。诸多不同电力集群间互相连接形成一种“网络”，来保持电能生产和消耗水平。
每一种电力集群都应当力求是自治。电力集群间互换应当仅限于弥补短缺和解决盈余，将电力传送重要性最小化，然后减少能源损失。这样网络应当是“松散耦合”，而不是紧密耦合。
在老式电力系统中，能力流动基本是按照一种方向，在电力集群网络中，能量流动是双向。电力集群间接口应当是直流，由于电力传播是间断和波动，因此，不能使用交流信号线来实现自主同步[3]。
集群管理是一种新型研究方向，和大电网不同是，集群管理是自我管理自我维持一种松弛耦合电力网络，并在她们之间进行机智互换电能。

2.2 运营控制方略

（1） 对等控制
在微网中每个微源地位平等，没有任何一种单元作为主控电源，各个微源均采用相似控制方式，任何一种微源接入或退出均无需更改其她微源控制方式。这种控制方式对微源之间通一讯联系规定不高，微源只需基于本地信息进行控制。对等控制思想可由下垂控制办法来实现,该办法规定各个微源体现出外特性基本一致，从而便于微网系统整体协调控制。
(2)主从控制
在众多微源中存在一种主控微源,别的为从控微源。该控制方式是从微网底层控制方面来实现[4]。
（3）基于多代理技术
用于恢复故障方面，传递信息为失电标志以及负荷需求，当相邻代理收到信息后，将通过衡量自身需求，然后进行答复。
用于暂态稳定性方面，拟定某一参照量，可以是发电机组转角，当扰动发生时，可以通过预测转角摆动轨迹，进而采用相应控制办法[5]。
用于控制微电网过渡过程，运用静态开关Agent（Static Switch Agent，SS Agent）专门控制微网与上层连接静态开关。采集有关信息，涉及各微源当前工作状态，相应时间以及可以增发功率，尚有负载状况，微网运营状态等。

2.2.1微电源控制办法
（1）、恒功率（PQ）控制
恒功率控制重要用于微电网并网控制，实现分布式发电机向电网输入指定数值有功和无功，在并网运营时，各微电源直接采用大电网频率和电压作为参照来支持，微电网中电压，频率，负荷波动是有大电网来承担。
逆变器交流侧参数均为时变交流量，不利于设计控制系统。因而通过坐标变换，将三相静止对称坐标系转换成以电网基波频率同步旋转dq轴坐标系，三相静止对称坐标系中基波正弦变量相应转化为 dq 轴坐标系中直流变量，从而设计控制系统大大简化了。

图2 恒定控制功率原理图
图中sin_cos信号是用锁相环从电网侧获得，为abc_dq基准频率。
（2）、电压频率（V-f）控制
电压/频率（V/f）控制与老式电力系统二次调频类似，即无差调节。V/f控制目的是
保证微电源输出电压和频率为给定参照值，普通为并网时电压和频率。逆变器 V/f 控制重要合用于微电网孤岛运营，它可以提供电压和频率支撑并具备一定负荷功率跟随特性。

图3 V-f控制原理图
2.2.2微电源之间控制方略

在微电网并网运营时，所有微电源逆变器均采用 PQ 控制，各 DG 依照自身状况或其她需要向电网输入指定数值有功和无功功率，由主电网拟定电网电压和频率，输入电网功率不受电压幅值或频率变化影响。当微电网孤岛运营时，微电源逆变器控制方式不变，储能单元采用 V/f 控制，支撑微电网电压和频率，并根据下垂特性产生一定功率来补偿微电网并网时由主电网提供功率该方案在并网运营和孤岛运营时都可以满足微电网规定。

2.2.3微电网之间控制方略

在保证微电网和上层电网都稳定运营状况下，由于各级代理需要尽量使设定目的达到最优化，故各级代理之间需要进行互相协调。
当稳态运营时，最高层 Agent 重要负责能量管理，其获得所属下层代理所有信息后来，通过对市场经济性分析、多目的优化来调节每个微电网 Agent设定值。这些目的重要涉及经济性指标和电能质指标等。当最高层 Agent 给微电网 Agent 分派了指定值后，微电网 Agent 通过对最底层 Agent 进行相应协调控制，而不再需要上层电网对每一种微电源进行调节。微电网 Agent 在控制底层 Agent 同步还要与上层 Agent 互换数据，重要信息为该代理所在网络电压、电流、频率、有功功率、无功功率以及微电网状态等。
当并网发生故障时，可由相应 Agent 迅速定位出故障点位置，这会极大提高排除电网故障速度。如果故障点在微电网内部，该范畴管辖元件Agent 迅速做出响应，并将信息传递给微电网 Agent，微电网 Agent 综合各 Agent上传信息给出新控制目的。如果故障点在微电网外部，上层电网 Agent 会与各级 Agent 互相通讯后来拟定故障严重限度如何。如果无法通过自身调节恢复，相应微电网 Agent 可以决定与上层电网断开，进入孤岛运营状态，而这样可以同步保证上层电网和微电网安全稳定运营。

2.2.4微电网控制中心（MGCC Micro-grid control center）

微网由装在中压/低压电站处微网中央控制器管理。MGCC 与位于本地负荷控制器 LC 和微电源控制器 MC 互换信息，设定 MC 和 LC 运营点，从而对微源和负载运营进行控制。MC 控制每个 MS 发出有功和无功功率，LC 可以当做可控负载接口，紧急状况下可切除本地负荷。由于信息中重要就是 MGCC 发送给 LC 和 MC 命令信息，网络控制器之间交流信息量很小。
MGCC 通过通讯网络收集微网系统信息，涉及所有微源输出功率、微网母线电压频率幅值、配电网侧电压频率幅值、静态开关状态、各负荷开关状态等。然后 MGCC 依照接受到微网系统信息决定系统运营状态和微网内各元件控制，保证微网安全稳定地运营。同步，通过最优化计算分派各微电源输出功率，使微网按照经济最优化运营。最后，MGCC 向微网本地控制器MC、LC 发出详细控制指令，完毕 MGCC 控制目的[6]。
值得一提是，必要得考虑当通信中断时候微网运营方式。
文献[7]研究了并网时纹波问题，提出了一种基于直接状态开关控制办法，提高了系统稳定性和控制精度。

3、 保护方案
文献[8-9]提出了一种通过比较多点故障方向信息进行故障区段判断区域纵联保护系统。可觉得包括多微网配电系统提供迅速保护功能；提出了一种故障正方向检测办法，对故障区段检测算法进行了研究。
由于各种微网分支和分段比较多，因此不同于高压线路两端纵联保护，而是多段纵联保护；综合考虑具有各种微网配电网特点，提出了一种主从式区域纵联保护方案。
故障检测算法在保护主机内完毕，需要采集个保护从机对故障方向判断成果信息以及当前网络拓扑构造信息；其中保护从机判断信息可以通过通信线路传播给主机，网络拓扑构造则依照开关位置状态生成，然后通过关联矩阵实现故障判断。

图4 变电站级区域纵联保护原理示意图

图5 区域纵联保护方案工作流程
参照文献
[1] 周念成，等. 串联和并联多微网系统分层协调控制方略[J]. 电力系统自动化，，37(1).
[2] 王凌. 微电源建模及其在微电网仿真中应用[J]. 电力系统及其自动化学报，，22(3):32-38.
[3] 张跃. 基于分布式发电与微网一种新型电力集群网络技术研究[D]. 青岛科技大学，.
[4] 肖朝霞. 微网控制及运营特性分析[D]. 天津大学，.
[5] 罗凯明. 多代理技术在电力系统中应用[J]. 国际电力，，8(3).
[6] 陶银正. 微电网运营控制方略研究及中央控制器设计[D]. 合肥工业大学，.
[7] 周贤正. 合用于低压微网多微源协调控制方略研究[D]. 湖南大学，.
[8] 丛伟，等. 包括多微网配电系统故障检测算法[J]. 电力自动化设备，，30(7):50-53.
[9] 张嵩. 用于包括多微网配电系统保护装置研究[D]. 山东大学，.