多微網(wǎng)技術(shù)體系

多微網(wǎng)技術(shù)體系報(bào)告題目：多微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究指導(dǎo)人：報(bào)告人：多微網(wǎng)技術(shù)體系摘要：本文重要就目前研究比較成熟的多微網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行比較分析研究，分別從物理結(jié)構(gòu)，運(yùn)營(yíng)控制策略，保護(hù)方案等方面進(jìn)行了進(jìn)一步探討。關(guān)鍵詞：多微網(wǎng)運(yùn)營(yíng)控制保護(hù)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(gè)可孤島運(yùn)營(yíng)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(shí)例兩個(gè)子微網(wǎng)分別經(jīng)K2和K3接入配電網(wǎng)，其中子網(wǎng)A涉及雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)，儲(chǔ)能蓄電池A，柴油同步發(fā)電機(jī)和本地負(fù)荷。子網(wǎng)B涉及：?jiǎn)渭?jí)式光伏發(fā)電系統(tǒng)，儲(chǔ)能蓄電池B和本地負(fù)荷[1]。微網(wǎng)中的微電源重要涉及風(fēng)力發(fā)電，光伏發(fā)電，微燃機(jī)發(fā)電，燃料電池以及儲(chǔ)能裝置，其中前兩種為不可控電源，其隨機(jī)性和自然環(huán)境的變化密不可分。后幾種為可控電源。文獻(xiàn)[2]對(duì)于光伏電池，燃料電池，柴油發(fā)電機(jī)以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制模型進(jìn)行了全面的分析，仿真結(jié)果表白其控制策略的有效性。運(yùn)營(yíng)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(gè)電力集群不僅涉及一個(gè)區(qū)域中分散的發(fā)電機(jī)或者一組客戶，還涉及整個(gè)電力系統(tǒng)，也就是說，一個(gè)小的分布式系統(tǒng)在適當(dāng)?shù)囊?guī)模上受限于電氣或區(qū)域條件。每個(gè)電力集群是獨(dú)立設(shè)立并且基本上是自我管理和自我維持的，但是有時(shí)候集群會(huì)遭受電力短缺。電力的消耗總是動(dòng)態(tài)的波動(dòng)，來自新能源的發(fā)電機(jī)也是間斷和連續(xù)變化的。一個(gè)電力集群也許包含發(fā)電、存儲(chǔ)、消耗和分派電力資源等要素，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(chǔ)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互相連接形成一個(gè)“網(wǎng)絡(luò)”，來保持電能的生產(chǎn)和消耗水平。每一個(gè)電力集群都應(yīng)當(dāng)力求是自治的。電力集群間的互換應(yīng)當(dāng)僅限于填補(bǔ)短缺和解決盈余，將電力傳送的重要性最小化，然后減少能源損失。這樣的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)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(dòng)基本是按照一個(gè)方向，在電力集群網(wǎng)絡(luò)中，能量的流動(dòng)是雙向的。電力集群間的接口應(yīng)當(dāng)是直流的，由于電力的傳輸是間斷和波動(dòng)的，所以，不能使用交流信號(hào)線來實(shí)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(jìn)行機(jī)智的互換電能。2.2運(yùn)營(yíng)控制策略對(duì)等控制在微網(wǎng)中每個(gè)微源地位平等，沒有任何一個(gè)單元作為主控電源，各個(gè)微源均采用相同的控制方式，任何一個(gè)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(duì)微源之間的通一訊聯(lián)系規(guī)定不高，微源只需基于本地信息進(jìn)行控制。對(duì)等控制的思想可由下垂控制方法來實(shí)現(xiàn),該方法規(guī)定各個(gè)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(gè)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(shí)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(biāo)志以及負(fù)荷的需求，當(dāng)相鄰的代理收到信息后，將通過衡量自身需求，然后進(jìn)行答復(fù)。用于暫態(tài)穩(wěn)定性方面，擬定某一參考量，可以是發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)角，當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生時(shí)，可以通過預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)角的擺動(dòng)軌跡，進(jìn)而采用相應(yīng)的控制措施[5]。用于控制微電網(wǎng)的過渡過程，運(yùn)用靜態(tài)開關(guān)Agent（StaticSwitchAgent，SSAgent）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，涉及各微源當(dāng)前的工作狀態(tài)，相應(yīng)時(shí)間以及可以增發(fā)的功率，尚有負(fù)載狀況，微網(wǎng)運(yùn)營(yíng)狀態(tài)等。2.2.1微電源的控制方法（1）、恒功率（PQ）控制恒功率控制重要用于微電網(wǎng)的并網(wǎng)控制，實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸入指定數(shù)值的有功和無功，在并網(wǎng)運(yùn)營(yíng)時(shí)，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(fù)荷波動(dòng)是有大電網(wǎng)來承擔(dān)的。逆變器交流側(cè)的參數(shù)均為時(shí)變交流量，不利于設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。因此通過坐標(biāo)變換，將三相靜止對(duì)稱坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成以電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的dq軸坐標(biāo)系，三相靜止對(duì)稱坐標(biāo)系中的基波正弦變量相應(yīng)轉(zhuǎn)化為dq軸坐標(biāo)系中的直流變量，從而設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化了。圖2恒定控制功率原理圖圖中sin_cos信號(hào)是用鎖相環(huán)從電網(wǎng)側(cè)取得，為abc_dq的基準(zhǔn)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控制目的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(shí)的電壓和頻率。逆變器的V/f控制重要合用于微電網(wǎng)孤島運(yùn)營(yíng)，它可以提供電壓和頻率支撐并具有一定負(fù)荷功率的跟隨特性。圖3V-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(yùn)營(yíng)時(shí)，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)擬定電網(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(dāng)微電網(wǎng)孤島運(yùn)營(yíng)時(shí)，微電源逆變器控制方式不變，儲(chǔ)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(bǔ)償微電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)由主電網(wǎng)提供的功率。該方案在并網(wǎng)運(yùn)營(yíng)和孤島運(yùn)營(yíng)時(shí)都可以滿足微電網(wǎng)的規(guī)定。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(yùn)營(yíng)的情況下，由于各級(jí)代理需要盡量使設(shè)定的目的達(dá)成最優(yōu)化，故各級(jí)代理之間需要進(jìn)行互相協(xié)調(diào)。當(dāng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)營(yíng)時(shí)，最高層Agent重要負(fù)責(zé)能量管理，其獲得所屬下層代理的所有信息以后，通過對(duì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)性分析、多目的優(yōu)化來調(diào)整每個(gè)微電網(wǎng)Agent的設(shè)定值。這些目的重要涉及經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)和電能質(zhì)指標(biāo)等。當(dāng)最高層Agent給微電網(wǎng)Agent分派了指定值后，微電網(wǎng)Agent通過對(duì)最底層Agent進(jìn)行相應(yīng)協(xié)調(diào)控制，而不再需要上層電網(wǎng)對(duì)每一個(gè)微電源進(jìn)行調(diào)節(jié)。微電網(wǎng)Agent在控制底層Agent同時(shí)還要與上層Agent互換數(shù)據(jù)，重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(dāng)并網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，可由相應(yīng)Agent快速定位出故障點(diǎn)的位置，這會(huì)極大的提高排除電網(wǎng)故障的速度。假如故障點(diǎn)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上傳的信息給出新的控制目的。假如故障點(diǎn)在微電網(wǎng)外部，上層電網(wǎng)Agent會(huì)與各級(jí)Agent互相通訊以后擬定故障嚴(yán)重限度如何。假如無法通過自身調(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(jìn)入孤島運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，而這樣可以同時(shí)保證上層電網(wǎng)和微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)。2.2.4微電網(wǎng)控制中心（MGCCMicro-gridcontrolcenter）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(fù)荷控制器LC和微電源控制器MC互換信息，設(shè)定MC和LC的運(yùn)營(yíng)點(diǎn)，從而對(duì)微源和負(fù)載的運(yùn)營(yíng)進(jìn)行控制。MC控制每個(gè)MS發(fā)出的有功和無功功率，LC可以當(dāng)做可控負(fù)載的接口，緊急情況下可切除本地負(fù)荷。由于信息中重要就是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，涉及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(fù)荷開關(guān)狀態(tài)等。然后MGCC根據(jù)接受到的微網(wǎng)系統(tǒng)信息決定系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)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(yùn)營(yíng)。同時(shí)，通過最優(yōu)化計(jì)算分派各微電源的輸出功率，使微網(wǎng)按照經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化運(yùn)營(yíng)。最后，MGCC向微網(wǎng)本地控制器MC、LC發(fā)出具體的控制指令，完畢MGCC的控制目的[6]。值得一提的是，必須得考慮當(dāng)通信中斷的時(shí)候微網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)方式。文獻(xiàn)[7]研究了并網(wǎng)時(shí)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。保護(hù)方案文獻(xiàn)[8-9]提出了一種通過比較多點(diǎn)故障方向信息進(jìn)行故障區(qū)段判斷的區(qū)域縱聯(lián)保護(hù)系統(tǒng)?？烧J(rèn)為包含多微網(wǎng)的配電系統(tǒng)提供快速保護(hù)功能；提出了一種故障正方向檢測(cè)的方法，對(duì)故障區(qū)段檢測(cè)算法進(jìn)行了研究。由于多個(gè)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(hù)，而是多段縱聯(lián)保護(hù)；綜合考慮具有多個(gè)微網(wǎng)的配電網(wǎng)特點(diǎn)，提出了一種主從式區(qū)域縱聯(lián)保護(hù)方案。故障檢測(cè)的算法在保護(hù)主機(jī)內(nèi)完畢，需要采集的個(gè)保護(hù)從機(jī)對(duì)故障方向的判斷結(jié)果信息以及當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息；其中保護(hù)從機(jī)的判斷信息可以通過通信線路傳輸給主機(jī)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(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(shí)現(xiàn)故障判斷。圖4變電站級(jí)區(qū)域縱聯(lián)保護(hù)原理示意圖圖5區(qū)域縱聯(lián)保護(hù)方案的工作流程參考文獻(xiàn)[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(dòng)化,2023,37(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(dòng)化學(xué)報(bào),2023,22(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),2023.[4]肖朝霞.微網(wǎng)控制及運(yùn)營(yíng)特性分析[D].天津大學(xué),2023.[5]羅凱明.多代理技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]