我国微电网技术研究进展(2)

1、我国微电网技术研究进展(2)3.2第二层控制。第二层控制为微电网管理层的控制，通过对系统中的负荷和分布式电源进行整体控制，使微电网处于源荷协调状态，同时补偿第一层控制造成的电压幅值和频率的偏差，使微电网与主电网处于同步状态。另外，第二层控制负责微电网安全稳定运行，应具备故障检测、孤岛并网无缝切换等功能，并根据上级控制的经济化目标实现微电网经济运行24.第二层控制可以分为集中式和分布式两种架构。集中控制通常依赖安全可靠的通信系统，中央控制器设定系统的运行模式，实时监控系统的运行状态，并统筹第一层控制中的本地控制器。中央控制器通过通信线路接受配电网运营商和电力市场的指令，并根据目标约束函数与微电网

2、本地控制器交换信息，利用安全、高速的通信网络进行分布式电源、储能系统及负荷的实时调度和控制，是微电网运行的中枢25.第二层控制时间响应速度慢于第一层控制，因此可以通过采样测量微电网变量减少通信带宽，并实现第一层控制和第二层控制的解耦，同时为中央控制器进行复杂的计算和信息处理争取时间26.对通信容量和计算能力的高要求与过分依赖是集中控制的一大弊端。在分布式的微电网能量管理架构中，分布式电源控制器和负荷控制器都具有实时测量监控并自主运行的能力，本地控制器可以相互交换实时信息并完成潮流计算分配和电压频率整定，配电网管理部门也只要与周边局部器件进行通信即可掌握微电网的运行状态27.这样，微电网不必过分

3、依赖安全高速的通信网络，中央控制器也不必进行繁杂且高度集中的实时信息处理计算，当中央控制器发生故障时系统其它部分还可以正常运行。因此，分布式控制架构使微电网更加灵活可靠、安全方便。3.3第三层控制。第三层控制为配电网管理层的控制，以安全可靠、经济稳定为原则实现微电网间及微电网与配电网间的协调运营。第三层控制是微电网的上层能量优化及调度环节，根据分布式电源的出力预测、市场信息、经济运行及环境排放要求等优化目标和约束条件，微电网得到运行模式、调度计划、需求侧管理命令，从而统筹最佳运营的措施。第三层控制还可以协调多个微电网的运行，能够处理集群化多微电网系统的能量调度。因此，第三层控制作为分层控制中的

4、最高级别时间响应速度最慢，需要提前设定控制目标并进行适当的信息预测。微电网能量优化调度需要多能源优化互补、多环节可靠稳定、多变换流畅高效、多模式供需均衡，从而达到源-荷-储的动态平衡，实现能源的分层梯级和有序高效利用。微电网能量优化调度架构有集中式和分布式两种。集中式架构中的中央控制器是调度的核心，通过分布式电源与负荷等实时信息的反馈对调度进行全局统筹规划，但降低了系统的灵活性且过分依赖系统的通信和计算能力28;分布式架构29中每一个部件都是一个具备自主决策和独立管理能力的代理，通过各代理之间信息的互动与状态的协调实现能量优化目标，有利于实现微电网 即插即用;.微电网能量优化调度系统需要随着微

5、电网的成熟与用户需求的提高而变得更加灵活、全面、智能、开放，能够适应可再生能源出力的间歇性和随机性，平衡分布式电源、储能装置及负荷的接入与切除，兼容未来智能家居设备、先进电价政策与能源互联网规划，协调经济、技术与环境目标，从而为真正实现微电网 即插即用;的灵活性和坚强可靠的鲁棒性特点奠定基础。第三层控制是微电网安全稳定、经济高效运行的关键，是微电网系统充分发挥其优势和特点的保证。目前对于微电网控制策略的研究多集中在前两层，而第三层控制的功能往往比较单一，控制目标设定的针对性和局限性较强，从而导致控制策略的适用性和推广性效果较差。另外，不同于传统的配电网调度，微电网系统中还需要考虑分布式电源的间

6、歇性和随机性，而精确的间歇性能源预测技术和配电网管理层能量调度技术的结合程度还远远不1也就不能对可再生能源进行充分利用。同时，随着负荷形式的多样化，终端用户具有更高的主动性、灵活性与可控性，微电网需求侧时间和空间上的不确定性大大增加，提高了对需求侧管理策略的要求。第三层控制策略的设计需要充分考虑微电网中分布式电源间歇性和随机性特点、终端负荷的多样性和可控性发展趋势、多储能设备的能量双向性及协调配合，同时兼顾微电网的特定拓扑架构、运行模式、实时电价等特点。因此，可再生能源出力和负荷预测、分布式能量优化调度算法、多微电网协调运行等技术是未来研究的重点，配电网管理层需要实时地收集并处理各种数据信息，

7、在系统各单元发生变化时可以准确地响应，从而实现能量的最优调度和系统的经济运行。4、微电网规划设计。微电网规划设计是微电网经济运营的前提，目的是通过充分的技术可行性、经济合理性及环境友好性分析，结合准确的电力负荷预测、特定的系统规划目标及运行约束条件，建立完整的规划设计模型，寻找分布式电源与储能系统容址最优配置和微电网控制策略、网架结构、安全保护机制、能量管理等的最佳组合。微电网规划设计是一个多目标、多变量的混合非线性问题，具有很大的随机性和不确定性。文献 30从建模方法、求解算法和设计软件三方面介绍了微电网规划设计研究现状，阐述了可再生能源与负荷需求分布特性的确定性和不确定性两种分析方法，总结

8、了微电网规划设计中可能的优化变量、运行目标、资金投入、项目收益和约束条件，对比说明了枚举法、混合整数规划法、启发式算法和混合算法等微电网规划设计问题的求解优化算法。文献 31深入阐述了37种可再生能源 整 合 集 成 的 分 析 软 件， 包 括HOMER,MARKAL/TIMES,RETScreen和H2RES等兼容的微电网规划软件。文献 32对微电网规划的优化算法进行全面阐述，并从分布式电源定容、选址及微电网调度3个角度进行微电网规划的介绍。目前，微电网规划设计方面的研究不够深入且理论不够全面。因此，今后要逐步建立科学、完整的微电网规划设计评价体系，寻找全面、准确的微电网规划设计优化算法，

9、开发实时、系统的微电网规划设计分析软件，从而形成一套综合成熟的微电网规划设计理论。5、微电网安全保护机制。微电网具有并网与孤岛两种运行模式，且容量小惯性低、电力潮流双向流动，这使得微电网保护需要具备更强的多模式兼容能力、更全面的故障识别算法和更快的故障切除速度。传统的三段式过流保护已无法满足微电网的运行需求，新的改进保护策略包括自适应保护、差动保护、距离保护、基于电压量的保护等33-34.文献 33-34描述了微电网安全保护机制的特点，分析了微电网保护领域内的研究成果，总结了适用于微电网的保护方法，比较阐述了各个保护方法的优缺点，并指出了微电网保护未来的发展方向。文献 35提出了一种基于数字中

10、继和高级通信的集中式架构的微电网自适应保护系统，当系统的运行状态或需求发生变化时自适应保护可以在线即时修改保护响应，并且具备离线故障分析的能力。文献 36利用基于同步相量测量原理的数字继电器构建了由主保护、后备保护和三级保护组成的差动保护方案。微电网自主并网、孤岛和主动投切负荷的能力使其拓扑架构与潮流分布处于动态变化之中，在孤岛和并网运行时短路电流水平差异明显。微电网安全保护机制还应更进一步：识别微电网各个类型的故障特征，有效地保护微电网孤岛与并网运行状态；研制新型的断路器，保证微电网故障及时切除；构建针对微电网的保护标准，形成系统的微电网保护理论；开发先进的微电网孤岛检测算法与黑启动策略，保

11、证微电网故障不影响主电网安全稳定地运行。6、微电网-能源互联网的新能源接口。能源互联网是传统的能源技术与新兴的互联网技术相互渗透、相互融合的结果，是信息流与能源流深入交叉、高度耦合的必然产物，将是新一代工业革命浪潮的重要标志之一。虽然能源互联网正处于萌芽阶段，且相关的概念还没有达成一致的共识，但无论是国家层面还是企业层面都开始提前布局，争取在全新的能源经济模式中占据主动。目前，关于能源互联网的讨论持续升温，相关的研究也如火如荼37-39.能源互联网的核心是电力系统，其重要特征是对高渗透率、种类多元的可再生能源的高效消纳与对等共享。微电网是能源互联网中可再生新能源的载体与接口，是未来能源模式与架

12、构下新型电力网络的重要组成部分。能源互联网将对现有的电力系统产生多层次、全方位的影响，微电网也将在互联网的浪潮下被赋予新的功能与内涵，在能源互联网下的整体电力系统 骨干网;中，微电网可以作为 局域网;灵活地发挥作用。能源互联网系统下的微电网单元，在现有的发展模式与规划思路下，利用 互联网+;的思维，同时借助大数据、云计算、物联网、互联网等技术和平台，必将取得质的升级和飞跃。目前能源互联网作为新兴技术，尚无明确严格的定义，但对于可再生能源的有效利用是其重要内容之一。以可再生能源为主的分布式电源单机入网时会出现许多问题，微电网技术的出现和完善为可再生能源的利用提供了途径。在能源互联网的宏观框架之下，微电网作为新能源接口将承担着可再生能源的供给、转换和分配的任务。微电网清洁高效、灵活智能的发展思路与能源互联网