多微网技术体系

1、多微网技术体系报告题目：多微电网关键技术研究指导人：报告人：多微网技术体系摘要： 本文主要就目前研究比拟成熟的多微网关键技术进行比拟分析研究， 分别从物理结构， 运 行控制策略，保护方案等方面进行了深入探讨。关键词 ：多微网 运行控制 保护1、物理结构 微网的结构有串联和并联之分， 为了满足不同的功能需求， 微网可以有多种结构， 以云电科 技园智能微网系统结构为例， 图 1 中包含两个可孤岛运行的子微网， 通过切换 K11 ，K12 可形成 串联和并联两种组网结构。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 包括双馈感应发电机， 储能蓄电池 A ， 柴油同步

2、发电机和本地负荷。子网 B 包括：单级式光伏发电系统，储能蓄电池 B 和本地负荷 1 。 微网中的微电源主要包括风力发电，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的变化密不可分。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的分析， 仿真结果说明其 控制策略的有效性。2、运行控制2.1 一种新型的电力系统管理概念 - 集群管理 传统的电力系统是被用户包围的巨大发电站， 随着微网的开展， 出现了一种新型的分布式电 力系统， 该电力系统作为传统电力系统的有效辅助。 分布式电力系统是包含多种组成成分的

3、复杂 系统， 可以用电力集群的方法加以管理。 一个电力集群不仅包括一个区域中分散的发电机或者一 组客户， 还包括整个电力系统， 也就是说， 一个小的分布式系统在适当的规模上受限于电气或区 域条件。 每个电力集群是独立设置并且根本上是自我管理和自我维持的， 但是有时候集群会遭受 电力短缺。电力的消耗总是动态的波动， 来自新能源的发电机也是间断和连续变化的。 一个电力集群可 能包含发电、存储、消耗和分配电力资源等要素，但一些集群并不包含所有的要素，例如，只有 消耗的集群、 只有存储的集群和只有发电的集群， 这些情况都是存在的。 很多不同的电力集群间 相互连接形成一个“网络，来保持电能的生产和消耗水

4、平。每一个电力集群都应该力求是自治的。电力集群间的交换应该仅限于弥补短缺和处理盈余， 将电力传送的重要性最小化，然后降低能源损失。这样的网络应该是“松散耦合，而不是紧密 耦合。在传统的电力系统中， 能力流动根本是按照一个方向， 在电力集群网络中， 能量的流动是双 向的。电力集群间的接口应该是直流的，因为电力的传输是间断和波动的，所以，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的研究方向， 和大电网不同的是， 集群管理是自我管理， 自我维持的一 种松弛耦合的电力网络，并在他们之间进行机智的交换电能。2.2 运行控制策略1对等控制 在微网中每个微源地位平等， 没有任何一个单元作为

5、主控电源， 各个微源均采用相同的控制 方式， 任何一个微源的接入或退出均无需更改其他微源的控制方式。 这种控制方式对微源之间的 通一讯联系要求不高， 微源只需基于本地信息进行控制。 对等控制的思想可由下垂控制方法来实 现,该方法要求各个微源表现出的外特性根本一致，从而便于微网系统整体的协调控制。(2) 主从控制在众多微源中存在一个主控微源,其余为从控微源。该控制方式是从微网底层控制方面来实现的4。(3) 基于多代理技术 用于恢复故障方面， 传递的信息为失电标志以及负荷的需求， 当相邻的代理收到信息后， 将 通过衡量自身需求，然后进行答复。用于暂态稳定性方面，确定某一参考量，可以是发电机组的转角

6、， 当扰动发生时， 可以通过预测转角的摆动轨迹，进而采取相应的控制措施 用于控制微电网的过渡过程，利用静态开关 制微网与上层连接的静态开关。 采集相关信息，5Agent ( Static Switch Agent ， SS Agent )专门控 包括各微源当前的工作状态， 相应时间以及能够增发的功率，还有负载状况，微网运行状态等。(1) 、恒功率(PQ)控制恒功率控制主要用于微电网的并网控制， 实现分布式发电机向电网输入指定数值的有功和无 功，在并网运行时，各微电源直接采用大电网的频率和电压作为参考来支持，微电网中的电压， 频率，负荷波动是有大电网来承当的。逆变器交流侧的参数均为时变交流量，

7、不利于设计控制系统。 因此通过坐标变换， 将三相静 止对称坐标系转换成以电网基波频率同步旋转的 dq 轴坐标系，三相静止对称坐标系中的基波正 弦变量相应转化为 dq 轴坐标系中的直流变量，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取得，为 abc_dq 的基准频率。( 2 )、电压频率( V-f )控制电压/频率( V/f )控制与传统电力系统的二次调频类似，即无差调节。V/f 控制目标是保证微电源输出的电压和频率为给定参考值，一般为并网时的电压和频率。逆变器的V/f 控制主要适用于微电网孤岛运行，它可以提供电压和频率支撑并具有一定负荷功

8、率的跟随特性。图 3 V-f 控制原理图在微电网并网运行时，所有微电源逆变器均采用PQ 控制，各 DG 根据自身情况或其他需要向电网输入指定数值的有功和无功功率， 由主电网确定电网的电压和频率， 输入电网的功率不 受电压幅值或频率变化的影响。 当微电网孤岛运行时， 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，并依据下垂特性产生一定功率来补偿微电网并网时由主 电网提供的功率。该方案在并网运行和孤岛运行时都可以满足微电网的要求。在保证微电网和上层电网都稳定运行的情况下， 由于各级代理需要尽量使设定的目标到达最 优化，故各级代理之间需要进行相互协调。当稳态运行时，

9、最高层 Agent 主要负责能量管理，其获得所属下层代理的所有信息以后， 通过对市场经济性分析、多目标优化来调整每个微电网 Agent 的设定值。这些目标主要包括经 济性指标和电能质指标等。当最高层 Agent 给微电网 Agent 分配了指定值后，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个微电源进行调节。微电 网 Agent 在控制底层 Agent 同时还要与上层 Agent 交换数据，主要信息为该代理所在网络的 电压、电流、频率、有功功率、无功功率以及微电网的状态等。当并网发生故障时，可由相应 Agent 快速定位出故障点的位置，这会极大的提

10、高排除电网 故障的速度。如果故障点在微电网内部，该范围管辖的元件 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 上传的信息给出新的控制目标。如果故障点在 微电网外部， 上层电网 Agent 会与各级 Agent 相互通讯以后确定故障严重程度如何。 如果无法 通过自身调节恢复，相应的微电网 Agent 可以决定与上层电网断开，进入孤岛运行状态，而这 样可以同时保证上层电网和微电网的平安稳定运行。微网由装在中压 /低压电站处的微网中央控制器管理。MGCC 与位于本地的负荷控制器 LC和微电源控制器 MC 交换信息，设定 MC 和 LC 的运

11、行点，从而对微源和负载的运行进行控 制。 MC 控制每个 MS 发出的有功和无功功率， LC 可以当做可控负载的接口，紧急情况下可 切除本地负荷。由于信息中主要就是 MGCC 发送给 LC 和 MC 的命令信息，网络控制器之间 交流的信息量很小。MGCC 通过通讯网络收集微网系统信息，包括所有微源的输出功率、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 根据接收到的微 网系统信息决定系统的运行状态和微网内各元件的控制， 保证微网平安稳定地运行。 同时， 经过 最优化计算分配各微电源的输出功率，使微网按照经济最优化运行。最后， MGCC 向微网本地

12、 控制器 MC 、LC 发出具体的控制指令，完成MGCC 的控制目标 6 。值得一提的是，必须得考虑当通信中断的时候微网的运行方式。文献7 研究了并网时的纹波问题，提出了一种基于直接状态开关的控制方法，提高了系统 的稳定性和控制精度。3、保护方案文献 8-9提出了一种通过比拟多点故障方向信息进行故障区段判断的区域纵联保护系统。可以为包含多微网的配电系统提供快速保护功能； 提出了一种故障正方向检测的方法， 对故障区段 检测算法进行了研究。由于多个微网的分支和分段比拟多， 所以不同于高压线路的两端纵联保护， 而是多段纵联保 护；综合考虑含有多个微网的配电网特点，提出了一种主从式区域纵联保护方案。故

13、障检测的算法在保护主机内完成， 需要采集的个保护从机对故障方向的判断结果信息以及 当前网络拓扑结构信息； 其中保护从机的判断信息可以通过通信线路传输给主机， 网络拓扑结构 那么根据开关的位置状态生成，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 区域纵联保护方案的工作流程参考文献1 周念成 , 等. 串联和并联的多微网系统分层协调控制策略 J. 电力系统自动化 , 2021, 37(1).2 王凌 . 微电源建模及其在微电网仿真中的应用 J. 电力系统及其自动化学报 , 2021, 22(3):32-38.3 张跃 . 基于分布式发电与微网的一种新型电力集群网络技术研究 D. 青岛科技大学 , 2021.4 肖朝霞 . 微网控制及运行特性分析 D. 天津大学 , 2021.5 罗凯明 . 多代理技术在电力系统中的应用 J