【永磁风力发电系统并网的微电网优化运行与控制研究的国内外文献综述12000字】

永磁风力发电系统并网的微电网优化运行与控制研究的国内外文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u64551.1永磁风机交流并网控制研究现状 1224331.2基于永磁风机交流并网的交流微电网优化运行研究现状 5118751.3永磁风力发电系统的直流并网控制研究现状 676891.4基于永磁风机直流并网的多端直流微电网优化运行研究现状 11136171.5现有研究存在的问题 15本论文围绕永磁风力发电系统并网的微电网优化运行与控制的基础理论和关键技术问题展开研究，首先研究永磁风力发电机的拓扑结构及相关数学模型；然后，以永磁风力发电系统为研究对象，分别从永磁风机交流并网控制、基于永磁风机交流并网的交流微电网优化运行、永磁风机直流并网控制、基于永磁风机直流并网的直流微电网优化运行等方面梳理了国内外研究现状和发展动态。1.1永磁风机交流并网控制研究现状1.1.1常见的风力发电系统分类随着技术的不断更新和进步，变桨距变速风力发电系统已经完全取代定桨距恒速发电系统。变桨距变速发电系统可以最大限度地捕获风能，实现最大功率跟踪和稳定三相并网，这是定桨距恒速发电系统不具备的优点。当前，几种常见的并网型风力发电系统的结构如下图1.1-1.3所示。（1）普通的三相同步发电系统普通的三相同步发电系统主要由四个子部分组成，分别为风力机、增速齿轮箱、同步电机和电力电子变化装置。三相同步风力发电系统若要实现有效的控制，需要对同步电机进行励磁和调速，不然影响同步电机的安全，其结构示意图如图1.1所示。图1.1普通三相同步发电机系统结构图Fig.1.1Thestructureofthree-phasesynchronousgeneratorsystem（2）双馈异步变频恒速风力发电系统双馈异步电机由于是一种有刷式感应发电机，其可以工作于变速恒频状态，因此可以有效实现机侧的最大风能追踪控制（MPPT）。双馈风力发电系统在并网运行的过程中，其能量的传输具有双向性，同时通过控制双馈电机的转矩即可控制双馈电机的转子转速，实现最大功率跟踪。当前，双馈风力发电系统应用范围较广，其结构如图1.2所示。图1.2双馈式风力发电系统结构图Fig.1.2Thestructureofdoublefedwindpowergenerationsystem（3）永磁直驱变速恒频风力发电系统永磁直驱发电机转子与风力机直接相连，不需要增速齿轮箱，由于增速齿轮箱是经常出现故障的装置，这就大大降低了日常的运行维护成本，提高了风力发电的效率。在永磁同步电机中，定子由绕组和铁芯构成，转子由永磁材料构成，永磁同步电机的转子转速可以通过电机的转矩加以控制，实现变速恒频和最大功率跟踪控制。因此，永磁风力发电系统具有上述两种风力发电系统无法比拟的优势。永磁发电系统只有机组向电网馈电，其能量传输是单向的，系统的结构如图1.3所示。图1.3直驱永磁式风力发电系统结构图Fig.1.3Thestructureofdirectlydrivepermanentmagnetwindpowergenerationsystem综上所述，永磁直驱风力发电系统具有以下优点：1）省去了增速齿轮箱，结构简单；2）永磁同步电机质量轻、体积小；3）控制策略灵活，能够适用不同的运行环境。永磁直驱风力发电系统具有广阔的应用前景，已经成为当前风电场建设的主流选择，本文选择永磁直驱风力发电系统作为研究对象。1.1.2永磁直驱风力发电系统的拓扑结构目前，永磁直驱风力发电系统的拓扑结构主要分为两种，第一种适用于大功率的场合，为“不可控整流器+Boost升压斩波电路+PWM逆变器”的拓扑结构；第二种适用于中小功率的场合，为“PWM整流器+PWM逆变器”的拓扑结构[19]。（1）不可控整流器+Boost升压斩波电路+PWM逆变器选择“不可控整流器＋Boost升压斩波电路＋网侧PWM逆变器”拓扑结构的永磁直驱风力发电系统，具有如下优点：1）Boost升压斩波电路只有一个控制量，即升压斩波的开关管占空比，控制方式相对简单、高效；2）Boost升压斩波电路提高了网侧逆变的直流输入等级，适用于大功率风机；3）整流环节的功率因数矫正可以通过控制升压斩波的开关管占空比加以实现；4）利用“不可控整流器＋Boost升压斩波电路”可以将直流电压稳定于一定的范围内，有利于网侧的逆变控制，降低了网侧逆变的开关损耗，提高了风电的转换效率；5）总体的开关管数量少，从而降低了谐波含量，提高了电能质量和经济性；其拓扑结构如图1.4所示。图1.4不可控整流器＋Boost升压斩波电路＋网侧PWM变流器Fig.1.4Uncontrollablerectifier+Boostchoppercircuit+PWMconverter（2）PWM整流器+PWM逆变器选择“PWM整流器+PWM逆变器”拓扑结构的永磁直驱风力发电系统，具有如下优点：1）采用PWM整流器进行机侧整流，整流环节的功率因数矫正很容易实现，同时可以实现机侧的解耦控制；2）可以将矢量控制技术引入机侧的最大功率跟踪控制，发电机的输出转矩控制可以很方便地实现，机侧的控制效果更好；3）利用“PWM整流器”代替“不可控整流器+Boost升压斩波电路”，机侧的控制策略易于改进和优化，能够适用不同的运行环境，控制策略可以根据控制需要进行改变；4）PWM整流器可以利用高效的控制策略实现整流损耗的降低。“PWM整流器+PWM逆变器”的拓扑结构如图1.5所示。图1.5PWM整流器+PWM逆变器Fig.1.5PWMconverter+PWMconverter利用“PWM整流器”代替“不可控整流器+Boost升压斩波电路”，PWM整流器价格昂贵，增加了风机的建设成本，这种结构只适用于中小功率的风机组。1.1.3永磁风力发电系统的交流并网控制策略当前，永磁风力发电系统的交流并网控制方式有两种，分别为网侧逆变器PWM控制和机侧最大功率跟踪控制。其中网侧逆变器PWM控制作用是为了使永磁发电功率并网过程中更加稳定，机侧最大功率跟踪控制是为了保证永磁风动发电系统跟踪捕获最大风能，并将不够稳定的交流电转化成直流电，保证其可以稳定输出。（1）机侧风能最大功率跟踪（MPPT）控制在永磁直驱风力发电系统中，风力机转速的大小决定了风力机输出功率的大小。当风力机的功率转换系数达到最大值，此时风力机的转速就是最优转速。依据风力机在不同风速下的功率曲线，将每个风速下，风力机的功率转换系数达到最大值时的点连成一条曲线，就可以得到最佳功率曲线，在这个最佳功率曲线上，每一个点所对应的风力机转速就是该风速下的最优转速。每一个最优转速都对应一个叶尖速比，此时的叶尖速比叫做最佳叶尖速比。在最佳叶尖速比的条件下，外界风速增大，最优转速也随之增大。综上所述，若外界风速和风力机桨距角一定，想要实现最大风能跟踪控制（MPPT），调节风力机的转速即可。由于在永磁直驱风力发电系统中，风力机水平轴与发电机转子是直接相连的，风力机转速始终等于发电机转子转速。因此，想要实现最大风能跟踪控制（MPPT），调节发电机转子转速即可。对于最大功率跟踪控制（MPPT）的方法，最佳叶尖速比法便于改进，易于实现，理论和算法相对比较直观且容易理解。本文选择最佳叶尖速比法实现永磁风力发电系统机侧的最大功率跟踪控制。（2）网侧交流并网控制策略当前，永磁风力发电系统网侧逆变器常用的控制策略是基于矢量控制的双闭环控制策略，以电网电压为矢量定向，外环定直流电压，内环定交流电流。直流电压的稳定主要依靠外环电压控制，永磁风机的三相稳定并网主要依靠内环电流控制。内环电流控制由于进行了前馈补偿，所以实现了有功和无功的解耦，进而功率因数可调。在控制运算中，电压外环控制和电流内环控制是相对独立的。目前，针对永磁风机变流器的交流并网及相关控制策略的研究已经相当成熟，是一个老的研究方向。文献[21]基于双馈风力发电系统的双闭环矢量控制策略，利用滑模变结构算法改造电流内环控制，设计出了转子励磁变结构控制器，提高了双馈风力发电系统的抗干扰能力，实现了双馈风机的稳定并网；文献[22]基于永磁直驱风力发电系统，为了快速准确地将永磁同步发电机的转子位置检测出来，设计出了一种基于变结构控制的转子观测器；文献[23]基于永磁直驱风力发电系统，将传统的永磁同步发电机改为定子内永磁风力发电机，并设计了基于SVPWM调制模式的双闭环控制策略；文献[24]将传统的永磁同步发电机改为内嵌式永磁同步发电机，并设计了基于最低损耗的并网控制策略；文献[25]立足于永磁直驱风力发电系统的机侧控制策略，将无速度传感器的矢量解耦控制结合直接功率控制，实现机侧的最大功率跟踪；文献[27-29]立足于如何将无速度传感器的优点在永磁风力发电系统中进行充分发挥；前两篇文献采用反电势滑模观测法，将无速度传感器融入观测系统中，实现了观测系统的鲁棒性优化；后一篇将PLL锁相环和无速度传感器进行了结合，快速检测出发电机的转子转速。随着各种智能算法的不断兴起，利用不同的智能算法改进永磁风机的交流并网控制策略，值得进一步的相关科学研究和仿真。1.2基于永磁风机交流并网的交流微电网优化运行研究现状随着风电、光伏以及储能技术的不断发展，为了最大限度地利用风电和光伏资源，同时解决风电和光伏的不可控性，以风电、光伏等为分布式电源的微电网优化运行已经成为一个重要的研究领域。相比于传统电网，微电网的优化运行有一定的区别性，比如多目标、非线性以及多约束等特点。因此如果对微电网使用传统的控制策略和运行方式是不适合的，这也是目前微电网优化运行策略之所以被广泛关注和研究的原因。微电网研究的其中一个重要部分就是微电网系统的运行优化，微电网系统的运行主要是用来对各分布式单元的调度控制。微电网系统多目标运行优化站在理论角度属于非线性优化问题，解决这类问题的主要方法有非线性规则法、人工智能优化算法以及线性规则法。其中人工智能优化算法的应用最为广泛，主要是因为它具备鲁棒性好和全局收敛的优点，从而更契合的解决微电网在运行优化方面的问题。人工智能优化算法的广泛应用，主要使用到以下模型和算法：遗传算法(GeneticAlgorithm，GA)、粒子群算法(ParticleSwarmOptimization，PSO)、模拟退火算法(Simulated-annealingAlgorithm，SA)。多种算法也让研究者在研究的道路上寻找解决问题的最佳方案。文献[30]以降低储能系统的运行维护成本为最主要的控制目标，提出了一种新的交流微电网优化调度策略。文献[31]以结合微电网的经济模型和安全约束条件，提出了一种基于禁忌搜索算法的优化运行策略；文献[32]立足于交流微电网的经济模型和传统的粒子群算法，提出了一种智能单粒子群算法的交流微电网经济调度策略；文献[33]立足于交流微电网中分布式电源的利益分配模型，提出了一种基于多智能体竞价的微电网优化运行策略；文献[34]将可中断负荷加入微电网运行的约束条件中，从微电网运行经济性和安全性两个角度出发，提出了自己的交流微电网多目标优化调度方法；文献[35]首先将交流微电网定义为风、光、热、储、柴联供型微电网，然后基于改进布谷鸟算法提出一套交流微电网优化运行策略，最后进行了仿真验证；文献[36]首先利用混沌粒子群优化算法建立交流微电网的目标函数，然后引入线性微分递减的惯性权重，借助线性调整学习因子达到目标函数的局部最优，进而提高全局搜索的能力；文献[37]首先将交流微电网定义为风、光、氢、储联供型微电网，然后基于克隆选择算法提出一套交流微电网优化运行策略，最后进行了仿真验证；文献[38]立足于交流微电网的经济模型和传统的人工鱼群算法，提出了一种基于最好步长算子和精确觅食行为的改进人工鱼群算法的交流微电网经济调度策略；文献[39]提出了PSO-AFSA（ParticleSwarmOptimization-ArtificialFish-SwarmAlgorithm）这种算法来求解微电网优化调度问题，并设计了能量管理系统。文献[40]提出了自适应鱼群算法（AdaptiveArtificialFish-SwarmAlgorithm，AAFSA），并将其应用于离网微电网和并网微电网优化调度。根据以上文献的研究，可见在微电网系统优化运行方面的研究已经有很多，总结起来还存在以下几个方面的问题：1）由于清洁能源自身的特性使整个发电过程中存在波动性和间歇性，大量清洁能源并入后能源的不稳定性会对微电网系统产生一定的影响，影响系统运行的稳定；2）为满足实际生产运行的要求，如何针对不同的运行场景，调整制定微电网系统的运行调度策略，以保证微电网系统长时间高效率运行，也是关于微电网优化调度的重要问题。1.3永磁风力发电系统的直流并网控制研究现状永磁风机并网除了交流并网还有直流并网方式。传统的交流并网方式具有很多优点，包括占地面积小、建设成本低、方案设计相对比较容易、系统结构简单；但是传统的交流并网方式也有很多无法克服的缺点，包括容易受到电缆电容的影响、谐波互作用非常严重等。综上所述，传统交流并网的建设一般适用于容量在180MW以内的风电场或者近距离的风电传输场合（120km内）。当前，风电场的直流并网方式主要分为两种，一种是风电场的孤岛直流外送，一种是风电场的风火打捆直流外送；对于风电场的风火打捆直流外送，其风电场的直流输电HVDC（High-VoltageDirectCurrent）既可以是LLC-HVDC（LineCommutedConvertorbasedHigh-VoltageDirectCurrent），也可以是VSC-HVDC（VoltageSourceConverterbasedHigh-VoltageDirectCurrent），因为风电侧包含有同步交流电源特性的火电机组，其可以提供风机运行所需要的交流电源；VSC-HVDC由于自身换流站容量的限制，只能允许小容量的风电孤岛直流外送；大容量的风电孤岛直流外送必须通过LLC-HVDC加以实现。但在大容量的风电孤岛直流外送的过程中，由于LLC-HVDC自身无法实现无功功率补偿，不能单独向无源网络供电，需要交流系统提供较强的电压和无功支撑，所以LLC-HVDC在运行的过程中需要加装静止无功补偿器STATCOM。由于静止无功补偿器在日常的运行中容易出现故障，所以风电孤岛的LLC-HVDC并网相比于风电孤岛的VSC-HVDC并网，稳定性较差。当前，海上风电场的建设通常使用永磁直驱风力发电系统，同时海上风电场一般使用风电孤岛直流外送的方式，其中原因包括以下两点：1）海上风电场一般远离海岸线，只能采用海底电缆的并网方式，架空线无法使用；2）若采用传统的交流并网方式，当传输距离超过80km时，需要限制海底电缆的充电功率，这就大大降低了交流并网的传输效率。综上所述，海上永磁风电场通常使用直流并网的输电方式。此外，由于风电孤岛的LLC-HVDC并网需要加装静止无功补偿器STATCOM，风电孤岛的VSC-HVDC并网受到换流站容量的极大限制。当前出现了基于模块化多电平技术MMC（ModularMultilevelConverter）的风电场直流并网方式，保留原先VSC-HVDC直流并网优点的同时，增加了直流系统的输电容量。研究海上永磁风力发电系统基于MMC-HVDC（ModularMultilevelConverterbasedHigh-VoltageDirectCurrent）以及VSC-HVDC的直流并网控制策略，主要分为以下三个步骤：1）基于MMC-HVDC或者VSC-HVDC，使用Park变换和Clark变换，建立三相静止坐标系和同步旋转坐标系下的数学模型；2）分析数学模型的特点，研究MMC换流站或者VSC换流站常见的控制策略；3）研究永磁风机直流并网中应当采用的控制策略，以实现永磁风机的稳定并网。文献[41]和文献[42]两个文献立足于VSC-HVDC非线性解耦控制方法，基于Euler-Lagrange模型和端口受控耗散-哈密尔顿模型，对VSC-HVDC的非线性特征进行了详细的探究；同时，针对含有多端交直流的南澳风电场，为了解决其混合输电的难题；文献[42]提出了一种双模式控制方法，第一种模式为风电场的VSC-HVDC并网运行，第二种模式为风电场的交直流联网运行，两种模式之间实时自由切换；两个模式之间自由切换的控制量包括海上风电场的母线电压和海上风电场VSC换流站的有功功率；文献[43]在研究海上风电场VSC-HVDC并网运行的基础上，以稳定风电场侧交流系统为控制目标，提出了一种基于VSC-HVDC送端有功功率的直流并网控制策略，依据风电场的功率动态，该控制策略可以实时调整功率输出；仿真结果表明，该直流并网控制策略大大提高了风电VSC-HVDC并网的故障穿越能力。文献[44]立足于模块化多电平技术，将MMC-HVDC运用于海上风电场的直流并网，采用最近电平逼近法，改进MMC换流站的双闭环控制策略；仿真结果表明，该方法有效降低了换流站的开关损耗，提高了电能传输效率。文献[45]为了改善系统的动态响应振荡这一问题，在双馈风电场并网换流器控制中加入了阻尼控制。文献[46]在风电场侧MMC控制中加入环流控制，采用阻抗建模法，提高了直流输电系统的稳定裕度。文献[47-48]讨论了直流线路中耗能电阻的选取办法，最后通过耗能电阻的仿真投切，对风电VSC-HVDC直流并网系统的故障穿越能力进行了验证。文献[49-50]基于短路故障对双馈感应发电机（DoublyFedInductionGenerator，DFIG）产生的不利影响，提出了通过调整发电机的转子转速加以消除；同时，通过调整转子转速以及降低最大功率追踪给定值来实现交流系统发生故障时风电场低电压穿越的目的。目前，针对永磁风机VSC-HVDC的并网系统及相关的控制策略改进仍然是新能源领域的研究热点之一，在直流并网系统的系统级层面控制策略研究，以及利用先进的控制算法对传统的直流并网控制策略改进，仍然需要进一步的相关研究和科研攻关。1.3.1永磁风力发电系统的海上风电发展现状海上风能的开发最早起源于欧洲，兴起于北美洲，由于欧洲内陆地区受土地资源的限制，风力资源也基本上都到了开发利用，因此近海区域大量的风力资源，相比内陆地区更具备开发利用潜力，从上世纪90年代开始，欧洲的风电发展逐步向近海区域转移。海上风力发电的开端最早是1991年的丹麦，建立了装机容量5MW，距岸2km的海上风电项目，这个项目的实现为后续荷兰、丹麦、瑞典等国家树立了一个海上风电示范工程。到2020年欧盟海上风电为8000万KW[3-4]。这也证明了欧洲海上风电已经进入快速发展稳定时期。表1-1为欧洲已投入运行的海上风场具体情况，从表1-1中可以看出，海上风电的发展在逐渐远离海岸，而且装机容量一直在不断增大，输电方式也有所变化，从原来的传统高压交流输电转向柔性直流输电，并且在柔性直流输电系统中，传统两电平和三电平拓扑结构的VSC正在逐渐被新一代MMC拓扑结构的VSC取代[4-5]。表1.1欧洲已投入运行的海上风场具体情况Tab.1.1ThespecificcircumstancesofoffshorewindfarmswhichEuropehavebeenputintooperation国家风电场风力机容量（MW）投运时间线路长度（Km）类型丹麦Samso2320049HVAC丹麦HomsRev160200215HVAC丹麦Vindeby519903HVAC瑞典Lillgrund10820077VSC-HVDC爱尔兰Arklow25.2200312HVAC德国Bard400200989VSC-HVDC德国Baltic48201116VSC-HVDC英国Thanet300201012VSC-HVDC英国London-array630201220VSC-HVDC德国BorWin28002013203MMC-HVDC德国HelWin5762013130MMC-HVDC丹麦Anholt4002013156MMC-HVDC德国SyWiMC-HVDC德国HelWin26902015130MMC-HVDC我国是一个海洋大国，海上风能资源相当丰富，但是我国海上风电的发展与欧盟国家相比起步较晚，相关经验略显不足，但丰富的海上风能与强有力的政策支持为我国海上风电的发展提供了保障。除此之外，2010年5月，我国首次开展了海上风电项目的特许权招标工作，我国海上风电场的建设正式迈入高速发展之路[6]。图1.6为近些年中国海上风电装机情况，从这些数据以及发展情况来看，未来几年中国的海上风电发展仍然会保持较快的发展速度。图1.62009-2020年中国海上风电装机情况Fig.1.6ThesituationofChina'soffshorewindpowercapacityduring2009to20201.3.2柔性直流输电技术的发展现状传统VSC-HVDC输电技术利用率较高的是两电平或者三电平拓扑结构的换流器，这种换流器开关器件的耐压水平有限，故而为了增大输出容量，提高直流侧电压，需要换流器的每个桥臂串联多个绝缘型双极晶体管（InsulationGridBipolarTransistor，IGBT）并且同时触发。这种技术的弊端是不仅控制复杂，而且换流器的输出谐波含量高，导致开关损耗较大，技术的复杂性也使该项制造工艺仅被少数公司掌握，不便于普及，因此也限制了柔性直流输电技术在实际应用中的发展。模块化多电平换流器MMC的出现解决了这种问题，与传统两电平三电平换流器相比，不再需要采用开关管直接串联形成的阀，控制以及制造难度大大降低，并且当子模块数目达到一定数量时，MMC输出的电压阶梯波已经十分接近正弦波，波形质量十分高，可以说，MMC换流器的出现极大程度的推动了柔性直流输电的发展[59-60]。1.3.3永磁风电场直流并网研究现状近些年来，由于海上风能资源丰富，经济性好，对环境友好和适合大规模开发等特点，永磁风电场的建设发展十分迅速，对调整能源供应结构、合理利用资源、保护生态环境具有重要意义[11-12]。永磁风电场并网方式的研究现状如图1.7到图1.9所示，高压交流输电HVAC并网、传统直流输电LCC-HVDC并网和柔性直流输电VSC-HVDC并网[13-14]。交流并网是通过三相交流输电线路直接将风电场发出功率输送给电网，此并网方式前提是需要电网给风电场提供电压还有无功功率的支撑。相比情况下，直流并网优势更加明显，传统基于晶闸管开关器件的直流输电技术目前已经到达相对成熟的阶段，直流输电线路将大电网与风电场隔开，降低了风电并网对大电网的冲击。这种控制方式也有一个弊端，基于晶闸管的换流器只有一个控制裕度，所以暂时还无法实现有功与无功功率的自由控制，除此之外还需要无功补偿装置提供滤波装置滤除高频谐波和换相电压，从成本角度来看并不经济[15-17]。图1.7基于HVAC的永磁风电系统并网Fig.1.7HVACtopologyforpermanentmagnetwindpowertogrid图1.8基于LCC-HVDC的永磁风电并网结构Fig.1.8LCC-HVDCbasedpermanentmagnetwindpowergridstructure图1.9基于VSC-HVDC的永磁风电并网结构Fig.1.9VSC-HVDCbasedpermanentmagnetwindpowergridstructure1.4基于永磁风机直流并网的多端直流微电网优化运行研究现状随着电力电子技术的不断发展，绝缘型双极晶体管IGBT以及与之相配的高速控制芯片DSP相继出现。VSC换流站主要由IGBT构成，其控制系统主要由DSP构成。基于VSC-HVDC的直流输电技术已经成为海上风电外送的重要方式，同时其具有着传统LCC-HVDC无法比拟的优势。首先，VSC-HVDC可以自换相，不需要交流系统提供换向电压，因此可以向无源网络供电；其次，VSC可以通过IGBT的自由关断，对有功和无功的输出进行独立的控制；再次，VSC输出的电压电流谐波含量很小，可以不用滤波器或者采用很小的滤波器，只用于吸收高次谐波即可。最后，在潮流反转时，直流电流方向反转而直流电压不变，这是构成并联多端柔性直流输电VSC-MTDC的理论基础。VSC-MTDC是直流微电网的主要拓扑结构，建设以VSC-MTDC为基础的多端直流微电网是解决新能源并网和消纳，突破新能源发电瓶颈，实现多种类、多形式和多时间尺度灵活电力系统的有效途径。以VSC-MTDC为基础的多端直流微电网相对于传统的交流微电网具有很高的可控性和灵活性，但是其运行控制策略相对也比较复杂。尤其是对直流电压的控制，由于关系到直流潮流的稳定，是多端直流微电网最为重要的控制目标。现在多端直流微电网主流的控制策略主要分为两大类：一个是单点直流电压控制，另一个是多点直流电压控制。其中，单点直流电压控制分为主从控制和电压裕度控制，多点直流电压控制分为电压斜率控制和分段电压斜率控制。文献[51]以多端柔性直流输电为背景，论述了多端直流微电网的发展现状和主要控制方式，并讨论了各种控制方式的优缺点、存在的问题及保护方法。文献[52]研究了多端柔性直流输电系统控制策略，通过对比直流电压裕度控制和直流电压斜率控制两种控制方式的优缺点，提出了直流分段斜率控制策略，建立在两种控制基础上并进行了多端直流微电网运行仿真分析。文献[53]通过人为改变并将多端直流网络直流电压的斜率保持在可控范围之内的方式，并充分考虑每个换流站在不同的系统接线、负荷水平、故障处理等下的工作情况以及每个换流站在提供满足要求的输出功率后的后备能力的前提下，提出了一个方向和目标，此目标为：直流电压可以自行进行偏差斜率控制，并进行了PowerSystemsComputerAidedDesign/ElectromagneticTransientsincludingDC（简称PSCAD/EMTDC）仿真试验。文献[54]在通过一定的方式保证每个换流站在不同的系统接线、负荷水平、故障处理情况下能够稳定运行从而实现确保多端直流微电网能够稳定运行的前提下，提出了在控制直流电压波动在合理的波动范围内的基础上的直流电压裕度及波动控制策略，从而实现了电网可以在指定的功率和指定的电流之间可以根据运行需要进行切换。文献[55]在不考虑交流电或者直流电在电力传输运送过程中的功耗损失前提下，考虑到电力系统输出功率在三相参数不平衡、有功或者无功过剩等原因而造成的电力功率不平衡分配，提出了多层控制的规律，即包含上层和下层的分层次控制。其中，上层控制的原理为通过计算整个电力系统中可利用的控制变量使某一性能达到最优值下的潮流分布，下层自动根据上层控制的最优值下的潮流分布来使用指令达到直流电压调整、有功功率调整以实现一定的资源消耗取得最大的经济效益的目的。随着人工智能在各行各业的发展，智能、灵活地适应变化的工作条件和周围过程不同的需求而进行响应的系统不断涌现，以高度可用性而著称且分布在不同地点具有多个终端的节点机互连而成通信网络为基础形成的协调控制方法已经在解决直流微电网控制操作中得到应用。文献[56]保持电压斜率在可控范围的前提下，利用限时一致性协议，从而达到多个终端互联节点的电源输出电力能够按照比例进行分配，并且电压能够同步进行调节的目的，能够满足DG（即：分布式电源）即插即用的要求。文献[57]在保证多个终端发电机互联情况下保证额定功率和瞬间功率基础上，开发了动态电压技术或者移位电压技术，此技术有效地弥补了由传统的电压斜率的改变从而引起的电压下降情况，达到了无论设备在单位时间内的工作量如何改变波动都可以稳定地控制直流母线的电压的目的。文献[58]提出了一种适用于包含光伏设备、能量储存设备在内的分层次分布同步协调联动的控制策略。这个策略包含两种控制方法，第一层通过控制中下垂系数的方法以使储电设备装置可以以自适应的方式调整储电装置在使用一段时间后剩余电量与未使用前的容量的比值，第二层控制能够实现二次电压恢复和达到平均电流控制的目的。文献[59]提出了一种在集中控制器基础上确保新能源电力并网系统协调同步控制的方案，此方案能够在电力输送过程中同步测算直流电力网络可控前提下的性能指标达到最优值下的潮流分布，并且同时将电力网络的损失降至最低的目的。文献[60]除此之外，提出了一种在性能指标达到最优值下的潮流分布的基础上对多端柔性直流输电系统进行协调统一的控制模式，如将这种模式与电压下垂控制的策略进行结合，能够达到使交直流混合输电系统的能量损失降至最低以及因为电力系统运行方式的改变和负荷的变化而造成的输变电系统各点电压的变化波动最低。然而，上述这些方法主要是解决电流分配和直流电压的恢复问题，关于实际的优化控制问题并没有考虑在内。而且，为了实现直流微电网的高效运行，有必要对风电VSC并网控制端，储能VSC并网控制端，光伏VSC并网控制端及无源网络VSC并网控制端的各端口控制策略，依据各类DG的特点，进行控制策略的优化及仿真研究；同时，需要建立一个多端直流微电网系统仿真平台，对其故障状态下的运行状态进行相关研究。1.4.1基于VSC-MTDC系统的直流微电网结构一般来说，多端直流微电网的结构分为并联方式、串联方式和混联方式，其拓扑连接示意图如图1.10所示。图1.10多端直流供电系统网络连接示意图Fig.1.10VSC-MTDCsystemconnectiondiagram1.4.2VSC-MTDC系统主从控制策略随着VSC-MTDC系统的发展和大量新能源发电的并网，VSC-MTDC系统的网络结构也有较大变化，结构越发复杂，控制难度也相应增加，这就要求必须要选择合适稳定的控制方式。当前VSC-MTDC系统最常见的控制策略是主从控制；在主从控制过程中，先从VSC-MTDC系统的多个变流站中，找一个足够大容量的变流站，选择作为主换流站，为了保持输出电压恒定，需要通过主换流站对其直流侧输出电压进行控制。但此操作有一个前提是要先假设线路损耗为零。其他的换流站作为从换流站，在保证功率或电压是恒定基础上分别控制交流电压或是有功功率。1.4.3VSC-MTDC系统下垂控制策略电压型下垂控制方法在VSC-MTDC中的主要作用为保证每个端口直流测的输出电压不随时间变化而变化，与此同时会利用到在单位时间内实际发出或消耗的交流电能量的配合，即有功功率。在直流输电系统中，所有的输出功率都是有功功率而不存在无功功率，并且在有功功率和直流电压之间存在着相互约束的关系，当电网发出的有功功率等于用户有功负荷时，频率保持不变；小于有功负荷时，频率下降；大于有功负荷时，频率上升；正是因为此原因，必然系统会出现静态偏差的现象。电压型下垂控制方法最大的优势为可以满足使多个变换器之间根据任务对资源进行协调分配而达到协调控制的需求，在达到协调控制的同时，并不需要考虑通过上层控制器对各个变换器之间的功率分配进行协调的问题。但是这种方法其局限性为在遇到系统波动较大的情况时，无法满足直流电压稳定在规定的范围内的需求。1.4.4VSC-MTDC系统电压裕度控制策略采用VSC-MTDC系统的方式能够完成电力远距离的传输输送，在这样的情况下，如果采用通过上层主控制器来解决综合控制系统的功率分配问题，这样的处理方式必须要满足通信速度快、通信信号准确的要求，但在通常情况下，受限于空气、温度、气候等环境因素以及远距离不得不考虑的距离因素，控制信号在远距离传输时候以目前的技术手段必然会有一定的延迟，高压直流输电系统在接收控制信号也将会存在滞后的情况，为了解决此问题，考虑将系统中每个变换器直流侧输出的电压稳定在参考值的范围之内，保证系统的整体稳定性，从而达到出现系统受到干扰波动的情况下自动从电压控制切换到功率控制的目的。基于同样的道理，如果预留一定的电压裕度，达到换流站最初的功率之上，如果系统所受的干扰波动较大，则可以完成功率控制和电压控制的切换运行。1.4.5基于智能多代理系统的VSC-MTDC系统控制策略近年来，随着行业发展，智能多代理系统MAS(Multi-AgentSys-tem)技术已经日益成熟[41]。多代理系统MAS能够感知周围环境的变化，并根据周围环境的变化迅速进行调整，这反应出多代理系统MAS具有自治性、反应性的特点。基于上述考虑，如果可