多微网技术体系

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较成熟的多微网关键技术进行比较分析研究，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，仿真结果表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，随着微网的发展，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基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，能力流动基本是按照一个方向，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基本一致，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，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[5]。用于控制微电网的过渡过程，利用静态开关Agent（StaticSwitchAgent，SSAgent）专门控制微网与上层连接的静态开关。采集相关信息，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。2.2.1微电源的控制方法（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担的。逆变器交流侧的参数均为时变交流量，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率的跟随特性。图3V-f控制原理图2.2.2微电源之间的控制策略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。2.2.3微电网之间的控制策略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达到最优化，故各级代理之间需要进行相互协调。当稳态运行时，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安全稳定运行。2.2.4微电网控制中心（MGCCMicro-gridcontrolcenter）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，保证微网安全稳定地运行。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]提出了一种通过比较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较多，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，网络拓扑结构则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,2013,37(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,2010,22(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,2010.[4]肖朝霞.微网控制及运行特性分析[D].天津大学,2008.[5]罗凯明.多代理技术在电力系统中的应用[J].国际电力,2004,8(3).[6]陶银正.微电网运行控制策略的研究及中央控制器的设计[D].合肥工业大学,2012.[7]周贤正.适用于低压微网的多微源协调控制策略研究[D].湖南大学,2012.[8]丛伟,等.包含多微网的配电系统故障检测算法[J].电力自动化设备,2010,30(7):50-53.[9]张嵩.用于包含多微网配电系统的保护装置研究[D].山东大学,2011.