1、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：本文主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)行控制策略，保護(hù)方案等方面進(jìn)行了深入探討。 關(guān)鍵詞：多微網(wǎng) 運(yùn)行控制保護(hù) 1物理結(jié)構(gòu) 微網(wǎng)的結(jié)構(gòu)有串聯(lián)與并聯(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中包含兩個可孤島運(yùn)行的子微網(wǎng) ，通過切換K11,K12可形 成串聯(lián)與并聯(lián)兩種組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。 Ml 10kV 7a I XkK1I LI Kd -wi T2 儲能 蓄電池A $柴油同歩 踐電機(jī) 本地負(fù)荷A 本地負(fù)荷B Crowbar

2、 保護(hù) 謚包乜出 ACrTL -光伏陣列 開養(yǎng)合閘；開關(guān)分閘 圖1多微網(wǎng)實(shí)例 兩個子微網(wǎng)分別經(jīng) K2與K3接入配電網(wǎng)，其中子網(wǎng)A包括雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)，儲能蓄電池 A，柴油同步發(fā)電機(jī)與本地負(fù)荷。 子網(wǎng)B包括:單級式光伏發(fā)電系統(tǒng)，儲能蓄電池B與本地負(fù)荷 1。 微網(wǎng)中的微電源主要包括風(fēng)力發(fā)電，光伏發(fā)電，微燃機(jī)發(fā)電，燃料電池以及儲能裝置，其中 前兩種為不可控電源，其隨機(jī)性與自然環(huán)境的變化密不可分。后幾種為可控電源。文獻(xiàn)2對 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 明其控制策略的有效性。 2、運(yùn)行控制 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)

3、就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)就是包含多種組成 成分的復(fù)雜系統(tǒng)，可以用電力集群的方法加以管理。一個電力集群不僅包括一個區(qū)域中分散 的發(fā)電機(jī)或者一組客戶 ,還包括整個電力系統(tǒng) ,也就就是說 ,一個小的分布式系統(tǒng)在適當(dāng)?shù)囊?guī) 模上受限于電氣或區(qū)域條件。 每個電力集群就是獨(dú)立設(shè)置并且基本上就是自我管理與自我維 持的 ,但就是有時候集群會遭受電力短缺。 電力的消耗總就是動態(tài)的波動 ,來自新能源的發(fā)電機(jī)也就是間斷與連續(xù)變化的。一個電 力集群可能包含發(fā)電、存儲、消耗與分配電力資源等要素,但一些集群并不包含所有

4、的要素 例如 ,只有消耗的集群、只有存儲的集群與只有發(fā)電的集群,這些情況都就是存在的。很多不 同的電力集群間相互連接形成一個“網(wǎng)絡(luò)”,來保持電能的生產(chǎn)與消耗水平。 每一個電力集群都應(yīng)該力求就是自治的。 電力集群間的交換應(yīng)該僅限于彌補(bǔ)短缺與處理 盈余 ,將電力傳送的重要性最小化 ,然后降低能源損失。這樣的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該就是“松散耦合”, 而不就是緊密耦合。 在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中 ,能力流動基本就是按照一個方向,在電力集群網(wǎng)絡(luò)中 ,能量的流動 就是雙向的。電力集群間的接口應(yīng)該就是直流的,因?yàn)殡娏Φ膫鬏斁褪情g斷與波動的,所以 , 不能使用交流信號線來實(shí)現(xiàn)自主同步3 。 集群管理就是一種新型的研究方向,與大電

5、網(wǎng)不同的就是 ,集群管理就是自我管理 ,自我 維持的一種松弛耦合的電力網(wǎng)絡(luò),并在她們之間進(jìn)行機(jī)智的交換電能。 2、2 運(yùn)行控制策略 (1) 對等控制 在微網(wǎng)中每個微源地位平等 ,沒有任何一個單元作為主控電源,各個微源均采用相同的控 制方式 ,任何一個微源的接入或退出均無需更改其她微源的控制方式。這種控制方式對微源 之間的通一訊聯(lián)系要求不高 ,微源只需基于本地信息進(jìn)行控制。對等控制的思想可由下垂控 制方法來實(shí)現(xiàn) ,該方法要求各個微源表現(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主控微源,其余為從控微源。該控制方式就是從微網(wǎng)底層控制方 面來實(shí)現(xiàn)的

6、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 ,確定某一參考量 ,可以就是發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)角 ,當(dāng)擾動發(fā)生時 ,可以通 過預(yù)測轉(zhuǎn)角的擺動軌跡 ,進(jìn)而采取相應(yīng)的控制措施 5 。 用于控制微電網(wǎng)的過渡過程 ,利用靜態(tài)開關(guān) Agent(Static Switch Agent,SS Agent) 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,包括各微源當(dāng)前的工作狀態(tài) ,相應(yīng)時間以及能夠 增發(fā)的功率 ,還有負(fù)載狀況 ,微網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)等。 2、2、1 微電源的控制方法 、恒功率(PQ

7、)控制 恒功率控制主要用于微電網(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 與無功 ,在并網(wǎng)運(yùn)行時 ,各微電源直接采用大電網(wǎng)的頻率與電壓作為參考來支持,微電網(wǎng)中的 電壓 ,頻率 ,負(fù)荷波動就是有大電網(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)大大簡化了。 圖中sin_cos信號就是用鎖相環(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

8、）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控制目標(biāo)就是 保證微電源輸出的電壓與頻率為給定參考值，一般為并網(wǎng)時的電壓與頻率。逆變器的V/f控 制主要適用于微電網(wǎng)孤島運(yùn)行，它可以提供電壓與頻率支撐并具有一定負(fù)荷功率的跟隨特 性。 圖3 V-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)行時，所有微電源逆變器均采用PQ控制，各DG根據(jù)自身情況或其她 需要向電網(wǎng)輸入指定數(shù)值的有功與無功功率，由主電網(wǎng)確定電網(wǎng)的電壓與頻率，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)行時，微電源逆變器控制方式不變，儲能 單元采用V/f控制，支撐微電網(wǎng)電壓與頻率，并依據(jù)下垂特性產(chǎn)生

9、一定功率來補(bǔ)償微電網(wǎng)并 網(wǎng)時由主電網(wǎng)提供的功率。該方案在并網(wǎng)運(yùn)行與孤島運(yùn)行時都可以滿足微電網(wǎng)的要求。 2、2、3微電網(wǎng)之間的控制策略 在保證微電網(wǎng)與上層電網(wǎng)都穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，由于各級代理需要盡量使設(shè)定的目標(biāo)達(dá) 到最優(yōu)化，故各級代理之間需要進(jìn)行相互協(xié)調(diào)。 當(dāng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時最高層Age nt主要負(fù)責(zé)能量管理，其獲得所屬下層代理的所有信息以后， 通過對市場經(jīng)濟(jì)性分析、多目標(biāo)優(yōu)化來調(diào)整每個微電網(wǎng)Age nt的設(shè)定值。這些目標(biāo)主要包 括經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)與電能質(zhì)指標(biāo)等。當(dāng)最高層Age nt給微電網(wǎng)Age nt分配了指定值后，微電網(wǎng) Age nt通過對最底層 Age nt進(jìn)行相應(yīng)協(xié)調(diào)控制，而不再需要上層電網(wǎng)對每一個

10、微電源進(jìn)行 調(diào)節(jié)。微電網(wǎng) Age nt在控制底層 Age nt同時還要與上層 Agent交換數(shù)據(jù)，主要信息為該代 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，可由相應(yīng)Age nt快速定位出故障點(diǎn)的位置，這會極大的提高排除電 網(wǎng)故障的速度。 如果故障點(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標(biāo)。 如果故障 點(diǎn)在微電網(wǎng)外部 ,上層電網(wǎng) Agent 會與各級 Agent 相互通訊以后確定故障嚴(yán)重程度如何。 如果無法通過自身調(diào)節(jié)恢復(fù) ,

11、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)行 狀態(tài) ,而這樣可以同時保證上層電網(wǎng)與微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。 2、 2、 4 微電網(wǎng)控制中心 (MGCC Micro-grid control center) 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 與微電源控制器 MC 交換信息 ,設(shè)定 MC 與 LC 的運(yùn)行點(diǎn) ,從而對微源與負(fù)載的運(yùn)行 進(jìn)行控制。 MC 控制每個 MS 發(fā)出的有功與無功功率 ,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。 由于信息中主要就就是 MGCC 發(fā)送給 LC 與 MC 的命令信息 ,網(wǎng)

12、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 ,包括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)接收 到的微網(wǎng)系統(tǒng)信息決定系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與微網(wǎng)內(nèi)各元件的控制,保證微網(wǎng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行。 同時 ,經(jīng)過最優(yōu)化計(jì)算分配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)行。最后 ,MGCC 向微網(wǎng)本地控制器 MC 、LC 發(fā)出具體的控制指令 ,完成 MGCC 的控制目標(biāo) 6。 值得一提的就是 ,必須得考慮當(dāng)通信中斷的時候微網(wǎng)的運(yùn)行方式。 文獻(xiàn) 7研究了并網(wǎng)時的紋波問題 ,提出了一種基于直接狀態(tài)開關(guān)的控制方法,

13、提高了系 統(tǒng)的穩(wěn)定性與控制精度。 3、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)。可以為包含多微網(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的方法 ,對 故障區(qū)段檢測算法進(jìn)行了研究。 由于多個微網(wǎng)的分支與分段比較多,所以不同于高壓線路的兩端縱聯(lián)保護(hù),而就是多段縱 聯(lián)保護(hù) ;綜合考慮含有多個微網(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。 故障檢測的算法在保護(hù)主機(jī)內(nèi)完成,需要采集的個保護(hù)從機(jī)對故障方向的判斷結(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 撲結(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)與并聯(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)自動化 , 2013, 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)及其自動化學(xué)報(bào) , 2010, 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) , 2010、 4 肖朝霞、 微網(wǎng)控制及運(yùn)行特性分析 D 、 天津大學(xué) , 2008 、 5 羅凱明、 多代理技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用