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1、如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流微电网控制研究综述【精品文档】第 5 页微电网控制研究综述摘要：微电网技术作为智能电网的关键技术之一，已经成为众多国家解决电力系统安全性和可靠性问题的重要辅助手段，并成为大电网的有益补充。就微电网整体概述的基础上，文章对微电网运行控制作了较为详细的介绍，对三类微电网经典控制方法，文章中也作了分析，分析了并网和孤网两种不同运行模式下的控制策略，并对微电网研究中存在的问题和未来的研究方向做了分析。关键词：微电网 孤网运行 并网运行 运行控制1.微网的基本概念与结构 微网是以分布式发电技术为基础，以靠近分散型资源或用户的小型电站为主，结合终端用户电能质量管理和
2、能源梯级利用技术形成的小型模块化、分散式的供能网络。微网是智能电网的重要组成部分，能实现内部电源和负荷的一体化运行，并通过和主电网的协调控制，可平滑接入主网或独立自治运行，充分满足用户对电能质量、供电可靠性和安全性的要求1。简单了说，微网就是包含分布式电源、储能系统、可控负荷等的分布式发电系统。微网的分布式电源主要包括小规模的风电、光伏、CHP、生物质、水电等，电能储存包括（储能电池、飞轮、超级电容器、压缩空气等等）和热能储存（可实现CHP热-电解耦，可改变负荷曲线形状等）等系统。图1-1 微电网配电网络微网主要工作在配电网的中低压侧，其优点是接入方便和运行简单，缺点主要是：系统故障退出运行、
3、间歇性影响周边用户、能源综合优化困难、对电网运行调度提出了挑战。正是这些缺点成为制约了微电网的发展。微电网主要有联网运行和孤网运行两种运行模式。联网型微电网具有并网和独立两种运行模式。在并网工作模式下，一般与中、低压配电网并网运行，互为支撑，实现能量的双向交换。在外部电网故障情况下，可转为独立运行模式，继续为微电网内重要负荷供电，提高重要负荷的供电可靠性。通过采取先进的控制策略和控制手段，可保证微电网高电能质量供电，也可以实现两种运行模式的无缝切换2。独立型微电网不和常规电网相连接，利用自身的分布式能源满足微电网内负荷的需求。当网内存在可再生分布式能源时，常常需要配置储能系统以保持电源与负荷间
4、的功率平衡，并充分利用可再生能源。这类微电网更加适合在海岛、边远地区等地为用户供电。我国微网研究起步较晚，尚处于理论研究和实验阶段，与世界先进水平还有差距。但由于我国可再生能源丰富，且光伏发电、风力发电等分布式发电技术已去的一定研究成果，为微网的发展奠定了基础。国家对微网的研究及建设大力支持，在863及973计划中均有相关的基础项目。国内许多高校及科研院所积极开展微网相关技术的研究。在微电网的控制策略、储能技术、电力电子技术等方面取得一定进展，并对微电网控制，保护及能量管理等进行研究和实验。为实现多分布式电源的接入和保障用户高效可靠供电，可以将微网划分为多个计划性的子微网。南方电网公司的云电科
5、技园的智能电网工程建立了一种包含2个子微网的微网系统，并且具有并联和串联2种运行结构，可以在不同运行状态间切换。该微网系统采用分层控制，在中央控制器的统筹协调下，实现多子微网系统的联络线功率控制和模式切换。图1-2 微电网拓扑图微网作为电网的有益补充和分布式发电的高效利用形式，微网在可再生能源大规模利用，环境质量改善，电网安全性提高和节约建设投资等方面具有重要作用，必将成为未来电力系统的重要发展方向。鉴于我国的能源短缺，环境压力大的国情现状，开展微网的研究意义重大。2.微网控制的关键技术在微电网研究领域，最为关键的技术是微电网的运行控制。微电网控制的基本要求是3 ：任一微电源的接入，不对既有的
6、微电网系统造成明显影响；能够协调微电网的发电出力与负荷，自主选择运行点；能够稳定地在并网和孤网两种模式下运行，并在两种模式之间平滑切换；可以对有功、无功进行独立控制；具有自主校正电压跌落和系统不平衡的能力。目前，已经形成三类经典的微电网控制方法：第一，基于电力电子技术“即插即用”和“对等”概念的控制方法4。该方法根据发电机的下垂特性将不平衡功率动态分配给各机组承担，具有简单、可靠、易于实现的优点。第二， 基于能量管理系统的控制5。该方法采用不同的控制模块分别对有功和无功进行控制，很好地满足了微电网的多种控制要求。第三，基于多代理技术的微电网控制。该方法将计算机领域的多代理技术应用到微电网，代理
7、的自治性、自发性等特点能够很好地适应和满足微电网分散控制的要求。由于微电网有并网和孤网运行两种模式，控制方法和策略也不尽相同。2.1并网运行模式下的控制并网运行模式下，微电网通过公共并网点与大电网相连，一般采用传统的PQ控制方法，按固定联络线功率交换计划进行有功控制，而调频则一般由大电网承担。同时，微电网必须具有局部的无功电压控制能力，秉承无功就地平衡的基本原则，尽量减少微电网各电源之间以及微电网与主网之间的无功功率交换，防止引起电压越限或振荡。2.2孤网运行模式下的控制2.2.1下垂控制下垂特性源于交流电源到母线的功率传输特性，电源的有功和无功分别与其输出电压的相位和幅值相对应，因而可以通过
8、测量计算电源的有功和无功功率，来得到频率和电压的参考值，反过来通过调节频率和电压来控制有功和无功。所谓下垂控制，就是由被简化为逆变电源的各个分布式电源，分别检测自身的输出功率，通过下垂特性获得各自的频率和电压指令值，然后各自反向微调其输出电压的相位和幅值，最终达到系统有功平衡和无功合理分布的目标。此种控制方法的优点是分布式电源之间不需要交互信息，实现控制的成本低、代价小。在孤网运行模式下，这种方法的最大缺点是没有考虑频率恢复问题，某些情况下可能导致微电网的频率始终“悬浮”在非额定值附近，电能质量较差。其次，在微电网由并网运行模式向孤网运行模式切换期间，必须及时准确地把握切换控制策略的时机，否则
9、可能导致孤网崩溃。文献6进一步改进了下垂控制方法，主要思想是根据并网和孤网运行模式分别给出有功和无功给定值。并网运行时，下垂控制的逆变电源就给出孤网运行时的功率给定值，其优点是在运行模式切换时，有关分布式电源不需要变换控制策略，缺点是可能引起无功振荡、难以协调常规的带调速器的发电机组。文献7将逆变电源等效为同步发电机，并按照同步发电机数学建模方法构造逆变电源的数学模型，这样一来，经典的发电机转子运动方程和定子电压方程可运用于逆变电源控制。然而，由于逆变电源没有旋转系统，与同步发电机内部结构有着本质的区别，方法先天就有较大的误差和缺陷。2.2.2 单主和多主控制单主和多主控制是基于下垂控制策略提
10、出的一种微电网孤网运行控制手段，它可以由一个或多个分布式电源提供参考电压和频率。在并网运行模式下，分布式电源均采用PQ控制，当因某种原因导致微电网转入孤网运行模式时，某一或某些分布式电源将由PQ控制转为下垂控制，来支撑微电网的系统电压和频率，并通过功率跟随特性实现有功、无功平衡。当微电网再次并网时，微电网系统的频率和电压可保持在孤网前的状态，通过锁相环节的控制，确保微电网与大电网频率和电压一致，减轻暂态过程波动。图2-1 PQ控制结构图单主控制方法使孤网运行时微电网的稳定性完全取决于参考单元能否正常运行，对其依赖度较高，可靠性差，而多主控制方法则因通过多个分布式电源提供控制而具有较高的可靠性。
11、另外，单主或多主控制方法对提供参考电压和频率的电源的旋转备用容量要求较高，孤网情况下应能承担并网运行时由大电网注入的全部功率，否则必须辅以必要的需求侧管理措施。2.2.3 多代理控制多代理(multiagent)控制是通过多代理技术把PQ控制方法应用到微电网的综合控制中。多代理系统是一种能够灵活感知并响应工作条件变化和周围环境需求的智能系统。多代理系统的基本单元是代理(agent)，代理之间通过协商、协调和协作，可以与其所处环境的互动。按照微电网的构成元件划分，多代理控制中的代理，可以具体分为4种：负荷代理、分布式电源代理、局部控制代理和微电网总控制代理。其中，微电网总控制代理是整个多代理系统
12、的核心，主要作用是收集各个局部控制代理的信息并向其下达控制指令。 图2-2 V/f控制的分布式发电单元示意图a)负荷代理。负荷代理的主要任务是监测用户信息并向用户反馈电网实时情况，指导用户根据自己的需求或者按照局部控制代理的负荷控制指令控制负荷。b)分布式电源代理。分布式电源代理负责管理分布式能源(风能、光伏阵列、微型燃气轮机等)的额定容量、可调出力、可调电量、成本费用及检修计划等信息，向局部控制代理提供信息并执行局部控制代理的电源控制指令。c)局部控制代理。在每条馈线上都有一个局部控制代理，它与所辖各个分布式电源代理和负荷代理交换信息，控制该条馈线上的功率和负荷，并向总控制代理报告信息。局部
13、控制代理的控制策略主要有：定功率(PQ)控制，电压频率(Vf)控制，以及直流侧稳压控制。d)总控制代理。总控制代理与各个下级局控制代理交换信息，并综合价格、天气状况、用户侧需求、可调出力等综合因素，对整个微电网进行控制。总控制代理能够在稳定系统运行的同时进行经济调度，并把经济调度结果下达给各个局部控制代理，进而由局部控制代理具体控制所辖的分布式电源代理和负荷代理，达到整个微电网系统安全稳定经济运行的目标。市场交易和能量管理等方面，微电网不同代理之间的有功、无功功率及负荷的协调控制策略还有待于进一步研究。图2-3 功率控制器结构框图文献8采用多代理技术控制微电网，由于代理具有自治性、反应能力、自
14、发行为等多种优良特性，从而能够很好地满足微电网分散控制的要求。但是，多代理技术在电力系统中的应用大多集中在市场交易和能量管理等方面，微电网不同代理之间的有功、无功功率及负荷的协调控制策略还有待于进一步研究。3.结语 本文简单的介绍了微电网的产生背景，定义及基本结构，并对微电网运行控制的三种关键技术做了综述。文献7提出了基于能量管理系统的微电网控制方法，也能很好满足微电网的多种控制要求。从微电网技术的发展与应用角度看，当前的研究工作重点集中在4 个方面8：1）微电网运行特性及其对所接入配电系统的影响；2）微电网及其所接入配电系统的规划设计；3）微电网运行控制与保护；4）微电网仿真分析与能量管理。
15、这些问题的解决直接关系着微电网建设与运行的经济性和可靠性。而文中提出的诸控制方法9-13能够较好的解决控制中存在的问题。微电网作为智能电网的一个重要组成部分，以其能源形式的多元化、并网接口的柔性化、电能质量的定制化、能量信息流的双重化等典型特征，必将在未来电网中发挥重要的作用14。参考文献1 王成山.微电网专题介绍.电机工程学报，2012,32（25）.2 鲁宗相，王彩霞，闵勇，等微电网研究综述J电力系统自动化，2007,31(19)：100107.3 Lasseter R，Akhil A，Mamay C，et a1Integration of distributed energy resou
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