微电网运行与控制2014-2015学年 第一学期8/26/20241 微电网运行与控制第一章第一章微微电网概述网概述第二章第二章微微电网网组成元件成元件第三章第三章微微电网基本控制方法网基本控制方法第四章第四章微微电网多代理网多代理优化控制方法化控制方法第五章第五章微微电网保网保护8/26/20242 第三章第三章 微微电网基本控制方法网基本控制方法3.1 3.1 微微电网的运行状网的运行状态3.2 3.2 微微电网控制方式网控制方式8/26/20243 3.13.1微电网运行状态p并网运行状并网运行状态p离网运行状离网运行状态p并网并网→→离网状离网状态p离网离网→→并网状并网状态p故障故障/检修状修状态p大大电网直供网直供负荷状荷状态过渡状态非正常状态正常状态8/26/20244 3.1 微电网运行状态8/26/20245 3.1 微电网运行状态•并网状态运行于联网模式时，母母线电压频率和率和负载由大由大电网网支撑微网一般被要求控制为一个“好公民”或者“模范公民”作为“好公民”时，微网在与配电网连接时需满足配电网的接口要求，同时不参与主电网的操作。
此时，微网应能实现减少电能短缺、提高当地电压质量和不造成电能质量的恶化等目标作为“模范公民”时，要求微网能为大电网提供一些辅助操作，例如：参与大参与大电网的网的电压和和频率率调节，参与维持整个电网稳定运行，提高故障承受能力等等8/26/20246 3.1 微电网运行状态•离网状态•运行于孤岛模式时，微网必须能维持自己的自己的电压和和频率率在传统电网中，频率能通过大型发电厂内拥有大惯性的发电机来维持，电压通过调节无功功率来维持在微网中，由于采用大量电力电子设备作为接口，其系统惯性小或无惯性、过载能力差、以及采用可再生能源发电的分布式电源输出电能的间歇性和负载功率的多变性增加了微网频率和电压控制的难度而且配配电网网线路阻抗呈阻性路阻抗呈阻性，使电压不仅与无功功率有关也与有功功率有关，控制电压需要通过控制有功和无功功率有功和无功功率两个方面来完成8/26/20247 3.1 微电网运行状态•切换状态 微网运行在两种模式之间切换的暂态时，维持微网持微网稳定定是其最主要的是其最主要的问题 如果微网在联网运行时吸收或输出功率到电网，当微网突然从联网模式切换到孤岛模式时，微网微网产生的生的电能和能和负荷需求之荷需求之间的不平衡将会的不平衡将会导致系致系统不不稳定定，此时设计合理微网结构和采用恰当的控制方法是非常重要的。
当微网从孤岛模式重连到大电网，如何与电网同步网同步是其主要问题目前，储能装置对缺少惯性的微网是维持其暂态能量平衡的必要元件8/26/20248 第三章第三章 微微电网基本控制方法网基本控制方法3.1 3.1 微微电网的运行状网的运行状态3.2 3.2 微微电网控制方式网控制方式8/26/20249 3.23.2、微、微电网控制方式网控制方式（一）主从控制（一）主从控制1、以分布式、以分布式电源作源作为主控制器主控制器2、以中心控制器作、以中心控制器作为主控制器主控制器（二）（二） 对等控制等控制1、分、分层协调控制控制2、自治、自治协调控制控制8/26/202410 （一）（一） 主从控制主从控制主从控制就是微网的控制系统中存在某一个控制器某一个控制器为主控制主控制器，其余器，其余为从控制器从控制器，主从控制器之间一般需要通信联系，且从控制器服从主控制器l以分布式电源作为主控制器l以中心控制器作为主控制器3.23.2、微、微电网控制方式网控制方式8/26/202411 •以分布式电源作为主控制器微网底层分布式电源的控制是一种主从控制结构由于这种主从控制存在于分布式电源层，所以其通信通信联系是系是强联系系，一旦通信失败，微网将无法正常工作。
p主单元分布式控制策略联网运行时微网中所有分布式电源采用PQ控制控制，即微网不参与系统频率调节，只输出指定的有功和无功功率；在孤岛运行时主单元采用采用 V/f 控制控制维持系统的电压和频率恒定 （一）（一） 主从控制主从控制3.23.2、微、微电网控制方式网控制方式8/26/202412 p恒功率控制控制目的是使分布式电源输出的有功功率和无功功率等于其参考功率有功功率控制器有功功率控制器调整整频率下垂特性曲率下垂特性曲线使分布式使分布式电源源输出的有功功率始出的有功功率始终维持在参考持在参考值附近；无功功率控制器附近；无功功率控制器则调整整电压下垂特性曲下垂特性曲线使无功功率也使无功功率也维持在相持在相应的参考的参考值附近一）（一） 主从控制主从控制3.23.2、微、微电网控制方式网控制方式8/26/202413 •V/f 控制控制V/f控制原理基本思想：基本思想：输出出电压的幅的幅值和和频率一直率一直维持不持不变分布式电源输出的有功功率从 P1变化到 P3，无功功率从 Q1变化到 Q3，其输出的频率始终为 50Hz，电压幅值为额定值一）（一） 主从控制主从控制3.23.2、微、微电网控制方式网控制方式8/26/202414 p恒功率控制恒功率控制（一）（一） 主从控制主从控制3.23.2、微、微电网控制方式网控制方式8/26/202415 •V/f 控制方法控制方法1分布式电源不管系统负荷功率如何变化，其端口输出的电压和频率一直维持恒定p当负荷需求量小于发电量时，主单元吸收剩余电能；p负荷需求量大于发电量时，主单元则提供更多电能；（一）（一） 主从控制主从控制3.23.2、微、微电网控制方式网控制方式8/26/202416 主单元相当于无穷大母线；在动态过程中，由于这种方法使用锁相环（PLL）检测系统频率作为逆变器频率的参考输入，所以采用这种控制方法电压的幅值在动态程中变化更小。
一）（一） 主从控制主从控制3.23.2、微、微电网控制方式网控制方式8/26/202417 p恒功率控制恒功率控制当系统频率为50Hz、分布式电源的端口电压为额定值，分布式电源运行在B 点，输出的有功功率和无功功率分为Pref、Qref；当系统的频率增加，且分布式电源的端口电压幅值增大，此时分布式电源运行点将由B点向A 点移动，输出的有功和无功依然为Pref、Qref；当系统的频率减小，且分布式电源的端口电压幅值减小，分布式电源运行点将由B 点向C 点移动，输出的有功和无功依然为Pref、Qref；p该控制方法需要系控制方法需要系统中有中有维持持电压和和频率的分布率的分布式式电源或源或电网网（一）（一） 主从控制主从控制3.23.2、微、微电网控制方式网控制方式8/26/202418 p以中心控制器作以中心控制器作为主控制主控制单元元 上层管理系统管理底层多个分布式电源和各类负荷的一种控制方法，所以底层分布式电源与上层管理系统之间亦需要通信联系但是这种通信联系是弱联系，即使短时间通信失败，微网仍能正常运行一）（一） 主从控制主从控制3.23.2、微、微电网控制方式网控制方式8/26/202419 p以中心控制器作以中心控制器作为主控制主控制单元元 上上层中心控制器中心控制器根据分布式根据分布式电源原源原动机的机的输出功率和微网出功率和微网内的内的负荷需求荷需求变化化调节底底层分布式分布式电源控源控制器的制器的稳态设置点和置点和切切联负荷。
荷 微网内供需平衡微网内供需平衡动态调节依靠底依靠底层分分布式布式电源控制器来完源控制器来完成底层的分布式的分布式电源控制器可以采用主源控制器可以采用主从控制也可采用从控制也可采用对等等控制控制 （一）（一） 主从控制主从控制3.23.2、微、微电网控制方式网控制方式8/26/202420 p以中心控制器作以中心控制器作为主控制主控制单元元 p日本微网展示日本微网展示项目分目分层控制控制中心控制器首先对发电单元的发电量和负荷需求量进行预测，然后制定相应实时运行计划，控制分布式电源、负荷和储能装置的起停，同时控制微网内的电压和频率并为系统提供相关保护功能一）（一） 主从控制主从控制3.23.2、微、微电网控制方式网控制方式8/26/202421 p以中心控制器作以中心控制器作为主控制主控制单元元 p欧盟多微网欧盟多微网项目三目三层控制方法控制方法l最上层为中压配电网监控中心l中间层是单个微网的中心控制器（MGCC ,micro grid central controller）l分布式电源和负荷的当地控制器（LC）（一）（一） 主从控制主从控制3.23.2、微、微电网控制方式网控制方式8/26/202422 p以中心控制器作以中心控制器作为主控制主控制单元元 p欧盟多微网欧盟多微网项目三目三层控制方法控制方法l中压配电网监控中心配电网络操作人员（DNO）和市场管理人员（MO）可在此层完成相应的调度管理。
主要负责根据市场和调度要求来管理和调度系统中的多个微网l中压配电网监控中MGCC）微网中心控制器负责最大化微网价值的实现和优化微网操作，它的功能主包括：1）根据市场电价、配电网络操作人员的要求及负荷预测并优化微网中分布式电源的发电量；2）通过改变分布式电源有功功率和无功功率的输出设置点和切联负荷实现二次频率调整一）（一） 主从控制主从控制3.23.2、微、微电网控制方式网控制方式8/26/202423 p以中心控制器作以中心控制器作为主控制主控制单元元 p欧盟多微网欧盟多微网项目三目三层控制方法控制方法l分布式电源和负荷的当地控制器（LC）负责分布式电源的正常运行，而负荷控制器则按照中心控制器的指令断开或重联负荷，需要具备自治控制能力自治控制能力分层控制方案的软件采用多多agent技技术实现（一）（一） 主从控制主从控制3.23.2、微、微电网控制方式网控制方式8/26/202424 二、微二、微电网控制方式网控制方式2.1 主从控制l以分布式电源作为主控制器l以中心控制器作为主控制器2.2 对等控制l分层协调控制l自治协调控制8/26/202425 定定义：： 每个分布式电源有相等的地位，没有一个单元像主控制单元或中心储能单元那样对微网有着特别重要的作用。
同时这种控制方法能让微网具有“即插即用”的功能“即插即用”：能量平衡的条件下，微网中的任何一个分布式电源在接入或断开时，不需要改变微网中其它单元的设置p 要求分布式要求分布式电源采用本地源采用本地变量量进行控制，不同分布式行控制，不同分布式电源之源之间没有通信没有通信联系系p离网运行离网运行时，，DG采用相同的控制方法，母采用相同的控制方法，母线电压幅幅值和和频率由所有分布式率由所有分布式电源和当地源和当地负荷控制共同决定荷控制共同决定（二）（二） 对对等控制等控制3.23.2、微、微电网控制方式网控制方式8/26/202426 逆逆变器接口控制策略：器接口控制策略：p下垂控制下垂控制①① f-P,V-Q下垂控制下垂控制②② P-f,Q-V下垂控制下垂控制p虚虚拟发电机控制机控制（二）（二） 对对等控制等控制3.23.2、微、微电网控制方式网控制方式8/26/202427 它利用分布式电源输出有功功率和频率呈线性关系而无功功率和电压幅值成线性关系的原理而进行控制分布式电源输出有功和无功功率分别增加时，分布式电源的运行点由A点向B点移动该控制方法由于其具有不需要分布式电源之间通信联系就能实施其控制的潜力p下垂控制下垂控制（二）（二） 对对等控制等控制3.23.2、微、微电网控制方式网控制方式8/26/202428 p下垂控制下垂控制 （二）（二） 对对等控制等控制3.23.2、微、微电网控制方式网控制方式8/26/202429 p下垂控制下垂控制频率-有功下垂电压-无功下垂有功-频率下垂无功-电压下垂（二）（二） 对对等控制等控制3.23.2、微、微电网控制方式网控制方式8/26/202430 p下垂控制下垂控制对于 f-P 和 V-Q 下垂控制，由于其输出为分布式电源参考有功和无功功率，所以必须增加内环控制器才可能控制其接口逆变器。
p频率率-有功有功 电压-无功无功 控制控制实现（二）（二） 对对等控制等控制3.23.2、微、微电网控制方式网控制方式8/26/202431 2.2 对等控制p下垂控制下垂控制对于 f-P 和 V-Q 下垂控制，由于其输出为分布式电源参考有功和无功功率，所以必须增加内环控制器才可能控制其接口逆变器p有功有功-频率率 无功无功-电压控制控制实现8/26/202432 2.2 对等控制对于 f-P 和 V-Q 下垂控制，由于其输出为分布式电源参考有功和无功功率，所以必须增加内环控制器才可能控制其接口逆变器p有功有功-频率率 无功无功-电压控制控制实现8/26/202433 p虚拟同步发电机控制 控制目标：逆变器接口模拟同步发电机特性，提高分微电网的系统惯性，从而提高微电网的控制稳定性二）（二） 对对等控制等控制3.23.2、微、微电网控制方式网控制方式8/26/202434 p虚拟同步发电机控制虚拟同步发电控制思想（二）（二） 对对等控制等控制3.23.2、微、微电网控制方式网控制方式8/26/202435 p虚拟同步发电机控制虚拟同步发电机控制策略（二）（二） 对对等控制等控制3.23.2、微、微电网控制方式网控制方式8/26/202436 p下垂控制下垂控制p两种下垂控制两种下垂控制对比比①对于逆变器接口的分布式电源来说，它们不是传统的发电机，没有转子运动方程，而微网在孤岛运行时必须控制系统的频率和电压。
如果采用 f-P 和 V-Q 下垂控制必须设计内环控制器，通过内环控制器模拟转子运动方程来实现其控制，因此该控制方法依赖于内环控制器的设计②f-P 和 V-Q 控制方法需要足够精确的频率测量装置确保控制策略的实施③f-P 和 V-Q 控制方法可能在系统孤岛模式运行并且空载时引起系统不稳定，因为这时网络阻抗将变得无穷大，小的电流变化将导致大的电压变化而 P-f 和 Q-V 下垂控制可以应用单环控制器直接控制其分布式电源接口逆变器，控制器设计简单④ P-f 和 Q-V 下垂控制方法时，多个分布式电源将同时参与系统的频率调节P-f 和和Q-V下垂控制是目前微下垂控制是目前微电源逆源逆变器的主流控制方法器的主流控制方法（二）（二） 对对等控制等控制3.23.2、微、微电网控制方式网控制方式8/26/202437 3.3 3.3 微微电网控制方式网控制方式主从控制策略和对等控制策略对比：p以一个分布式电源为主控制单元主从控制：底层分布式电源之间需要强的通信联系，增加成本，降低可靠性，并且由于采用这种控制方法，整个系统对主单元有很强的依赖性，主控制单元控制失效和通信失败，整个微网就会瘫痪p以中心控制器为主控制单元的主从控制策略，由于其通信联系不是强联系，中心控制器能起到管理微网的作用，随着微网概念的发展，这种分层控制系统是一个很好的选择p对等控制：分布式电源之间不需要通信联系就能实现功率共享，不同分布式电源之间地位相等，控制具有冗余性8/26/202438 微电网运行与控制2014-2015学年 第一学期8/26/202439 微电网运行与控制第一章第一章微微电网概述网概述第二章第二章微微电网网组成元件成元件第三章第三章微微电网基本控制方法网基本控制方法第四章第四章微微电网多代理网多代理优化控制方法化控制方法第五章第五章微微电网保网保护8/26/202440 第四章第四章 微微电网多代理网多代理优化控制法化控制法•4.1 agent 基本理论•4.2 多agent技术在微电网中的应用8/26/202441 4.1 agent 基本理论•Agent 概念首先是由麻省理工学院的著名计算机学家和人工智能学科创始人之一的minsky提出来的。
•Agent 是驻留于环境中的实体,既可以是硬件也可以是软件•弱定义：具有自主性、社会性、反应性和能动性等基本特性•强定义：除了上述基本特性之外,还具有理性、信念、通信能力等人类特冇的一些特性8/26/202442 4.1 agent 基本理论（（1 1）自主性；）自主性；（（2 2）交互性；）交互性；（（3 3）反）反应性；性；（（4）社会性；）社会性；（（5））环境境协调性性；pAgent 特征特征8/26/202443 一、agent 基本理论pAgent 体系体系结构构单Agent的工作的工作过程程8/26/202444 一、agent 基本理论单Agent的工作的工作过程程pAgent 体系体系结构构8/26/202445 一、agent 基本理论•多代理系多代理系统MAS(MULTI-Agent-system)包含了多个包含了多个Agent,是由具有不同信息或不同利益的多个自是由具有不同信息或不同利益的多个自治治实体体组成的网成的网络系系统，是一个松散耦合的的分布式交互，是一个松散耦合的的分布式交互系系统 8/26/202446 一、agent 基本理论•多代理系多代理系统MAS(MULTI-Agent-system)特点：特点：p Agent 都具有自治性和主都具有自治性和主动性性p系系统内部的交互性和系内部的交互性和系统整体的封装性整体的封装性p每个代理之每个代理之间只只进行少量的信息交流行少量的信息交流p每个代理每个代理针对不同的目不同的目标有不同的运行方式有不同的运行方式 1+1>28/26/202447 一、agent 基本理论•多代理系多代理系统MAS(MULTI-Agent-system)结构：构：p集中式集中式结构构p分布式分布式结构构p混合式混合式结构构 8/26/202448 一、agent 基本理论MAS集中式集中式结构构8/26/202449 一、agent 基本理论MAS分布式分布式结构构8/26/202450 一、agent 基本理论MAS混合混合结构构8/26/202451 一、agent 基本理论•MAS 中的关中的关键问题：：(1)通信机制通信机制直接通信；广播通信、公共黑板系直接通信；广播通信、公共黑板系统公共黑板系公共黑板系统? ?(2)协调机制机制协调多个多个Agent 共同完成某个任共同完成某个任务存在合作，存在合作，竞争，冲突，跟从等多种情况争，冲突，跟从等多种情况(3)自治机制自治机制Agent能能够对环境的做出相境的做出相应的反的反应8/26/202452 二、MAS在微电网中的应用欧盟的三欧盟的三层微微电网控制网控制结构构l最上最上层为中中压配配电网网监控中心控中心l中中间层是是单个微网的中心控制器个微网的中心控制器（（MGCC ,micro grid central controller））l分布式分布式电源和源和负荷的当地控制器（荷的当地控制器（LC））8/26/202453 二、MAS在微电网中的应用与之相与之相对应微微电网存在三种网存在三种类型的型的agent1、元件、元件级agent分布式电源控制，发电控制，储能元件的控制，和部分负荷控制2、微、微电网的整体运行网的整体运行agent主要针对微电网内部的调度控制3、配、配电网网监控控层代理代理l根据大电网和微电网运行情况，制定调度计划l根据大电网和微电网运行情况，发布并网电价8/26/202454 IEEE 9 节点点micro grid 系系统从从8/26/202455 元件元件Agent 结构模型构模型8/26/202456 二、MAS在微电网中的应用以光伏发电元件Agent为例:自治控制1、母线电压大于额定值2、母线电压恢复额定值3、光伏发电故障4、通信协商上层Agent下发相邻Agent请求/竞争8/26/202457 微电网运行与控制2014-2015学年 第一学期8/26/202458 微电网保护技术一、分布式一、分布式电源源对传统保保护的影响的影响二、逆二、逆变器接口分布器接口分布电源（源（inverter interfaced distributed generation，，IIDG）的故障特性）的故障特性三、微三、微电网保网保护控制策略控制策略四、微四、微电网中的孤网中的孤岛保保护8/26/202459 一、分布式一、分布式电源源对传统保保护的影响的影响不同不同类型型DG故障故障电流注入能力流注入能力8/26/202460 一、分布式一、分布式电源源对传统保保护的影响的影响分布式分布式电源通常接入在源通常接入在10kv馈线Rx为三段保三段保护的断路器的断路器Fx为熔断熔断丝8/26/202461 一、分布式一、分布式电源源对传统保保护的影响的影响DG 对三段式保三段式保护的影响的影响（（1））导致本致本线路保路保护动作的灵敏度降低，作的灵敏度降低，严重重时甚至拒甚至拒动（2）导致本致本线路保路保护误动作作（（3））导致相致相邻线路的瞬路的瞬时速断保速断保护误动作，失去作，失去选择性性8/26/202462 一、分布式一、分布式电源源对传统保保护的影响的影响DG 对熔断器保熔断器保护的影响的影响d1故障：要求故障：要求F2动作作优先于先于F3动作作d2故障：要求故障：要求F3动作作优先于先于F2动作作8/26/202463 一、分布式一、分布式电源源对传统保保护的影响的影响DG对自自动重合重合闸的影响的影响1）非同期重合）非同期重合闸2）故障点）故障点电弧弧失去系失去系统电源以后，源以后，DG可能可能继续维持持对故障点的供故障点的供电，，重合重合闸发生生时，，DG所提供的故障所提供的故障电流妨碍了故障点流妨碍了故障点电弧的熄弧的熄灭，引起故障点持，引起故障点持续电弧。
此弧此时，原本的瞬，原本的瞬时故障故障变成了永久性故障成了永久性故障8/26/202464 。