微電網(wǎng)運行與控制3

微電網(wǎng)運行與控制2014-2015學年

第一學期2/4/20231微電網(wǎng)運行與控制第一章微電網(wǎng)概述第二章微電網(wǎng)組成元件第三章微電網(wǎng)基本控制方法第四章微電網(wǎng)多代理優(yōu)化控制方法第五章微電網(wǎng)保護2/4/20232第三章微電網(wǎng)基本控制方法3.1微電網(wǎng)的運行狀態(tài)3.2微電網(wǎng)控制方式2/4/202333.1微電網(wǎng)運行狀態(tài)并網(wǎng)運行狀態(tài)離網(wǎng)運行狀態(tài)并網(wǎng)→離網(wǎng)狀態(tài)離網(wǎng)→并網(wǎng)狀態(tài)故障/檢修狀態(tài)大電網(wǎng)直供負荷狀態(tài)2/4/20234過渡狀態(tài)非正常狀態(tài)正常狀態(tài)3.1微電網(wǎng)運行狀態(tài)2/4/202353.1微電網(wǎng)運行狀態(tài)并網(wǎng)狀態(tài)

運行于聯(lián)網(wǎng)模式時，母線電壓頻率和負載由大電網(wǎng)支撐。微網(wǎng)一般被要求控制為一個“好公民”或者“模范公民”。

作為“好公民”時，微網(wǎng)在與配電網(wǎng)連接時需滿足配電網(wǎng)的接口要求，同時不參與主電網(wǎng)的操作。此時，微網(wǎng)應能實現(xiàn)減少電能短缺、提高當?shù)仉妷嘿|量和不造成電能質量的惡化等目標。

作為“模范公民”時，要求微網(wǎng)能為大電網(wǎng)提供一些輔助操作，例如：參與大電網(wǎng)的電壓和頻率調節(jié)，參與維持整個電網(wǎng)穩(wěn)定運行，提高故障承受能力等等2/4/202363.1微電網(wǎng)運行狀態(tài)離網(wǎng)狀態(tài)運行于孤島模式時，微網(wǎng)必須能維持自己的電壓和頻率。在傳統(tǒng)電網(wǎng)中，頻率能通過大型發(fā)電廠內擁有大慣性的發(fā)電機來維持，電壓通過調節(jié)無功功率來維持。在微網(wǎng)中，由于采用大量電力電子設備作為接口，其系統(tǒng)慣性小或無慣性、過載能力差、以及采用可再生能源發(fā)電的分布式電源輸出電能的間歇性和負載功率的多變性增加了微網(wǎng)頻率和電壓控制的難度。而且配電網(wǎng)線路阻抗呈阻性，使電壓不僅與無功功率有關也與有功功率有關，控制電壓需要通過控制有功和無功功率兩個方面來完成。2/4/202373.1微電網(wǎng)運行狀態(tài)切換狀態(tài)

微網(wǎng)運行在兩種模式之間切換的暫態(tài)時，維持微網(wǎng)穩(wěn)定是其最主要的問題。

如果微網(wǎng)在聯(lián)網(wǎng)運行時吸收或輸出功率到電網(wǎng)，當微網(wǎng)突然從聯(lián)網(wǎng)模式切換到孤島模式時，微網(wǎng)產生的電能和負荷需求之間的不平衡將會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定，此時設計合理微網(wǎng)結構和采用恰當?shù)目刂品椒ㄊ欠浅Ｖ匾摹?/p>

當微網(wǎng)從孤島模式重連到大電網(wǎng)，如何與電網(wǎng)同步是其主要問題。目前，儲能裝置對缺少慣性的微網(wǎng)是維持其暫態(tài)能量平衡的必要元件。2/4/20238第三章微電網(wǎng)基本控制方法3.1微電網(wǎng)的運行狀態(tài)3.2微電網(wǎng)控制方式2/4/202393.2、微電網(wǎng)控制方式（一）主從控制1、以分布式電源作為主控制器2、以中心控制器作為主控制器（二）

對等控制1、分層協(xié)調控制2、自治協(xié)調控制2/4/202310（一）主從控制主從控制就是微網(wǎng)的控制系統(tǒng)中存在某一個控制器為主控制器，其余為從控制器，主從控制器之間一般需要通信聯(lián)系，且從控制器服從主控制器。以分布式電源作為主控制器以中心控制器作為主控制器2/4/2023113.2、微電網(wǎng)控制方式以分布式電源作為主控制器微網(wǎng)底層分布式電源的控制是一種主從控制結構。由于這種主從控制存在于分布式電源層，所以其通信聯(lián)系是強聯(lián)系，一旦通信失敗，微網(wǎng)將無法正常工作。2/4/202312主單元分布式控制策略聯(lián)網(wǎng)運行時微網(wǎng)中所有分布式電源采用PQ控制，即微網(wǎng)不參與系統(tǒng)頻率調節(jié)，只輸出指定的有功和無功功率；在孤島運行時主單元采用V/f控制維持系統(tǒng)的電壓和頻率恒定。（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式恒功率控制控制目的是使分布式電源輸出的有功功率和無功功率等于其參考功率。2/4/202313有功功率控制器調整頻率下垂特性曲線使分布式電源輸出的有功功率始終維持在參考值附近；無功功率控制器則調整電壓下垂特性曲線使無功功率也維持在相應的參考值附近。（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式V/f控制2/4/202314V/f控制原理基本思想：輸出電壓的幅值和頻率一直維持不變分布式電源輸出的有功功率從P1變化到P3，無功功率從Q1變化到Q3，其輸出的頻率始終為50Hz，電壓幅值為額定值。（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式恒功率控制2/4/202315（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式V/f控制方法12/4/202316分布式電源不管系統(tǒng)負荷功率如何變化，其端口輸出的電壓和頻率一直維持恒定當負荷需求量小于發(fā)電量時，主單元吸收剩余電能；負荷需求量大于發(fā)電量時，主單元則提供更多電能；（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式2/4/202317主單元相當于無窮大母線；在動態(tài)過程中，由于這種方法使用鎖相環(huán)（PLL）檢測系統(tǒng)頻率作為逆變器頻率的參考輸入，所以采用這種控制方法電壓的幅值在動態(tài)程中變化更小。（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式恒功率控制

當系統(tǒng)頻率為50Hz、分布式電源的端口電壓為額定值，分布式電源運行在B點，輸出的有功功率和無功功率分為Pref、Qref；

當系統(tǒng)的頻率增加，且分布式電源的端口電壓幅值增大，此時分布式電源運行點將由B點向A點移動，輸出的有功和無功依然為Pref、Qref；

當系統(tǒng)的頻率減小，且分布式電源的端口電壓幅值減小，分布式電源運行點將由B點向C點移動，輸出的有功和無功依然為Pref、Qref；2/4/202318該控制方法需要系統(tǒng)中有維持電壓和頻率的分布式電源或電網(wǎng)（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式以中心控制器作為主控制單元

上層管理系統(tǒng)管理底層多個分布式電源和各類負荷的一種控制方法，所以底層分布式電源與上層管理系統(tǒng)之間亦需要通信聯(lián)系。但是這種通信聯(lián)系是弱聯(lián)系，即使短時間通信失敗，微網(wǎng)仍能正常運行。2/4/202319（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式以中心控制器作為主控制單元

2/4/202320上層中心控制器根據(jù)分布式電源原動機的輸出功率和微網(wǎng)內的負荷需求變化調節(jié)底層分布式電源控制器的穩(wěn)態(tài)設置點和切聯(lián)負荷。

微網(wǎng)內供需平衡動態(tài)調節(jié)依靠底層分布式電源控制器來完成。底層的分布式電源控制器可以采用主從控制也可采用對等控制。（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式以中心控制器作為主控制單元

2/4/202321日本微網(wǎng)展示項目分層控制中心控制器首先對發(fā)電單元的發(fā)電量和負荷需求量進行預測，然后制定相應實時運行計劃，控制分布式電源、負荷和儲能裝置的起停，同時控制微網(wǎng)內的電壓和頻率并為系統(tǒng)提供相關保護功能。（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式以中心控制器作為主控制單元

2/4/202322歐盟多微網(wǎng)項目三層控制方法最上層為中壓配電網(wǎng)監(jiān)控中心中間層是單個微網(wǎng)的中心控制器（MGCC,microgridcentralcontroller）分布式電源和負荷的當?shù)乜刂破鳎↙C）（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式以中心控制器作為主控制單元

2/4/202323歐盟多微網(wǎng)項目三層控制方法中壓配電網(wǎng)監(jiān)控中心配電網(wǎng)絡操作人員（DNO）和市場管理人員（MO）可在此層完成相應的調度管理。主要負責根據(jù)市場和調度要求來管理和調度系統(tǒng)中的多個微網(wǎng)中壓配電網(wǎng)監(jiān)控中MGCC）微網(wǎng)中心控制器負責最大化微網(wǎng)價值的實現(xiàn)和優(yōu)化微網(wǎng)操作，它的功能主包括：1）根據(jù)市場電價、配電網(wǎng)絡操作人員的要求及負荷預測并優(yōu)化微網(wǎng)中分布式電源的發(fā)電量；2）通過改變分布式電源有功功率和無功功率的輸出設置點和切聯(lián)負荷實現(xiàn)二次頻率調整。（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式以中心控制器作為主控制單元

2/4/202324歐盟多微網(wǎng)項目三層控制方法分布式電源和負荷的當?shù)乜刂破鳎↙C）負責分布式電源的正常運行，而負荷控制器則按照中心控制器的指令斷開或重聯(lián)負荷，需要具備自治控制能力分層控制方案的軟件采用多agent技術實現(xiàn)（一）主從控制3.2、微電網(wǎng)控制方式二、微電網(wǎng)控制方式2.1主從控制以分布式電源作為主控制器以中心控制器作為主控制器2.2對等控制分層協(xié)調控制自治協(xié)調控制2/4/202325定義：

每個分布式電源有相等的地位，沒有一個單元像主控制單元或中心儲能單元那樣對微網(wǎng)有著特別重要的作用。同時這種控制方法能讓微網(wǎng)具有“即插即用”的功能?！凹床寮从谩保耗芰科胶獾臈l件下，微網(wǎng)中的任何一個分布式電源在接入或斷開時，不需要改變微網(wǎng)中其它單元的設置2/4/202326要求分布式電源采用本地變量進行控制，不同分布式電源之間沒有通信聯(lián)系。離網(wǎng)運行時，DG采用相同的控制方法，母線電壓幅值和頻率由所有分布式電源和當?shù)刎摵煽刂乒餐瑳Q定（二）對等控制3.2、微電網(wǎng)控制方式逆變器接口控制策略：下垂控制f-P,V-Q下垂控制P-f,Q-V下垂控制虛擬發(fā)電機控制2/4/202327（二）對等控制3.2、微電網(wǎng)控制方式2/4/202328它利用分布式電源輸出有功功率和頻率呈線性關系而無功功率和電壓幅值成線性關系的原理而進行控制。分布式電源輸出有功和無功功率分別增加時，分布式電源的運行點由A點向B點移動。該控制方法由于其具有不需要分布式電源之間通信聯(lián)系就能實施其控制的潛力下垂控制（二）對等控制3.2、微電網(wǎng)控制方式2/4/202329下垂控制

（二）對等控制3.2、微電網(wǎng)控制方式2/4/202330下垂控制頻率-有功下垂電壓-無功下垂有功-頻率下垂無功-電壓下垂（二）對等控制3.2、微電網(wǎng)控制方式2/4/202331下垂控制對于f-P和V-Q下垂控制，由于其輸出為分布式電源參考有功和無功功率，所以必須增加內環(huán)控制器才可能控制其接口逆變器。頻率-有功電壓-無功控制實現(xiàn)（二）對等控制3.2、微電網(wǎng)控制方式2.2對等控制2/4/202332下垂控制對于f-P和V-Q下垂控制，由于其輸出為分布式電源參考有功和無功功率，所以必須增加內環(huán)控制器才可能控制其接口逆變器。有功-頻率無功-電壓控制實現(xiàn)2.2對等控制2/4/202333對于f-P和V-Q下垂控制，由于其輸出為分布式電源參考有功和無功功率，所以必須增加內環(huán)控制器才可能控制其接口逆變器。有功-頻率無功-電壓控制實現(xiàn)虛擬同步發(fā)電機控制

控制目標：逆變器接口模擬同步發(fā)電機特性，提高分微電網(wǎng)的系統(tǒng)慣性，從而提高微電網(wǎng)的控制穩(wěn)定性。2/4/202334（二）對等控制3.2、微電網(wǎng)控制方式虛擬同步發(fā)電機控制2/4/202335虛擬同步發(fā)電控制思想（二）對等控制3.2、微電網(wǎng)控制方式虛擬同步發(fā)電機控制2/4/202336虛擬同步發(fā)電機控制策略（二）對等控制3.2、微電網(wǎng)控制方式2/4/202337下垂控制兩種下垂控制對比對于逆變器接口的分布式電源來說，它們不是傳統(tǒng)的發(fā)電機，沒有轉子運動方程，而微網(wǎng)在孤島運行時必須控制系統(tǒng)的頻率和電壓。如果采用f-P和V-Q下垂控制必須設計內環(huán)控制器，通過內環(huán)控制器模擬轉子運動方程來實現(xiàn)其控制，因此該控制方法依賴于內環(huán)控制器的設計f-P和V-Q控制方法需要足夠精確的頻率測量裝置確保控制策略的實施f-P和V-Q控制方法可能在系統(tǒng)孤島模式運行并且空載時引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，因為這時網(wǎng)絡阻抗將變得無窮大，小的電流變化將導致大的電壓變化。而P-f和Q-V下垂控制可以應用單環(huán)控制器直接控制其分布式電源接口逆變器，控制器設計簡單。

P-f和Q-V下垂控制方法時，多個分布式電源將同時參與系統(tǒng)的頻率調節(jié)P-f和Q-V下垂控制是目前微電源逆變器的主流控制方法（二）對等控制3.2、微電網(wǎng)控制方式3.3微電網(wǎng)控制方式主從控制策略和對等控制策略對比：以一個分布式電源為主控制單元主從控制：底層分布式電源之間需要強的通信聯(lián)系，增加成本，降低可靠性，并且由于采用這種控制方法，整個系統(tǒng)對主單元有很強的依賴性，主控制單元控制失效和通信失敗，整個微網(wǎng)就會癱瘓以中心控制器為主控制單元的主從控制策略，由于其通信聯(lián)系不是強聯(lián)系，中心控制器能起到管理微網(wǎng)的作用，隨著微網(wǎng)概念的發(fā)展，這種分層控制系統(tǒng)是一個很好的選擇對等控制：分布式電源之間不需要通信聯(lián)系就能實現(xiàn)功率共享，不同分布式電源之間地位相等，控制具有冗余性2/4/202338微電網(wǎng)運行與控制2014-2015學年

第一學期2/4/202339微電網(wǎng)運行與控制第一章微電網(wǎng)概述第二章微電網(wǎng)組成元件第三章微電網(wǎng)基本控制方法第四章微電網(wǎng)多代理優(yōu)化控制方法第五章微電網(wǎng)保護2/4/202340第四章微電網(wǎng)多代理優(yōu)化控制法4.1agent基本理論4.2多agent技術在微電網(wǎng)中的應用2/4/2023414.1agent基本理論Agent概念首先是由麻省理工學院的著名計算機學家和人工智能學科創(chuàng)始人之一的minsky提出來的。Agent是駐留于環(huán)境中的實體,既可以是硬件也可以是軟件弱定義：具有自主性、社會性、反應性和能動性等基本特性強定義：除了上述基本特性之外,還具有理性、信念、通信能力等人類特冇的一些特性2/4/2023424.1agent基本理論（1）自主性；（2）交互性；（3）反應性；（4）社會性；（5）環(huán)境協(xié)調性；2/4/202343Agent特征一、agent基本理論2/4/202344Agent體系結構單Agent的工作過程一、agent基本理論2/4/202345單Agent的工作過程Agent體系結構一、agent基本理論多代理系統(tǒng)MAS(MULTI-Agent-system)

包含了多個Agent,是由具有不同信息或不同利益的多個自治實體組成的網(wǎng)絡系統(tǒng)，是一個松散耦合的的分布式交互系統(tǒng)。

2/4/202346一、agent基本理論多代理系統(tǒng)MAS(MULTI-Agent-system)特點：Agent都具有自治性和主動性系統(tǒng)內部的交互性和系統(tǒng)整體的封裝性每個代理之間只進行少量的信息交流每個代理針對不同的目標有不同的運行方式

2/4/2023471+1>2一、agent基本理論多代理系統(tǒng)MAS(MULTI-Agent-system)結構：集中式結構分布式結構混合式結構

2/4/202348一、agent基本理論2/4/202349MAS集中式結構一、agent基本理論2/4/202350MAS分布式結構一、agent基本理論2/4/202351MAS混合結構一、agent基本理論MAS中的關鍵問題：(1)通信機制直接通信；廣播通信、公共黑板系統(tǒng)公共黑板系統(tǒng)?(2)協(xié)調機制協(xié)調多個Agent共同完成某個任務存在合作，競爭，沖突，跟從等多種情況(3)自治機制Agent能夠對環(huán)境的做出相應的反應2/4/202352二、MAS在微電網(wǎng)中的應用2/4/202353歐盟的三層微電網(wǎng)控制結構最上層為中壓配電網(wǎng)監(jiān)控中心中間層是單個微網(wǎng)的中心控制器（MGCC,microgridcentralcontroller）分布式電源和負荷的當?shù)乜刂破鳎↙C）2/4/202354二、MAS在微電網(wǎng)中的應用與之相對應微電網(wǎng)存在三種類型的agent1、元件級agent分布式電源控制，發(fā)電控制，儲能元件的控制，和部分負荷控制2、微電網(wǎng)的整體運行agent主要針對微電網(wǎng)內部的調度控制3、配電網(wǎng)監(jiān)控層代理根據(jù)大電網(wǎng)和微電網(wǎng)運行情況，制定調度計劃根據(jù)大電網(wǎng)和微電網(wǎng)運行情況，發(fā)布并網(wǎng)電價2/4/202355IEEE9節(jié)點microgrid系統(tǒng)從2/4