微電網(wǎng)能量管理和控制簡(jiǎn)述*

付　青，單英浩，朱昌亞，耿　炫

（1.中山大學(xué)物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院，廣州 510006；2.江蘇省光伏科學(xué)與工程協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 常州 213164；3.天寶電子（惠州）有限公司，廣東 惠州 516005）

微電網(wǎng)能量管理和控制簡(jiǎn)述*

付青1，2?，單英浩1，朱昌亞3，耿炫1

（1.中山大學(xué)物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院，廣州 510006；2.江蘇省光伏科學(xué)與工程協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 常州 213164；3.天寶電子（惠州）有限公司，廣東 惠州 516005）

首先介紹了微電網(wǎng)的概念和微電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行方式。其次，給出了微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的定義，分析了其與傳統(tǒng)大電網(wǎng)的不同，并提出了其3種控制結(jié)構(gòu)。在分析比較3種控制結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)之后，介紹了微電網(wǎng)能量?jī)?yōu)化調(diào)度的模型和算法以及能量管理的頻率和電壓控制策略。最后，提出了今后微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)可能采用的方法和頻率電壓控制的研究方向。

微電網(wǎng)；分布式發(fā)電；能量管理系統(tǒng)；頻率和電壓控制

0　引　言

面對(duì)當(dāng)今社會(huì)對(duì)新型可再生能源發(fā)展的需要、對(duì)電力供應(yīng)的可靠性和對(duì)電能質(zhì)量的要求日益增長(zhǎng)的問(wèn)題，分布式能源（Distributed energy resources，DER）的出現(xiàn)給問(wèn)題的解決提供了一個(gè)很好的途徑［1］。DER是指那些直接與中壓和低壓配電系統(tǒng)相連的電力發(fā)生源，其既包括發(fā)電單元（如：燃料電池、微型輪機(jī)、光伏組件等）也包括能量?jī)?chǔ)存技術(shù)（如：蓄電池、飛輪、超導(dǎo)磁能存儲(chǔ)等）。

微電網(wǎng)（Microgrid，MG）是指由DER、儲(chǔ)能裝置、負(fù)荷和控制、保護(hù)裝置結(jié)合而成的單一可控單元，可向用戶供給電能和熱能。用戶側(cè)微電網(wǎng)只要滿足大電網(wǎng)的公共連接點(diǎn)（Point of common coupling，PCC）入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，即可與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行［2］。

1　微電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式

微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)可以有多種，圖1所示為微電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)示意圖，整體呈輻射狀。系統(tǒng)包含A、B、C三條饋線及各種負(fù)荷。MG通過(guò)PCC與大電網(wǎng)之間可實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)和孤島兩種運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換。饋線A和B分別通過(guò)靜態(tài)開(kāi)關(guān)聯(lián)接有敏感負(fù)荷和可調(diào)節(jié)負(fù)荷。靜態(tài)開(kāi)關(guān)在此起到類似斷路器接通和關(guān)斷線路的作用。饋線C不經(jīng)過(guò)靜態(tài)開(kāi)關(guān)，聯(lián)接有可中斷負(fù)荷。正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)中的DER可為饋線A、B、C上的負(fù)荷供電。但如果饋線A和B從大電網(wǎng)得到的電能質(zhì)量不滿足供電要求時(shí)，其相應(yīng)的靜態(tài)開(kāi)關(guān)將斷開(kāi)，饋線A和B形成或分別形成獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)，直到各自恢復(fù)正常。饋線C在系統(tǒng)并網(wǎng)時(shí)可以從大電網(wǎng)得到正常的供電，而在大電網(wǎng)發(fā)生故障或電能質(zhì)量不滿足供電要求時(shí)，MG可以離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，并保證自身的正常運(yùn)行，此時(shí)饋線C從MG得到電能。由此可見(jiàn)，MG提高了供電的可靠性和安全性。

圖1　微電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1　The basic topological structure of microgrid

微電網(wǎng)有兩種基本的運(yùn)行方式，即并網(wǎng)運(yùn)行和孤島（自主）運(yùn)行。多數(shù)情況下，微電網(wǎng)與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，當(dāng)微電網(wǎng)所發(fā)電能在滿足自身使用情況下，可將多余的電能傳送給大電網(wǎng)。而當(dāng)微電網(wǎng)自身發(fā)電量不足且儲(chǔ)能不足時(shí)，可從大電網(wǎng)吸收電能來(lái)保證重要負(fù)荷的正常工作。此外，當(dāng)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)雙方中有一方系統(tǒng)發(fā)生故障或電能質(zhì)量不滿足要求時(shí)，微電網(wǎng)可及時(shí)與大電網(wǎng)隔離，自身工作于孤島模式。當(dāng)故障恢復(fù)正常時(shí)，微電網(wǎng)又可從孤島平穩(wěn)切換到并網(wǎng)模式。要想實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)自身正常運(yùn)作以及兩種運(yùn)行方式的平穩(wěn)過(guò)渡和轉(zhuǎn)換，就要采用合理的能量管理和控制策略。

2　微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)（Microgrid energy management system，MG-EMS）是一個(gè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，它以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)中DER發(fā)電源和儲(chǔ)能裝置的優(yōu)化管理，讓它們之間合理地分配功率輸出、有效地為負(fù)荷供能，并且自動(dòng)實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)整個(gè)系統(tǒng)與DER發(fā)電源、負(fù)荷之間在并網(wǎng)與孤島運(yùn)行兩個(gè)狀態(tài)間轉(zhuǎn)換的實(shí)時(shí)同步。從而以一種經(jīng)濟(jì)有效的方式來(lái)提供可靠、靈活、環(huán)保的高質(zhì)量電能［3］。

微電網(wǎng)與傳統(tǒng)大電網(wǎng)在結(jié)構(gòu)上有相似之處，但 它們的能量管理系統(tǒng)卻存在差異。具體表現(xiàn)如下：

（1）由于微電網(wǎng)內(nèi)部DER存在多種可再生能源，這些能源受自然條件的影響，發(fā)電具有間歇性，存在不可預(yù)測(cè)問(wèn)題。因而微電網(wǎng)能量?jī)?yōu)化調(diào)度不能夠像大電網(wǎng)那樣通過(guò)日前安排和自動(dòng)發(fā)電控制（Automatic generation control，AGC）來(lái)預(yù)先安排。

（2）大電網(wǎng)的電壓控制通過(guò)無(wú)功電源的一次調(diào)壓和自動(dòng)電壓控制（Automatic voltage control，AVC）系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，頻率控制通過(guò)同步發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻和AGC系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。微電網(wǎng)中的一些DER所發(fā)電為直流電，并網(wǎng)的話需要通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換成一定電壓和頻率的交流電。逆變器采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，具有響應(yīng)速度快、靈敏性高、慣性小等特點(diǎn)，其電壓和頻率控制相對(duì)困難。

（3）由于微電網(wǎng)中DER位于電力用戶現(xiàn)場(chǎng)或附近，DER發(fā)電源的運(yùn)行與停止很大程度受用戶的控制。國(guó)家政策的調(diào)整和實(shí)時(shí)并網(wǎng)電價(jià)的刺激都會(huì)使用戶做出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。因而，微電網(wǎng)的管理控制與電力用戶之間的互動(dòng)顯得比較重要。

（4）微電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)更具有針對(duì)性，由于DER的種類較多，各種發(fā)電源的運(yùn)行特性不盡相同，所對(duì)應(yīng)的控制方式也不同。要實(shí)現(xiàn)對(duì)其內(nèi)部眾多資源進(jìn)行有效的管理來(lái)提高微電網(wǎng)的能源利用率，其難度高于大電網(wǎng)。

MG-EMS可以分為集中控制（Centralized control）、分布式控制（Distributed control）和分級(jí)控制（Hierarchical control）以及這幾種控制方法的組合。

2.1集中控制

Banerji等［1］和Tsikalakis等［4］給出了集中控制的結(jié)構(gòu)和原理。集中控制系統(tǒng)由微電網(wǎng)中心控制器（Microgrid central controller，MGCC）、DER局部控制器（Local microsource controllers，MCs）和負(fù)荷控制器（Load controllers，LCs）組成。MGCC安置在微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的接口PCC處。它具有經(jīng)濟(jì)管理、穩(wěn)定控制、統(tǒng)籌安排等重要功能，可以根據(jù)電力和天然氣的市場(chǎng)價(jià)格以及從電網(wǎng)安全的角度來(lái)決定發(fā)電量。MGCC通過(guò)給MCs和LCs發(fā)送控制信號(hào)來(lái)優(yōu)化微電網(wǎng)的運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)價(jià)值的最大化。MC布置在DER發(fā)電源處，主要控制由發(fā)電源產(chǎn)生的有功和無(wú)功功率。LC一般布置在可控負(fù)荷處，可控制負(fù)荷的脫落。

集中控制是目前世界上所建設(shè)的微電網(wǎng)項(xiàng)目中采用較多的一種控制方法［5］。從理論上講，該方法可以使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行最優(yōu)化，有很好的可行性和經(jīng)濟(jì)性。但存在以下問(wèn)題［6］：

（1）中心控制器的功能過(guò)于集中，如果DER接入的數(shù)目和種類增多時(shí)不方便拓展，方式不靈活。另外，如果中心控制器功能異常，將造成整個(gè)系統(tǒng)的混亂。

（2）大量可控制源的存在，如各種發(fā)電源和負(fù)荷，增加了建模和運(yùn)算的負(fù)擔(dān)。

（3）中心控制器要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的部件太多，每一個(gè)部件的參數(shù)改變都要傳輸?shù)街行目刂破?，中心控制器監(jiān)測(cè)過(guò)于繁忙且需要較高帶寬的通信系統(tǒng)。

2.2分布式控制

分布式控制是指微電網(wǎng)由一個(gè)或者幾個(gè)局部控制器共同控制，局部控制器監(jiān)測(cè)本地的DER并且通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)與其它的局部控制器交換信息。與集中控制不同的是，局部控制器不用接受中心控制器的監(jiān)測(cè)和控制，其自身就具有分析決策的功能。該控制方法使中心控制器的功能得到分散，減輕了運(yùn)算負(fù)擔(dān)和通信的壓力。對(duì)等控制和分布式分層控制都是分布式控制典型的例子。

對(duì)等控制（peer-to-peer），是讓每個(gè)DER發(fā)電源具有同等的地位，不分主從關(guān)系。這種控制方法讓DER具有“即插即用”（plug-and-play）的功能?；陔娏﹄娮蛹夹g(shù)的對(duì)等和“即插即用”控制，選擇與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)相似的下垂特性曲線作為DER發(fā)電源的控制方式，利用下垂特性曲線將系統(tǒng)的不平衡功率動(dòng)態(tài)分配給各機(jī)組承擔(dān)，保證微電網(wǎng)在孤島運(yùn)行時(shí)電力供需的平衡和頻率的統(tǒng)一。這種方法簡(jiǎn)單、可靠、易于實(shí)現(xiàn)［7］。對(duì)等控制方式下，當(dāng)微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)，微電網(wǎng)中采用下垂控制的DER將參與電壓和頻率的調(diào)節(jié)。負(fù)荷變化時(shí)，DER自動(dòng)依據(jù)下垂系數(shù)分擔(dān)負(fù)荷的變化量，通過(guò)調(diào)節(jié)各自輸出電壓的幅值和頻率，使微電網(wǎng)達(dá)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

分布式三層控制是基于DER之間的對(duì)等通訊網(wǎng)絡(luò)，完全遵循分布式的原則來(lái)設(shè)計(jì)。Su等［3］給出了分布式三層控制和對(duì)等通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。一層控制采用下垂控制保證頻率和電壓在設(shè)定值附近，從而確保即使在通信癱瘓的情況下電力供應(yīng)的可靠性。二層控制基于gossip算法用來(lái)減小在負(fù)荷發(fā)生變化后頻率和電壓的偏差。三層控制主要是優(yōu)化系 統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

分布式控制由于沒(méi)有一條來(lái)自中心控制器到達(dá)各分散控制器的直接控制線路，各個(gè)分散控制器之間需要反復(fù)的通信協(xié)商才可以達(dá)成一致，無(wú)形之中增加了時(shí)間成本。另外，相比集中控制，分布式控制很難實(shí)現(xiàn)全局上的優(yōu)化運(yùn)行。

2.3分級(jí)控制

分級(jí)控制結(jié)合了集中控制和分布式控制的優(yōu)點(diǎn)，方式更加靈活。一般為三級(jí)：一次控制（primary control）、二次控制（secondary control）和三次控制（tertiary control）。三個(gè)級(jí)別的控制分工不同，在具體的微電網(wǎng)中功能也各異，但它們之間相互協(xié)作，共同實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的可靠、高效和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

分級(jí)控制與分布式分層控制的區(qū)別在于：分級(jí)控制用到了中心控制器來(lái)統(tǒng)一指揮DER之間的協(xié)作，而分布式分層控制沒(méi)有中心控制器，利用的是DER之間的對(duì)等通訊網(wǎng)絡(luò)。

Guerrero等［8］和Bidram等［9］都分別討論了交流和直流微電網(wǎng)的控制。交流和直流微電網(wǎng)的控制具有相似性，其控制分為三級(jí)：第一級(jí)控制直接與DER之間互動(dòng)，起到穩(wěn)定電壓和頻率、控制電流和保證DER之間的有功和無(wú)功功率的對(duì)等等。第二級(jí)控制通過(guò)一個(gè)集中控制器來(lái)調(diào)整由一次控制產(chǎn)生的頻率和電壓偏差。第三級(jí)控制管理功率在微電網(wǎng)和大電網(wǎng)之間的流動(dòng)并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化。這種控制方式類似于大電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的集中式三級(jí)控制結(jié)構(gòu)。Vandoorn等［10］和Olivares等［11］也都提到了集中式三級(jí)控制結(jié)構(gòu)的思想，雖然對(duì)具體的微電網(wǎng)控制不完全相同，但足見(jiàn)集中式三級(jí)控制的靈活和高效。

3　微電網(wǎng)能量?jī)?yōu)化調(diào)度模型和算法

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的主要功能有［12，13］：收集處理實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)采集的電網(wǎng)信息、分布式電源信息和負(fù)荷信息等；實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)、多種分布式電源、儲(chǔ)能單元和負(fù)載之間的最優(yōu)功率匹配；實(shí)現(xiàn)多種分布式電源的靈活投切以及實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)在孤島與并網(wǎng)兩種運(yùn)行模式間的無(wú)縫轉(zhuǎn)換等。

Jiang等［14］針對(duì)并網(wǎng)和孤島模式下的微網(wǎng)，提出一個(gè)由計(jì)劃層（schedule layer）和調(diào)度層（dispatch layer）構(gòu)成的兩層協(xié)調(diào)控制模型，由計(jì)劃層根據(jù)發(fā)電和負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)得到微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行計(jì)劃，由調(diào)度層根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和計(jì)劃層制定的方案確定可調(diào)度型DER的出力，發(fā)電和負(fù)荷的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)之間的誤差通過(guò)兩層之間的協(xié)調(diào)控制來(lái)解決，即預(yù)先在計(jì)劃層預(yù)留適當(dāng)?shù)挠泄溆?，再在調(diào)度層分配這些有功備用以應(yīng)對(duì)不可調(diào)度型DER出力的不確定性。兩層的優(yōu)化模型分別用CPLEX軟件包求解。Logenthiran等［15］建立了一個(gè)微網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行管理多代理系統(tǒng)，微網(wǎng)用實(shí)時(shí)數(shù)字仿真儀（Real time digital simulator，RTDS）創(chuàng)建，并用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通訊。系統(tǒng)管理分為發(fā)電計(jì)劃管理和需求側(cè)管理兩個(gè)部分。發(fā)電計(jì)劃管理由日前計(jì)劃和實(shí)時(shí)計(jì)劃組成，日前計(jì)劃確定DER每個(gè)小時(shí)的功率設(shè)定值，實(shí)時(shí)計(jì)劃根據(jù)日前計(jì)劃和微網(wǎng)實(shí)時(shí)反饋值調(diào)節(jié)DER的功率設(shè)定值。需求側(cè)管理根據(jù)情況在制定日前計(jì)劃前執(zhí)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移以及在制定實(shí)時(shí)計(jì)劃前執(zhí)行負(fù)荷削減。Palma-Behnke等［16］針對(duì)風(fēng)、光、柴、蓄微網(wǎng)，提出了2日前滾動(dòng)機(jī)組混合整數(shù)規(guī)劃模型，每15 min采樣一次，共192個(gè)數(shù)據(jù)值，采用CPLEX軟件包求解。張先勇等［17］針對(duì)孤島采用兩級(jí)能量管理策略。底層為模塊層，利用本地控制器采集實(shí)時(shí)電量信息對(duì)蓄電池容量、光伏發(fā)電及負(fù)荷用電進(jìn)行預(yù)測(cè)，確定DER的能量缺額或能量富余；頂層為系統(tǒng)層，接收和分析模塊層的信息，確定DER之間的功率輸送額度和控制柴油發(fā)電機(jī)啟停。黃磊等［18］提出一種基于小采樣間隔光伏功率多維時(shí)間序列預(yù)測(cè)方法。通過(guò)構(gòu)造光伏功率均值序列，形成以小時(shí)平均光伏功率序列為主要研究序列的多維時(shí)間序列，并采用支持向量回歸法建立了提前1 h的光伏功率局部預(yù)測(cè)模型。另外，文獻(xiàn)［19］基于小采樣間隔風(fēng)功率序列，提出ARMAX-GARCH風(fēng)功率預(yù)測(cè)模型，進(jìn)行提前1 h的風(fēng)功率預(yù)測(cè)。

陳健等［20］建立了風(fēng)、光、柴、蓄孤島微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化模型，同時(shí)計(jì)及了設(shè)備損耗成本、運(yùn)行和維護(hù)成本、燃料成本和環(huán)保折算成本，采用非支配排序遺傳算法NSGA-II（non-dominated sorting genetic algorithm-II）求取多目標(biāo)優(yōu)化方案。江岳春等［21］建立了基于空調(diào)和熱水器工作特性的微網(wǎng)可控負(fù)荷多目標(biāo)優(yōu)化模型，提出了考慮多個(gè)目標(biāo)的可控負(fù)荷優(yōu)化策略，并采用NSGA-II算法進(jìn)行分析。陳潔等［22］建立了考慮DER同時(shí)提供有功和無(wú)功出力并計(jì)及制熱收益的熱電聯(lián)產(chǎn)型微網(wǎng)系統(tǒng)多目標(biāo)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，并以包含風(fēng)、光、儲(chǔ)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池以及熱電負(fù)荷的微網(wǎng)為例，采用模糊理論和改進(jìn)遺傳算法求解。

在微電網(wǎng)能量?jī)?yōu)化調(diào)度模型和算法研究方面，對(duì)不可調(diào)度DER出力不確定性的代表算法主要有：日前滾動(dòng)機(jī)組組合、計(jì)劃層和調(diào)度層協(xié)調(diào)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度以及日前計(jì)劃和實(shí)時(shí)計(jì)劃構(gòu)成的兩個(gè)時(shí)間尺度的經(jīng)濟(jì)調(diào)度等［14-16］。

微電網(wǎng)的能量管理優(yōu)化是典型的多變量、多約束的混合非線性規(guī)劃問(wèn)題。處理多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的主要方法有：NSGA-II算法和模糊理論等［20-22］。

4　能量管理的頻率和電壓控制策略

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)微電網(wǎng)頻率和電壓的一次控制和二次控制進(jìn)行了大量研究。

在上層調(diào)度控制方面，微電網(wǎng)控制策略和控制模式主要依靠恒功率控制（PQ控制）策略、恒壓/恒頻控制（V/f控制）策略和下垂控制（Droop控制）策略及其組合或改進(jìn)策略來(lái)實(shí)現(xiàn)［23，24］。

吳志鋒等［25］在所提出的用于分散式多能互補(bǔ)微電網(wǎng)系統(tǒng)下，研究了其并網(wǎng)和孤網(wǎng)運(yùn)行的控制策略。并網(wǎng)模式下，風(fēng)機(jī)和光伏等發(fā)電均采用PQ控制；孤網(wǎng)模式下，則采用V/f控制，建立微電網(wǎng)的參考電壓和頻率。張明銳等［26］針對(duì)P/f下垂控制存在負(fù)荷快速分配與頻率穩(wěn)定控制之間存在矛盾的問(wèn)題，提出了改進(jìn)的P/δ和Q/V下垂控制策略，將電壓和相角偏差作為前饋量加入功率控制環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)電壓和相角的二次調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了不僅可以負(fù)荷快速分配，而且具有更小頻率偏差的目的。Mehrizi-Sani等［27］引入勢(shì)函數(shù)的概念來(lái)解決微電網(wǎng)孤島運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行下的二次和三次控制問(wèn)題，為每一個(gè)可控DER設(shè)定一個(gè)勢(shì)函數(shù)，采用最陡下降法，在勢(shì)函數(shù)達(dá)到最小值時(shí)即對(duì)應(yīng)于所要達(dá)到的控制目標(biāo)。金鵬等［28］在傳統(tǒng)下垂控制的基礎(chǔ)上，利用無(wú)功出力分配關(guān)系和空載輸出電壓的偏離程度構(gòu)造勢(shì)函數(shù)，提出基于二次控制的微電網(wǎng)無(wú)功控制策略，微電網(wǎng)中心控制器根據(jù)勢(shì)函數(shù)對(duì)DER的空載輸出電壓進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)了改善無(wú)功出力分配的功能。鮑薇等［29］提出了一種基于同步電壓源的三級(jí)控制結(jié)構(gòu)，在一次控制中，采取增大下垂系數(shù)法來(lái)提高功率均分的精度，可用于帶本地和公共負(fù)載的各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的微電網(wǎng)。在二次電壓和頻率控制中，給出下垂曲線二次調(diào)整量的計(jì)算方法，提高了系統(tǒng)的電壓和頻率質(zhì)量。此外，在二次控制中，還提出了基于同步電壓源的無(wú)縫切換和聯(lián)絡(luò)線功率控制方法。宋香榮等［30］提出了用于光伏微電網(wǎng)的三電平變流器結(jié)構(gòu)，采用電壓內(nèi)環(huán)、有功功率和無(wú)功功率調(diào)節(jié)為外環(huán)的控制策略。在多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，采用公共同步脈沖與均流解藕控制實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)全網(wǎng)范圍內(nèi)的變流器單機(jī)虛擬磁鏈的旋轉(zhuǎn)同步。吳志鋒等［31］提出一種多級(jí)結(jié)構(gòu)獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)，構(gòu)建了一個(gè)三級(jí)風(fēng)、光、柴、蓄兆瓦級(jí)海島微網(wǎng)系統(tǒng)，闡述了調(diào)度控制策略中有關(guān)多級(jí)控制方法、能量調(diào)度控制流程及多目標(biāo)協(xié)調(diào)控制技術(shù)，并應(yīng)用了實(shí)時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（SCADA）及調(diào)配一體化技術(shù)。

5　結(jié)　論

本文介紹了微電網(wǎng)的定義、基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式，闡述了微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的三種控制方式，即集中控制、分布式控制和分級(jí)控制。其中分級(jí)控制是目前研究的熱點(diǎn)，而集中式三級(jí)控制方式由于集合了集中控制和分布式控制兩者的優(yōu)點(diǎn)，方式更加靈活和可靠，最有可能走向標(biāo)準(zhǔn)化，Shahidehpour等［32］所介紹的現(xiàn)實(shí)微電網(wǎng)工程就采用了這種結(jié)構(gòu)，而目前國(guó)內(nèi)對(duì)該研究還處于起步階段。微電網(wǎng)能量?jī)?yōu)化調(diào)度模型和算法方面，介紹了幾種基本的模型和算法。在微電網(wǎng)的頻率和電壓控制方面，對(duì)一次調(diào)頻和一次調(diào)壓的研究比較多，主要是對(duì)可控DER進(jìn)行下垂控制或改進(jìn)下垂控制方法的研究，對(duì)二次調(diào)頻和二次調(diào)壓的研究還相對(duì)不足。

［1］ Banerji A，Sen D，Bera A K，et al.Microgrid： A review［C］//2013 IEEE Global Humanitarian Technology Conference： South Asia Satellite（GHTC-SAS），Trivandrum，Kerala，India，23-24 August，2013： 27-35.

［2］ 姜桂秀，黃磊，舒杰，等.分布式光伏電站接入電網(wǎng)電能質(zhì)量評(píng)估計(jì)算［J］.新能源進(jìn)展，2013，1（2）： 145-149.

［3］ Su W，Wang J.Energy Management Systems in Microgrid Operations［J］.Electricity Journal，2012，25（8）： 45-60.

［4］ Tsikalakis A G，Hatziargyriou N D.Centralized control for optimizing microgrids operation［C］//2011 IEEE PES General Meeting： The Electrification of Transportation and the Grid of the Future，San Diego，USA，24-29 July，2011： 1-8.

［5］ Su W，Wang J.Energy Management Systems in Microgrid Operations［J］.Electricity Journal，2012，25（8）： 45-60.

［6］ Yazdanian M，Mehrizi-Sani A.Distributed Control Techniques in Microgrids［J］.IEEE Transactions onSmart Grid，2014，5（6）： 2901-2909.

［7］ 蘇玲，張建華，王利，等.微電網(wǎng)相關(guān)問(wèn)題及技術(shù)研 究［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（19）： 235-239.

［8］ Guerrero J M，Vasquez J C，Matas J，et al.Hierarchical control of droop-controlled AC and DC microgrids-A general approach toward standardization［J］.IEEE Transactions on Industrial Electronics，2011，58（1）： 158-172.

［9］ Bidram A，Davoudi A.Hierarchical structure of microgrids control system［J］.IEEE Transactions on Smart Grid，2012，3（4）： 1963-1976.

［10］ Vandoorn T L，De Kooning J，Vandevelde L，et al.Microgrids： Hierarchical control and an overview of the control and reserve management strategies［J］.IEEE Industrial Electronics Magazine，2013，7（4）： 42-55.

［11］ Olivares D E，Canizares C A，Kazerani M.A centralized energy management system for isolated microgrids［J］.IEEE Transactions on Smart Grid，2014，5（4）： 1864-1875.

［12］ 張建華，蘇玲，陳勇，等.微網(wǎng)的能量管理及其控制策略［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2011，35（7）： 24-28.

［13］ Delfino F，Barillari L，Pampararo F，et al.Development and assessment of Decentralized Energy Management System in a smart Microgrid［C］//The 5th International Conference on Information，Intelligence，Systems and Applications（IISA 2014），Chania，7-9 July，2014： 125-130.

［14］ Jiang Q Y，Xue M D，Geng G C.Energy management of microgrid in grid-connected and stand-alone modes［J］.IEEE Transactions on Power Systems，2013，28（3）： 3380-3389.

［15］ Logenthiran T，Srinivasan D，Khambadkone A M，et al.Multiagent system for real-time operation of a microgrid in real-time digital simulator［J］.IEEE Transactions on Smart Grid，2012，3（2）： 925-933.

［16］ Palma-Behnke R，Benavides C，Lanas F，et al.A microgrid energy management system based on the rolling horizon strategy［J］.IEEE Transactions on Smart Grid，2013，4（2）： 996-1006.

［17］ 張先勇，舒杰，吳昌宏，等.一種海島分布式光伏發(fā)電微電網(wǎng)［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，42（10）： 55-61.

［18］ 黃磊，舒杰，姜桂秀，等.基于多維時(shí)間序列局部支持向量回歸的微網(wǎng)光伏發(fā)電預(yù)測(cè)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014，38（5）： 19-24.

［19］ 黃磊，舒杰，崔瓊，等.基于ARMAX-GARCH模型的微電網(wǎng)風(fēng)功率預(yù)測(cè)［J］.新能源進(jìn)展，2013，1（3）： 224-229.

［20］ 陳健，王成山，趙波，等.考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)特性的獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36（20）： 25-31.

［21］ 江岳春，王志剛，楊春月，等.微網(wǎng)中可控負(fù)荷的多目標(biāo)優(yōu)化策略［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2013，37（10）： 2875-2880.

［22］ 陳潔，楊秀，朱蘭，等.微網(wǎng)多目標(biāo)經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，33（19）： 57-66.

［23］ 楊新法，蘇劍，呂志鵬，等.微電網(wǎng)技術(shù)綜述［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014，34（1）： 57-70.

［24］ 周龍華，舒杰，張先勇，等.分布式能源微網(wǎng)電壓質(zhì)量的控制策略研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2012，36（10）： 17-22.

［25］ 吳志鋒，舒杰，崔瓊.多能互補(bǔ)微電網(wǎng)系統(tǒng)組網(wǎng)及控制策略研究［J］.可再生能源，2014，32（1）： 44-48.

［26］ 張明銳，杜志超，黎娜，等.高壓微網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)頻率穩(wěn)定控制策略研究［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，32（25）： 20-26.

［27］ Mehrizi-Sani A，Iravani R.Potential-function based control of a microgrid in islanded and grid-connected modes［J］.IEEE Transactions on Power Systems，2010，25（4）： 1883-1891.

［28］ 金鵬，艾欣，王永剛.采用勢(shì)函數(shù)法的微電網(wǎng)無(wú)功控制策略［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，32（25）： 44-51.

［29］ 鮑薇，胡學(xué)浩，李光輝，等.基于同步電壓源的微電網(wǎng)分層控制策略設(shè)計(jì)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013，37（23）： 20-26.

［30］ 宋香榮，舒杰，張先勇，等.基于三電平變流器的光伏微電網(wǎng)及其控制策略研究［J］.新能源進(jìn)展，2014，2（1）： 25-30.

［31］ 吳志鋒，舒杰，張先勇，等.基于多級(jí)結(jié)構(gòu)原理的獨(dú)立微電網(wǎng)控制系統(tǒng)［J］.中國(guó)電力，2012，45（10）： 77-81.

［32］ Shahidehpour M，Khodayar M E.Cutting Campus EnergyCosts with Hierarchical Control： The Economical and Reliable Operation of a Microgrid［J］.IEEE Electrification Magazine，2013，1（1）： 40-56.

Overview on Energy Management and Control of Microgrid

FU Qing1，2，SHAN Ying-hao1，ZHU Chang-ya3，GENG Xuan1
（1.School of Physics and Engineering，Sun Yat-sen University，Guangzhou 510006，China；2.Jiangsu Collaborative Innovation Center of Photovolatic Science and Engineering，Jiangsu Changzhou 213164，China；3.Tenpao Electronics（Huizhou） Co.，Ltd.，Guangdong Huizhou 516005，China）

The concept and structure as well as the operation of microgrid are presented in this study.The definition of microgrid energy management system and its differences compared to power grid are introduced，and three control structures of microgrid energy management system are proposed.The advantages and disadvantages of three kinds of control structures are analyzed，and some basic optimal dispatching models and algorithms for microgrid energy management are also pointed out.Besides，several kinds of frequency and voltage control methods of microgrid energy management are discussed.Furthermore，the future energy management and control methods of microgrid are put forward.

microgrid；distributed generation；energy management system；frequency and voltage control

TK0；TM61

A doi：10.3969/j.issn.2095-560X.2015.02.009

2095-560X（2015）02-00139-06

付青（1976-），男，博士，副教授，主要從事電力電子、光伏系統(tǒng)和微電網(wǎng)研究。

單英浩（1991-），男，碩士，主要從事微電網(wǎng)和電力變換研究。

朱昌亞（1971-），男，碩士，高工，主要從事新能源和電源技術(shù)研究。

耿炫（1990-），男，碩士，主要從事電力變換研究。

2014-11-12

2014-12-05

廣東省科技計(jì)劃（2013B010405009）；珠海市戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重大專項(xiàng)（2014D0601990002）；廣東省部產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目（2012B091100179）

付青，E-mail：fuqing@mail.sysu.edu.cn