基于電儲(chǔ)能的微電網(wǎng)控制關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用

奚力強(qiáng) 何 斌 朱佳琪 趙鈞儒

1.申能股份有限公司

2.上海申能新動(dòng)力儲(chǔ)能研發(fā)有限公司

0 引言

為解決化石能源日漸枯竭和氣候變化威脅人類可持續(xù)發(fā)展兩大關(guān)鍵問題，世界各國紛紛在探索新的能源生產(chǎn)和消費(fèi)模式，尋求多元化的能源供應(yīng)策略，一場(chǎng)以推動(dòng)可再生能源和新能源發(fā)展為核心的新能源革命已席卷而來[1]。微網(wǎng)通過“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”規(guī)范化配置構(gòu)成自治的小微型供用電系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)分散、多類型的分布式能源，尤其是新能源就地消納和即插即用提高了利用率，同時(shí)可作為一個(gè)整體獨(dú)立的運(yùn)行，避免了配電網(wǎng)直接調(diào)度大規(guī)模分布式新能源帶來的技術(shù)和管理困難，成為配電網(wǎng)與分布式能源之間的聯(lián)系紐帶。因此，作為未來電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一的微網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)的“有機(jī)細(xì)胞”，受到廣泛關(guān)注。

微網(wǎng)的控制是一項(xiàng)多目標(biāo)的復(fù)雜系統(tǒng)工程，需要考慮不同技術(shù)領(lǐng)域，在不同時(shí)間階段及不同物理層面的各種問題。微網(wǎng)的控制系統(tǒng)旨在為各種運(yùn)行模式（如與大電網(wǎng)相連接的模式、孤島模式，以及介于兩者之間的過渡階段）的微網(wǎng)提供控制、管理和優(yōu)化服務(wù)。對(duì)于微網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制有兩類主要的架構(gòu)，集中式和分散式。集中式依賴于中央控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、計(jì)算并確定各控制單元的控制行為，對(duì)系統(tǒng)的檢測(cè)、控制精度、運(yùn)算速度和通訊的可靠性有很高的要求。分散式則完全依賴本地信號(hào)，不利于各控制單元之間的協(xié)調(diào)控制和系統(tǒng)優(yōu)化。JOSEP M. GUERRERO 等人為解決這一矛盾提出了微網(wǎng)分層控制的架構(gòu)[2]，并受到廣泛關(guān)注。此架構(gòu)逐漸成為微網(wǎng)控制的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)[2]。本文對(duì)分層控制的熱點(diǎn)問題進(jìn)行了歸納整理，介紹分層控制應(yīng)用在微網(wǎng)的實(shí)踐成果，并對(duì)分層控制未來研究方向展望。

1 分層控制關(guān)鍵技術(shù)

分層控制根據(jù)時(shí)間和空間尺度分解為三個(gè)層次。不同的控制目標(biāo)根據(jù)時(shí)間尺度被分配于不同的層次，具體分配見圖1。

圖1 分層控制框圖

一次控制主要指分布式電源通過本地信息以維持系統(tǒng)電壓頻率穩(wěn)定運(yùn)行，確保通信出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)仍能履行基本的功率控制職能。二次控制針對(duì)一次控制的不足，補(bǔ)償電壓和頻率的靜態(tài)偏差，滿足功率精確分配。三次控制作為模式監(jiān)管設(shè)定并在離網(wǎng)模式下的控制方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部調(diào)度指令的響應(yīng)并支持經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行。

1.1 一次控制策略

一次控制對(duì)電源和負(fù)荷的變動(dòng)有毫秒級(jí)的快速響應(yīng)，有助于提高網(wǎng)絡(luò)可靠性。典型一次控制策略采用如圖2 所示的雙環(huán)控制：外環(huán)控制器主要用于控制有功、無功功率或者調(diào)節(jié)電壓幅值、頻率，體現(xiàn)不同的控制目的，同時(shí)產(chǎn)生內(nèi)環(huán)參考信號(hào)，一般動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢。內(nèi)環(huán)控制器主要進(jìn)行精細(xì)的電流調(diào)節(jié)，用于提高逆變器輸出的電能質(zhì)量，一般動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快[6]。

圖2 變流器一次控制策略

1.1.1 內(nèi)環(huán)控制

內(nèi)環(huán)控制的研究基于三種坐標(biāo)系dq 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系、αβ靜止坐標(biāo)系、abc 自然坐標(biāo)系。相對(duì)而言αβ 靜止坐標(biāo)系和自然坐標(biāo)系更適用于三相非平衡系統(tǒng)?；镜目刂扑惴ㄓ斜壤e分（PI）控制、比例諧振（PR）控制、重復(fù)控制、非線性控制（滑?？刂?、滯環(huán)控制、無差拍控制）等。

1.1.2 外環(huán)控制

常見的外環(huán)控制方法主要有恒功率控制（PQ控制）、恒壓恒頻控制（VF 控制）、下垂控制（Droop控制）、虛擬同步機(jī)(VSG控制)。

在微網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)，外環(huán)控制的主要目標(biāo)是調(diào)節(jié)電流/功率輸出，一般采用PQ控制的方式，其電流或功率參考值來自預(yù)先設(shè)定或上層控制。關(guān)于恒功率控制的研究主要集中在網(wǎng)絡(luò)不對(duì)稱條件下的恒功率研究[3]。

在微網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)，外環(huán)控制的主要目標(biāo)是調(diào)節(jié)電壓幅值/頻率輸出。其電壓幅值和頻率參考值根據(jù)自身控制特性或來自上層控制。外環(huán)控制方法主要有VF控制、下垂控制、VSG控制等。目前的研究主要集中在后兩者。

1）下垂控制

下垂控制是基于傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)一次調(diào)頻特性提出。在中高壓電網(wǎng)中一般認(rèn)為系統(tǒng)中的電感值遠(yuǎn)大于電阻值，有功-頻率、無功-電壓呈線性關(guān)系，有Pf/QV下垂控制式：

其中，ω*、V*分別為變流器角頻率和電壓參考值，ω，V 為變流器輸出角頻率和電壓，P*、Q*為變流器輸出有功、無功參考值，P、Q 分別為變流器輸出的有功和無功功率，kP、kQ為下垂系數(shù)。

微電網(wǎng)的線路阻抗模型尤其是低壓網(wǎng)絡(luò)可能呈現(xiàn)阻感性，甚至阻性。如果采用傳統(tǒng)基于感性的下垂控制，會(huì)引入有功和無功功率的耦合，使系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行。除此之外，不同容量逆變器之間的功率分配受不同線路阻抗的影響，線路上會(huì)產(chǎn)生不同的電壓降，導(dǎo)致無功功率很難實(shí)現(xiàn)均分，很小的電壓降差異會(huì)引起很大的無功誤差，造成變流器過流[15]。

解耦技術(shù)被用來解決上述問題，包括虛擬阻抗技術(shù)和線性變換技術(shù)。

虛擬阻抗技術(shù)通過引入感性虛擬感性阻抗或虛擬負(fù)電阻，改變線路阻感比，修正逆變器的等效輸出阻抗為感性，實(shí)現(xiàn)功率解耦和均分，抑制系統(tǒng)環(huán)流。由虛擬阻抗重塑過的阻抗特性可能會(huì)受到電壓、電流和線路阻抗動(dòng)態(tài)變化的影響。因此，可以實(shí)時(shí)整定的自適應(yīng)虛擬阻抗是虛擬阻抗技術(shù)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)[4]。此外，隨著越來越多單相負(fù)載和非線性負(fù)載被接入微網(wǎng)系統(tǒng)，僅采用傳統(tǒng)下垂控制已無法實(shí)現(xiàn)功率的負(fù)載合理分配。復(fù)合式的虛擬阻抗[5]等概念也逐漸被學(xué)者們提出并應(yīng)用。

線性變換技術(shù)[6]是針對(duì)微電網(wǎng)線路阻抗比的不同而引起的功率耦合問題通過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)正交變換矩陣，實(shí)現(xiàn)功率解耦控制，使傳統(tǒng)高壓電網(wǎng)的下垂策略應(yīng)用到低壓微網(wǎng)中。

對(duì)于低壓純阻性的網(wǎng)絡(luò)，PV/Qf 下垂控制策略被提出，以保證系統(tǒng)功率變化時(shí)微源與負(fù)荷之間的功率平衡,并為系統(tǒng)提供電壓和頻率支撐。

2）虛擬同步發(fā)電機(jī)(VSG)

為了模擬同步發(fā)電機(jī)的阻尼和慣性環(huán)節(jié)，虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并被應(yīng)用于變流器控制。虛擬同步機(jī)的控制同樣需解決輸出阻抗和線路阻抗差異引起的功率分配問題和系統(tǒng)穩(wěn)定問題。文獻(xiàn)[7]分析了VSG 功率精確分配的條件，提出了一種基于電壓補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)無功控制方法，同時(shí)，為平抑負(fù)荷響應(yīng)波動(dòng)，重新設(shè)計(jì)了基于準(zhǔn)諧振控制器的底層雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)[8]采用脈沖響應(yīng)分析法對(duì)線路進(jìn)行阻抗辨識(shí)，通過精確計(jì)算線路壓降，解決VSG 控制的電壓補(bǔ)償問題，實(shí)現(xiàn)了各并聯(lián)逆變器線路阻抗不匹配下的無功均分。文獻(xiàn)[9]引入慣性中心的概念，抑制系統(tǒng)中功率波動(dòng)減少振蕩。

1.2 二次控制策略

二次控制動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢于一次控制。分層控制應(yīng)用到微網(wǎng)之初，相關(guān)文獻(xiàn)中普遍采用微電網(wǎng)中心控制器（Micro Grid Center Controller,MGCC）進(jìn)行集中式二次調(diào)節(jié)。由MGCC 采集全網(wǎng)的運(yùn)行信息，經(jīng)優(yōu)化計(jì)算后向底層控制發(fā)送指令。此方法調(diào)節(jié)準(zhǔn)確度高，但數(shù)據(jù)通信量大，難以實(shí)現(xiàn)快速、靈活的響應(yīng)且存在中心節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)可靠性、可擴(kuò)展性差。

因此，專家們提出了分布式的分層控制結(jié)構(gòu)。在各種分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用最為廣泛的是多代理 系 統(tǒng)(multi-Agent systems，MAS)[10]。分 布 式MAS能夠?qū)?fù)雜系統(tǒng)劃分為彼此通訊協(xié)調(diào)、易于管理的單元，有效滿足分布式控制的需求。

1.2.1 電壓頻率無差調(diào)節(jié)和功率精確分配

頻率和電壓的穩(wěn)定以及精確合理的有功和無功分配是微網(wǎng)重要的性能指標(biāo)。常規(guī)的二次控制很難同時(shí)滿足電壓調(diào)節(jié)和功率均分的要求。在增加系統(tǒng)可靠性、魯棒性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)多并聯(lián)變流器之間精準(zhǔn)的有、無功的合理分配成為二次控制一個(gè)主要的研究方向。文獻(xiàn)[11]將模型預(yù)測(cè)控制應(yīng)用于頻率和電壓的二次調(diào)節(jié)，將DG的狀態(tài)空間模型作為精確的預(yù)測(cè)模型，獲得電壓和頻率的控制變量，作為二次調(diào)節(jié)量補(bǔ)償?shù)诫妷汉皖l率中，實(shí)現(xiàn)無功功率的精確分配，減小電壓偏差，并將頻率始終維持在額定值。文獻(xiàn)[12]基于分布式內(nèi)模設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)了微電網(wǎng)二次協(xié)調(diào)電壓和頻率控制策略，使微電網(wǎng)頻率和電壓恢復(fù)參考值，同時(shí)保證各分布式電源按照設(shè)計(jì)的下垂特性分配有功功率。

1.2.2 電能質(zhì)量改善

關(guān)于改善電能質(zhì)量的研究有很多是針對(duì)變流器一次控制，可有效地減小逆變器端口的電壓不平衡，但是均未考慮對(duì)系統(tǒng)不平衡電壓進(jìn)行補(bǔ)償?，F(xiàn)在逐漸有學(xué)者嘗試通過改進(jìn)二次控制的方式提高系統(tǒng)電能質(zhì)量。微網(wǎng)電能質(zhì)量研究一般包括兩個(gè)方面：一是解決微網(wǎng)大量單相負(fù)荷接入引起的不平衡問題；二是諧波抑制問題。

關(guān)于不平衡問題。有學(xué)者提出基于微網(wǎng)系統(tǒng)二次調(diào)整的PCC 的不平衡電壓補(bǔ)償方法，根據(jù)PCC的電壓不平衡度計(jì)算出補(bǔ)償系數(shù)，下發(fā)給逆變器進(jìn)行負(fù)序電壓控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)PCC不平衡電壓的補(bǔ)償，但忽略了逆變器端口電壓的不平衡問題。文獻(xiàn)[14]在此研究的基礎(chǔ)上，給出一種兼顧逆變器端口和PCC電壓不平衡度的補(bǔ)償方法，參與不平衡電壓補(bǔ)償控制的各臺(tái)逆變器優(yōu)先補(bǔ)償本機(jī)的端口電壓，在本機(jī)端口電壓不平衡度達(dá)到供電標(biāo)準(zhǔn)要求，并且有剩余補(bǔ)償能力的情況下，再根據(jù)本機(jī)端口電壓的不平衡度和微網(wǎng)中央控制器（MGCC）下發(fā)的PCC電壓不平衡度，綜合計(jì)算出新的負(fù)序電壓參考值，控制逆變器端口負(fù)序電壓，實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)逆變器端口和PCC電壓進(jìn)行補(bǔ)償。

關(guān)于諧波抑制問題。文獻(xiàn)[15]針對(duì)單相多并聯(lián)變流器微網(wǎng)提出了二次控制進(jìn)行諧波補(bǔ)償、無功分配和電壓頻率恢復(fù)。文獻(xiàn)[16]提出了一種基于一致性算法動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)虛擬阻抗的分布式諧波功率均分控制方法。該方法通過應(yīng)用多智能體理論設(shè)計(jì)了一致性算法來自適應(yīng)調(diào)整諧波虛擬阻抗，從而消除線路阻抗不匹配帶來的影響，實(shí)現(xiàn)了分布式發(fā)電單元按容量精確分配負(fù)荷諧波，極大地降低了公共連接點(diǎn)的電壓諧波含量。

1.3 三次控制

三次控制主要涉及經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)化運(yùn)行、計(jì)劃調(diào)度和微網(wǎng)與主網(wǎng)間的潮流控制，并預(yù)設(shè)各運(yùn)行模式下的控制方式。本文以協(xié)調(diào)控制為主，優(yōu)化調(diào)度研究。三次控制的核心問題是降低微電網(wǎng)運(yùn)行模式切換沖擊和實(shí)現(xiàn)平滑過渡。因儲(chǔ)能裝置控制靈活、便捷，基于儲(chǔ)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)并/離網(wǎng)運(yùn)行模式無縫切換成為研究熱點(diǎn)。并、離網(wǎng)無縫切換包括并網(wǎng)轉(zhuǎn)孤島切換和孤島轉(zhuǎn)并網(wǎng)切換。微網(wǎng)一次系統(tǒng)圖見圖3。

圖3 微網(wǎng)一次系統(tǒng)圖

1.3.1 并網(wǎng)轉(zhuǎn)孤島切換

微網(wǎng)主電源必須滿足網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷電能需求，并提供電壓支撐。計(jì)劃性的并網(wǎng)轉(zhuǎn)孤島，將聯(lián)絡(luò)線交換功率逐步調(diào)整為零，微網(wǎng)內(nèi)部有合理的電壓頻率支撐控制策略，然后斷開PCC 開關(guān)，較易實(shí)現(xiàn)。目前研究的焦點(diǎn)在于當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障的非計(jì)劃情況下，微網(wǎng)如何平滑地從并網(wǎng)轉(zhuǎn)向孤島模式，實(shí)現(xiàn)不間斷供電。文獻(xiàn)[17]提出一種適用于儲(chǔ)能并網(wǎng)逆變器的廣義控制算法，利用被控制對(duì)象逆模型、二自由度控制原理，將儲(chǔ)能系統(tǒng)部分傳函“單位化”，消除微網(wǎng)不同運(yùn)行模式下控制層的結(jié)構(gòu)差異，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能輸出電流所含有害擾動(dòng)量的動(dòng)態(tài)全補(bǔ)償。文獻(xiàn)[18]提出一種基于控制器狀態(tài)跟隨的并行切換方法，即PQ 控制的電流源模式和VSG控制的電壓源模式的相位和電流指令都實(shí)時(shí)跟蹤，為PQ/VSG 控制模式間的無縫切換奠定基礎(chǔ)。

1.3.2 孤島轉(zhuǎn)并網(wǎng)切換

當(dāng)微網(wǎng)從孤島連接到主網(wǎng)工作時(shí)，必須將電壓和頻率進(jìn)行調(diào)整，即預(yù)同步處理。多機(jī)預(yù)同步并網(wǎng)是該領(lǐng)域的技術(shù)難點(diǎn)。文獻(xiàn)[19]針對(duì)分散式結(jié)構(gòu)，提出利用VSG進(jìn)行無通信的預(yù)同步控制方法，并通過引入電流限幅環(huán)節(jié)解決環(huán)流問題。文獻(xiàn)[20]提出了基于電壓頻率恢復(fù)控制的微電網(wǎng)預(yù)同步控制方法。由MGCC 獲取系統(tǒng)內(nèi)的電壓和頻率信息，計(jì)算出電壓頻率和幅值的反饋量，反饋量與參考值之差通過二次調(diào)頻控制算法計(jì)算后得到總調(diào)節(jié)功率，再按照各分布式電源逆變器的分配系數(shù)分配給各分布式電源，參與調(diào)頻的分布式電源按照MGCC下發(fā)的功率調(diào)節(jié)量調(diào)節(jié)下垂曲線。文獻(xiàn)[21]提出一種基于虛擬功率和電壓頻率二次控制的預(yù)同步單元，實(shí)現(xiàn)帶載離/并網(wǎng)切換。

2 研究應(yīng)用及效果

結(jié)合目前微網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，筆者進(jìn)行了微網(wǎng)項(xiàng)目的工程實(shí)踐，建設(shè)適用于微電網(wǎng)各項(xiàng)技術(shù)研究的綜合性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，協(xié)調(diào)源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)各環(huán)節(jié)，保障系統(tǒng)穩(wěn)定。

2.1 系統(tǒng)構(gòu)架

微網(wǎng)采用交流微網(wǎng)形式，應(yīng)用于用戶側(cè)，電壓等級(jí)為400 V，包含電化學(xué)儲(chǔ)能、光伏發(fā)電和工業(yè)負(fù)荷。電化學(xué)儲(chǔ)能分1C/2C 磷酸鐵鋰電池和退役動(dòng)力電池。后續(xù)將考慮擴(kuò)展風(fēng)電、柴發(fā)、充電樁、可調(diào)節(jié)負(fù)荷等。

2.2 控制策略

系統(tǒng)控制采用兩層分層控制架構(gòu)。

1）一次控制主要為分布式發(fā)電系統(tǒng)接口變流器的控制。

2）將二次和三次的控制融合，統(tǒng)一于基于DCS的微網(wǎng)處理器，主要完成下述任務(wù)：提供友好的用戶接口、經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行調(diào)度（發(fā)電、儲(chǔ)能、用戶優(yōu)化調(diào)度）、接受上級(jí)電網(wǎng)調(diào)度、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、運(yùn)行模式切換、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與管理（諧波、電壓跌落、不平衡）、母線頻率和電壓的二次調(diào)整。

需改進(jìn)的控制策略：

（1）儲(chǔ)能裝置改進(jìn)的下垂控制策略

下垂控制模式多以逆變器出口電壓為控制目標(biāo)，由于線路電壓跌落的原因，直接影響了微網(wǎng)母線電壓的穩(wěn)定性，導(dǎo)致電能質(zhì)量降低。從變流器出口到公共連接點(diǎn)PCC功率計(jì)算式為：

其中，P，Q 分別為變流器輸出的有功和無功功率，R 和X 分別為變流器和PCC 之間的線路電阻和電抗，V 和U 分別為變流器輸出電壓幅值和公共連接點(diǎn)電壓幅值，δ 為變流器輸出電壓和公共連接點(diǎn)電壓相角差。

對(duì)于式(3)，在感性環(huán)境下，可簡(jiǎn)化如下：

因此設(shè)想，利用IQ-U代替作為母線電壓下垂策略

則變流器出口電壓下垂控制變?yōu)?/p>

有功下垂仍采用常規(guī)下垂控制，當(dāng)然還可以引入虛擬阻抗等上文介紹的方式以增加在低壓環(huán)境的適應(yīng)性。

（2）二次調(diào)壓調(diào)頻策略

在二次調(diào)壓調(diào)頻方面，微網(wǎng)中央控制器根據(jù)公共母線電壓和公共母線角頻率計(jì)算有功功率和無功電流的調(diào)節(jié)量所采用的公式為：

其中，Uref、ωMref表示電壓頻率的參考值，ΔPM表示有功功率的調(diào)節(jié)量，ΔIQ表示無功電流的調(diào)節(jié)量，kω1、kω2、ku1、ku2表示PI調(diào)節(jié)系數(shù)。

則變流器的下垂控制變?yōu)?/p>

（3）預(yù)同步策略

頻率、電壓幅值調(diào)節(jié)考慮，將式（8）和式（9）變換為

其中，ωG表示大電網(wǎng)的角頻率，UG表示大電網(wǎng)的電壓。相位調(diào)節(jié)采用q 軸電壓比較的方式，預(yù)同步框圖見圖4。

圖4 預(yù)同步框圖

（4）對(duì)退役電池進(jìn)行梯次利用

退役電池采用不拆包直接利用的方式。針對(duì)退役電池的不一致性問題，采用基于多機(jī)并聯(lián)技術(shù)的組串式PCS 技術(shù)。直流側(cè)針對(duì)每個(gè)電池包進(jìn)行獨(dú)立接入，并獨(dú)立控制電壓和功率，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池包的精細(xì)化管理，以壽命管理最優(yōu)的方式進(jìn)行控制。交流側(cè)并聯(lián)并接受PCS 控制單元（CU）統(tǒng)一控制，并接入DCS，以滿足微網(wǎng)的需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)微網(wǎng)的整體響應(yīng)。組串式PCS 控制架構(gòu)見圖5。

圖5 組串式PCS控制架構(gòu)

（5）通信方式的優(yōu)化

微網(wǎng)系統(tǒng)涉及的控制設(shè)備較多，應(yīng)用的通信規(guī)約也多樣化。很多控制對(duì)象，其通信規(guī)約已固化，后續(xù)開發(fā)的工作量較大。優(yōu)化方案著重考慮各設(shè)備原通信規(guī)約不改變的情況下，對(duì)各通信規(guī)約進(jìn)行梳理和分級(jí)。對(duì)保護(hù)和控制的及時(shí)性要求高、通信速率要求快的就地設(shè)備優(yōu)先考慮使用CAN、61850-GOOSE 和PROFINET 等通信方式。DCS作為上層控制器，用于處理微網(wǎng)可控設(shè)備之間和對(duì)外的協(xié)調(diào)控制，還需滿足微網(wǎng)信息數(shù)據(jù)采集和人機(jī)交互，涉及通信量大、時(shí)效性并不高，用MODBUS和60870-103 等通信規(guī)約。若涉及到個(gè)別控制設(shè)備需要DCS 直接控制，而DCS 與其的通信規(guī)約不一致時(shí)，需要考慮采購規(guī)約轉(zhuǎn)換器來滿足DCS控制的要求。

2.3 主要功能

微網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行是微網(wǎng)系統(tǒng)的研究核心。孤島優(yōu)化運(yùn)行主要考慮穩(wěn)定性及持續(xù)運(yùn)行能力；并網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行更側(cè)重于提升微網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。該系統(tǒng)主要功能見圖6。

圖6 微網(wǎng)系統(tǒng)主要功能

2.4 功能驗(yàn)證實(shí)例

1）并離網(wǎng)切換實(shí)例

申能系統(tǒng)的微網(wǎng)儲(chǔ)能項(xiàng)目通過普通的400 V框架斷路器實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)計(jì)劃和非計(jì)劃并/離網(wǎng)的功能，非使用大功率晶閘管實(shí)現(xiàn)與公網(wǎng)的快速分?jǐn)啵瑢?duì)今后普遍運(yùn)用于微網(wǎng)場(chǎng)景提供了很好的經(jīng)驗(yàn)積累。

在未通知整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的情況下，直接分?jǐn)嗥湮⒕W(wǎng)的進(jìn)線開關(guān)，結(jié)果整段微網(wǎng)在擾動(dòng)很小的情況下，順利地完成了非計(jì)劃并、離網(wǎng)切換。整個(gè)切換過程中，電壓最低僅跌到額定電壓的79%，電流過渡平穩(wěn)。切換過程僅用時(shí)40 ms，包含系統(tǒng)穩(wěn)定的總計(jì)時(shí)間僅為100 ms。切換波形見圖7。

圖7 非計(jì)劃并離網(wǎng)切換波形

2）低電壓穿越實(shí)例

申能系統(tǒng)的微網(wǎng)還具有良好的低電壓穿越能力，在電網(wǎng)發(fā)生故障，電壓降低到一定值的情況下，不脫離電網(wǎng)而繼續(xù)維持運(yùn)行。具體情況如下：

2019年3月1日，220 kV某線路單相接地，電壓驟降，電網(wǎng)保護(hù)動(dòng)作并切除故障，200 ms 后電壓恢復(fù)穩(wěn)定。期間微網(wǎng)母線電壓也隨之驟降，但由于儲(chǔ)能系統(tǒng)的支撐，成功維持了微網(wǎng)負(fù)荷。12:45:42.456，系統(tǒng)故障，母線電壓下降至60% Un。+20 ms，PCS“電網(wǎng)動(dòng)態(tài)支持”功能啟動(dòng)，設(shè)定值為70%In。+60 ms，PCS實(shí)測(cè)無功功率達(dá)98.5 kVar。電壓抬升89% Un。微網(wǎng)下的所有負(fù)荷未受影響，而公網(wǎng)上的變頻負(fù)荷跳閘。

3 結(jié)語

隨著微電網(wǎng)作為智能電網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分，將在未來電網(wǎng)中發(fā)揮重要的作用?；诜謱訕?gòu)架的控制策略已成為微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制的主流方式。本文介紹的微電網(wǎng)的分層控制將微網(wǎng)整體的控制分解為不同時(shí)間維度和空間維度的問題分別加以研究，以實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)精確的功率分配、電壓頻率恢復(fù)、電能質(zhì)量改善、運(yùn)行狀態(tài)無縫切換等。

微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)將趨于復(fù)雜，為微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制帶來新的挑戰(zhàn)。（1）交直流混合型微電網(wǎng)的形式將更為多見，一方面需要同時(shí)保證交流子微網(wǎng)和直流子微網(wǎng)單獨(dú)運(yùn)行的要求；另一方面需要確定交直流互聯(lián)變流器的控制策略，使功率在交直流子微網(wǎng)間合理地雙向流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)交直流混合微網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行。（2）單個(gè)微電網(wǎng)的容量約束使多個(gè)微電網(wǎng)可能共存于區(qū)域配電網(wǎng)中。各子網(wǎng)間的并網(wǎng)/解列運(yùn)行、電壓頻率調(diào)節(jié)、潮流控制、電能質(zhì)量提高等問題需要解決，以實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)和微網(wǎng)群的可控連接。（3）從長(zhǎng)期看，微電網(wǎng)必然會(huì)向多種能源有機(jī)整合、集成互補(bǔ)的能源體系方向發(fā)展，微電網(wǎng)將承載信息和能源雙重功能。其中將涉及到多種形式能量的動(dòng)態(tài)平衡、轉(zhuǎn)化、能源路由器控制，能源交易以及需求側(cè)響應(yīng)等多個(gè)環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)和實(shí)時(shí)響應(yīng)，需要電力電子技術(shù)、信息交互技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展作為支撐。