低壓微電網(wǎng)中新型控制策略研究

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隨著我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的日益優(yōu)化，風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，且在能源消費(fèi)中所占比重越來(lái)越大。同時(shí)，可再生能源具有隨機(jī)性、波動(dòng)性和多時(shí)間尺度間歇性等特點(diǎn)，與電網(wǎng)進(jìn)行功率交換時(shí)存在著安全運(yùn)行和電能質(zhì)量等問(wèn)題，因此，可再生能源的利用和消納受到一定程度的制約。微電網(wǎng)由多種分布式發(fā)電單元、儲(chǔ)能裝置、負(fù)荷、監(jiān)控和保護(hù)裝置等組成，能有效促進(jìn)分布式能源友好接入大電網(wǎng)，起到多能互補(bǔ)、集成優(yōu)化的橋梁作用。儲(chǔ)能技術(shù)是智能電網(wǎng)、可再生能源高占比能源系統(tǒng)以及能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分和關(guān)鍵支撐技術(shù)，涉及采、發(fā)、輸、配、用、儲(chǔ)六大環(huán)節(jié)。儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)與可再生能源發(fā)電機(jī)組的互補(bǔ)，保證微電網(wǎng)能在較大的功率范圍內(nèi)工作，在并網(wǎng)和孤島模式下維持系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行，減緩可再生能源間歇輸出所引起的功率波動(dòng)。因此，儲(chǔ)能技術(shù)能夠在電力調(diào)頻、調(diào)峰、黑啟動(dòng)以及改善微電網(wǎng)電能質(zhì)量等方面發(fā)揮基準(zhǔn)電源或快速調(diào)節(jié)電源的作用，這對(duì)于促進(jìn)可再生能源消納、提升電力系統(tǒng)靈活性以及推動(dòng)微電網(wǎng)發(fā)展具有重要意義。

1 微電網(wǎng)系統(tǒng)的分散控制策略研究

微電網(wǎng)系統(tǒng)控制通常分為集中控制和分散控制兩種主要方式。分散控制是基于無(wú)通信互連線，采用即插即用電源的分布式微電網(wǎng)的控制技術(shù)。隨著微電網(wǎng)系統(tǒng)中“即插即用”技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)控制方案對(duì)于系統(tǒng)的計(jì)算和通信能力提出更高要求，尤其是有干擾情況存在的微電網(wǎng)穩(wěn)定性的控制，集中式控制策略難以滿足系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的需求。采用由多個(gè)具有功能獨(dú)立、通信和邏輯判斷能力的智能體構(gòu)成的分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，通過(guò)知識(shí)共享、信息交互、協(xié)調(diào)或競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)現(xiàn)共同目標(biāo)。多智能體系統(tǒng)（Multi-A-gentSystem，MAS）具有良好的自治性和協(xié)調(diào)性，非常適合于解決動(dòng)態(tài)分布的微電網(wǎng)能量管理問(wèn)題。文獻(xiàn)[2]針對(duì)分布式電源易產(chǎn)生環(huán)流問(wèn)題，提出了基于同步補(bǔ)償?shù)目刂撇呗?，?shí)現(xiàn)分布式電源無(wú)功功率均分輸出和電壓穩(wěn)定性，控制策略有效的保持了微電網(wǎng)分布電源的“即插即用”特點(diǎn)?；谕耆稚⑹椒椒ㄑ芯苛朔植际诫娫捶謱涌刂撇呗?，優(yōu)化了系統(tǒng)頻率和功率的控制方法。為了使微電網(wǎng)中分布式電源的“即插即用”控制更加靈活，基于多智能體的一致性控制算法被廣泛用于微電網(wǎng)的分散控制策略中，可實(shí)時(shí)獲取網(wǎng)絡(luò)各單元之間的信息，在即插即用控制方面獲得理想效果。微電網(wǎng)中的分布式電源的即插即用的靈活性，為新能源及可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的能量管理提供了技術(shù)支持和策略保障。提出了基于主從控制的交直流混合、交直流聯(lián)合并網(wǎng)離網(wǎng)、交直流獨(dú)立離網(wǎng)等多模式運(yùn)行方法，的切換控制策略。基于多智能體性算法一致迭代研究了發(fā)電單元的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)。微電網(wǎng)在能量管理過(guò)程中既可以采用并網(wǎng)模式，也可以是孤島模式。文獻(xiàn)[6]在不考慮并網(wǎng)情況時(shí)，基于分布式算法改進(jìn)在孤島運(yùn)行中的分布式設(shè)備的頻率、電壓和平衡節(jié)點(diǎn)控制策略。文獻(xiàn)[7]不考慮系統(tǒng)的一致性的情況下，研究了基于等微增率準(zhǔn)則的協(xié)同控制策略在孤島微電網(wǎng)中的應(yīng)用。

2 概述分析

光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電是可再生能源領(lǐng)域中技術(shù)較為成熟和有著廣闊發(fā)展前景的發(fā)電技術(shù)，但其不可控和隨機(jī)波動(dòng)性給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。為了高效利用風(fēng)光等分布式電源，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，微電網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。在微電網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，微電網(wǎng)能量管理引發(fā)人們的廣泛關(guān)注。采用模糊控制理論在蓄電池和超級(jí)電容器之間分配功率，該方法可平抑功率波動(dòng)，但在充放電狀態(tài)下采用不同的控制規(guī)則和隸屬度函數(shù)，控制方法較復(fù)雜。利用高通濾波器把功率高頻波動(dòng)分量作為超級(jí)電容儲(chǔ)能的功率，剩余分量作為蓄電池儲(chǔ)能的功率，可實(shí)現(xiàn)兩者協(xié)同控制，但未考慮初始時(shí)刻動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度對(duì)母線電壓的影響。近年來(lái)，自抗擾控制算法得到了廣泛研究。自抗擾控制具有控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可估計(jì)并補(bǔ)償不確定的外部干擾、動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能好、控制精度高等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在機(jī)械工程、航空航天領(lǐng)域得到成功應(yīng)用，但在微電網(wǎng)方面的應(yīng)用研究較少。

3 微電網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性控制策略研究

分布式微電網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性也是研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，目前常用的電壓控制方法有：

（1）主從站控制方法。

（2）聯(lián)絡(luò)線控制方法。

（3）下垂控制法。

（4）基于MAS 技術(shù)的控制方法。

很多學(xué)者針對(duì)上述方法，基于分布式控制理論，通過(guò)對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)備輸出功率、電壓、頻率等參量的控制，實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定性的改善方面開展了深入研究。針對(duì)無(wú)功功率分配不均問(wèn)題，探討了分布式算法的控制策略，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)無(wú)功功率的重新分配和電壓調(diào)節(jié)。提出基于多智能體系統(tǒng)的分層分布優(yōu)化策略，實(shí)現(xiàn)分布式電源功率的精確控制和電壓優(yōu)化。通過(guò)構(gòu)建協(xié)調(diào)控制層、積分運(yùn)算層和主控制層3 層多智能體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)相鄰節(jié)點(diǎn)當(dāng)前信息的協(xié)調(diào)控制，達(dá)到控制微電網(wǎng)功率、電壓穩(wěn)定性的要求。針對(duì)低壓配電區(qū)域，微電網(wǎng)通過(guò)協(xié)調(diào)不同類型的分布式電源和儲(chǔ)能單元，不間斷向重要負(fù)荷供電，提高系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性?？紤]了微電網(wǎng)有外界干擾因素存在的系統(tǒng)穩(wěn)定性，提出基于多智能體的分散協(xié)調(diào)控制策略。上述研究中，微電網(wǎng)被看成多智能體系統(tǒng)，將分布式電源間的通信網(wǎng)絡(luò)表示為有向圖，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量的同步跟蹤算法，證明了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

微電網(wǎng)的保護(hù)不僅僅要實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的基本要求（可靠性、選擇性、速動(dòng)性和靈敏性），還要滿足適應(yīng)性要求，必須要能適應(yīng)微電網(wǎng)運(yùn)行方式改變而帶來(lái)的改變。本文提出的接入380V配電網(wǎng)的微電網(wǎng)保護(hù)方案合理，能夠滿足微電網(wǎng)運(yùn)行方式改變帶來(lái)的保護(hù)策略不同的需要。