智能微电网优化运行控制策略研究张宇

智能微电网优化运行控制策略研究张宇

张宇贾钊

湖北工业大学湖北武汉430068

摘要：智能微电网优化运行控制策略是微电网经济可靠运行的关键技术之一，不仅是微电网工程规划设计阶段需要首先解决的核心问题，也是直接影响系统运行安全性、经济性和灵活性的主要因素。本文以中冶赛迪光储充一体化智能微电网示范项目为研究对象，深入研究了微电网系统在并网模式和孤岛模式下的运行策略，以及两种模式间的无缝切换控制策略，通过示范工程验证，本文所提策略能够保证微电网系统安全、稳定、高效运行。

关键词：智能微电网；控制策略；并网模式；孤岛模式；无缝切换

1导言

微电网将分布式发电、负荷、储能设备及控制装置等纳入一个小电力系统中，形成一个单一可控的单元，同时，削弱了分布式发电对电网的冲击和负面影响，增强了电力系统的供电安全性和可靠性，被认为是解决大规模新能源发电接入电网的有效途径。微电网系统的运行控制策略作为微电网技术的重要组成部分，对于提高微电网系统的安全、可靠、稳定、经济运行有着不可替代的重要作用，该课题已成为面向可再生能源的微电网系统应用和推广急需解决的问题，具有重要的理论和工程价值。针对典型的可再生能源微电网，提出并网启动、离网启动、并网运行、离网运行、并网转离网、离网转并网、停机等运行控制策略，并通过实际微电网工程，对这些控制策略进行了验证。

2智能微电网简述

智能微电网是集成先进电力技术的分散独立供能系统，靠近用户侧，容量相对较小，将分布式电源、负荷、储能元件及监控保护装置等有机融合，形成了一个单一可控单元；通过静态开关在公共连接点与上级电网相连，可实现孤岛与并网模式间的平滑转换；就近向用户供电，减少了输电线路损耗，增强了抵御来自上级电网故障影响的能力。当上级电网发生故障或电能质量不能满足要求时，微电网切换到孤岛模式下运行，保证自身安全稳定运行。综上所述，智能微电网主要具有以下特点：（1）自治性，微电网是由分布式电源、负荷、储能单元构成的小型系统，运行方式灵活，可以独立自治运行，实现自我控制、保护与管理。（2）互动性，微电网运行控制在采集分布式单元信息的基础上，实现了配电网、微电网、控制器间的互动通信。（3）多元性，微电源构成多元化，有热电联产燃气轮机、柴油机等高效低污染电源及风力、光伏发电单元。负荷类型多元化，有敏感型、非敏感型，可控型、非可控型等。

3智能微电网运行控制策略

3.1并网启动策略

系统待机时，组态界面下发并网启动命令后，MGCC程序进入并网启动步进，步进开始判断储能逆变器状态。状态为故障时，退出并网启动策略，无故障时，通信设定储能逆变器状态为并网模式。当储能逆变器状态设置并网模式后，启动储能逆变器。通信检测到储能逆变器并网运行时，依次顺序开启各发电单元：直流单晶硅发电单元－直流多晶硅发电单元－交流单晶硅发电单元－交流多晶硅发电单元－交流非晶硅发电单元－风力发电单元，开启的方式为：通过以太网和各单元PLC（即现场智能节点）进行通信，通信方式采用置位连续写的方式，当从站接收到指令时清除MGCC写状态，MGCC实时读取各发电单元的状态，当各无故障发电单元都启动后系统进入并网运行模式。

3.2分层优化控制

微电网分层优化控制方式主要依赖于多智能主体系统理论。所谓多智能主体系统，其主要原理是借助把一个大任务分成若干个小任务交给不同智能主体，从而将控制权限分散而最终实现系统的总体目标，它具有很好的自主性和启发性。分层优化控制方式下的微电网通常被设计成基于多智能主体系统的分层控制结构。这种结构增加了控制的灵活性和扩展性，而且各智能主体可以获得更大的权限。在该类型系统结构中，智能主体被分为以配电网智能主体组成的上层，微电网中心控制智能主体组成的中层，发电控制智能主体组成的底层这三层。在一定程度上，微电网的分层控制策略解决了集中优化控制中的局部和全局约束之间的矛盾，但是在全局信息的获取方面仍然存在不足，各个智能主体受限于局部目标，难以保证不同智能主体间和单个智能主体与整个系统的行为目标达成一致。

3.3离网运行策略

系统离网运行的调节对象是发电单元输出功率和负载功率的平衡。在离网运行时，将电池的状态分为电池充满期、电池可控期、电池充电期。电池充满期：电池的电量接近100%，判断方式为检测电池最大单体电压，当最大单体电压大于3．55V，此时将停止对电池充电，并置位电池充满保护状态。待电池最大单体电压小于3．35V时，释放电池充满保护状态，进入电池可控期。电池充满保护状态触发后，MGCC将通过发电功率和负载功率计算功率差，调节各发电单元的输出功率。调节的顺序为：交流单晶硅功率调节－交流多晶硅功率调节－直流单晶硅关闭－直流多晶硅关闭－交流非晶硅关闭－风力发电关闭。电池可控期：当电池电量处于可充可放期间时，为电池可控期。判断依据为电池未进入充满保护状态和放电保护状态。电池可控期间，开启所有无故障发电单元。电池充电期：当电池电量不足时，电池进入放电保护期，判断依据为电池最小单体电压＜3．15V，此时将置位电池放电保护状态，放电保护状态在电池最小单体电压＞3．25V时解除，进入电池可控期。电池放电保护状态时，开启所有发电单元，并将可调功率单元的功率调至最大，当所有发电单元开启尚不能满足负载需求时，将开启柴油发电机。如果柴油发电机满功率运行，还不能满足负载需求时，将计算发电和负载功率差，调节负载的输出功率。当电池最小单体电压＜3V时，系统停机保护。

4我国微电网应用展望

4.1微电网运营模式方面：目前我国微电网范围界定尚不明确，运营模式尚未理顺，需要在提高重要负荷的供电可靠性、满足用户定制电能质量要求、降低运行成本等方面积极开展适合我国国情的微电网运营模式的研究，为规范和引导微电网投资建设提供有力依据。

4.2微电网规划建设方面：需要对国内外微电网建设的优秀经验进行系统性提炼，研究并提出实用化的微电网典型供电模式，为我国微电网规划建设提供规范性的引导。

4.3微电网关键技术方面：微电网运行协调控制技术是微电网技术的核心。虽然国内已开发出微电网运行监控系统，但难以满足实时性更强、灵活性更高的要求。需要开展微电网协调运行控制的技术攻关，实现微电网内部及与配电网间的协调运行。

5结束语

智能微电网在降低能耗、提高供电可靠性和灵活性等方面具有巨大潜力。我国微电网研究从电网智能化促进低碳化、解决海岛偏远地区供电问题的角度出发，通过电力规划、运行管理等关键技术的研究，实现提升能源效率、促进清洁能源发展及保障电力供应等目标。与欧美国家相比，我国仍存在一些差距，迫切需要进一步开展微电网关键技术的研究，探索出一条适合我国国情的低碳能源发展道路，促进智能微电网在我国的综合应用。

参考文献：

[1]马喆.基于分布式电源的微电网协调控制策略研究[D].兰州理工大学，2018.

[2]刘海霞.独立微电网中并联逆变器运行控制策略研究[D].太原理工大学，2018.

[3]赵晶晶,洪婉莎,徐成斯,等.基于特征值分析的DFIG风电机组在微电网中的频率控制策略研究[J].中国电机工程学报,2017,37(19):5613-5621+5838.