低压微电网中新型控制策略研究

2021-11-24

商品与质量 2021年6期

镇江三新供电服务有限公司江苏镇江 212000

随着我国能源结构的日益优化，风能、太阳能等可再生能源越来越广泛地应用于电力系统中，且在能源消费中所占比重越来越大。同时，可再生能源具有随机性、波动性和多时间尺度间歇性等特点，与电网进行功率交换时存在着安全运行和电能质量等问题，因此，可再生能源的利用和消纳受到一定程度的制约。微电网由多种分布式发电单元、储能装置、负荷、监控和保护装置等组成，能有效促进分布式能源友好接入大电网，起到多能互补、集成优化的桥梁作用。储能技术是智能电网、可再生能源高占比能源系统以及能源互联网的重要组成部分和关键支撑技术，涉及采、发、输、配、用、储六大环节。储能系统的使用实现了微电网与可再生能源发电机组的互补，保证微电网能在较大的功率范围内工作，在并网和孤岛模式下维持系统的高效、稳定运行，减缓可再生能源间歇输出所引起的功率波动。因此，储能技术能够在电力调频、调峰、黑启动以及改善微电网电能质量等方面发挥基准电源或快速调节电源的作用，这对于促进可再生能源消纳、提升电力系统灵活性以及推动微电网发展具有重要意义。

1 微电网系统的分散控制策略研究

微电网系统控制通常分为集中控制和分散控制两种主要方式。分散控制是基于无通信互连线，采用即插即用电源的分布式微电网的控制技术。随着微电网系统中“即插即用”技术的快速发展，网络控制方案对于系统的计算和通信能力提出更高要求，尤其是有干扰情况存在的微电网稳定性的控制，集中式控制策略难以满足系统动态性能的需求。采用由多个具有功能独立、通信和逻辑判断能力的智能体构成的分布式结构系统，通过知识共享、信息交互、协调或竞争，实现共同目标。多智能体系统（Multi-A-gentSystem，MAS）具有良好的自治性和协调性，非常适合于解决动态分布的微电网能量管理问题。文献[2]针对分布式电源易产生环流问题，提出了基于同步补偿的控制策略，实现分布式电源无功功率均分输出和电压稳定性，控制策略有效的保持了微电网分布电源的“即插即用”特点。基于完全分散式方法研究了分布式电源分层控制策略，优化了系统频率和功率的控制方法。为了使微电网中分布式电源的“即插即用”控制更加灵活，基于多智能体的一致性控制算法被广泛用于微电网的分散控制策略中，可实时获取网络各单元之间的信息，在即插即用控制方面获得理想效果。微电网中的分布式电源的即插即用的灵活性，为新能源及可再生能源发电系统的能量管理提供了技术支持和策略保障。提出了基于主从控制的交直流混合、交直流联合并网离网、交直流独立离网等多模式运行方法，的切换控制策略。基于多智能体性算法一致迭代研究了发电单元的最优经济运行点。微电网在能量管理过程中既可以采用并网模式，也可以是孤岛模式。文献[6]在不考虑并网情况时，基于分布式算法改进在孤岛运行中的分布式设备的频率、电压和平衡节点控制策略。文献[7]不考虑系统的一致性的情况下，研究了基于等微增率准则的协同控制策略在孤岛微电网中的应用。

2 概述分析

光伏发电和风力发电是可再生能源领域中技术较为成熟和有着广阔发展前景的发电技术，但其不可控和随机波动性给电力系统的安全稳定运行带来新的挑战。为了高效利用风光等分布式电源，提高电力系统运行的稳定性，微电网应运而生。在微电网技术快速发展的背景下，微电网能量管理引发人们的广泛关注。采用模糊控制理论在蓄电池和超级电容器之间分配功率，该方法可平抑功率波动，但在充放电状态下采用不同的控制规则和隶属度函数，控制方法较复杂。利用高通滤波器把功率高频波动分量作为超级电容储能的功率，剩余分量作为蓄电池储能的功率，可实现两者协同控制，但未考虑初始时刻动态响应速度对母线电压的影响。近年来，自抗扰控制算法得到了广泛研究。自抗扰控制具有控制结构简单、可估计并补偿不确定的外部干扰、动态响应性能好、控制精度高等优势，已经在机械工程、航空航天领域得到成功应用，但在微电网方面的应用研究较少。

3 微电网系统电压稳定性控制策略研究

分布式微电网系统电压稳定性也是研究的热点问题，目前常用的电压控制方法有：

（1）主从站控制方法。

（2）联络线控制方法。

（3）下垂控制法。

（4）基于MAS 技术的控制方法。

很多学者针对上述方法，基于分布式控制理论，通过对微电网系统中发电设备输出功率、电压、频率等参量的控制，实现电压稳定性的改善方面开展了深入研究。针对无功功率分配不均问题，探讨了分布式算法的控制策略，实现微电网系统无功功率的重新分配和电压调节。提出基于多智能体系统的分层分布优化策略，实现分布式电源功率的精确控制和电压优化。通过构建协调控制层、积分运算层和主控制层3 层多智能体系统结构，实现对相邻节点当前信息的协调控制，达到控制微电网功率、电压稳定性的要求。针对低压配电区域，微电网通过协调不同类型的分布式电源和储能单元，不间断向重要负荷供电，提高系统电压的稳定性。考虑了微电网有外界干扰因素存在的系统稳定性，提出基于多智能体的分散协调控制策略。上述研究中，微电网被看成多智能体系统，将分布式电源间的通信网络表示为有向图，通过网络变量的同步跟踪算法，证明了系统的稳定性。