微电网运行控制策略研究刘伟

微电网运行控制策略研究刘伟

刘伟李勇

（网沧州供电公司河北沧州061000）

摘要：随着我国经济的不断发展，社会在不断的进步，在微电网系统分层控制结构中，微电网中心控制器（MGCC）是保证微电网稳定运行的重要设备。研究MGCC对推动微电网发展具有重要意义。通过MGCC实现对微电网的有效管理和控制，重点在于控制策略和能量管理控制装置。在微电网系统硬件结构上，将控制功能分散到分布式电源、负荷、储能单元各个微电网元件，并由MGCC负责集中控制和调度。同时，提出了一种MGCC控制策略，以实现微电网稳定运行及效益的最大化，并保障微电网并/离网状态的无缝切换。针对深圳职业技术学院交直流混合微电网工程，在并网运行、离网运行以及并/离网运行切换三种运行模式、多种运行工况下，对该控制策略进行了在线测试。测试结果证明了MGCC控制策略对微电网系统的有效性与可行性。该控制策略能对微电网中的分布式电源、储能装置、本地负荷等进行有效的协调控制，实现系统稳定、安全、经济运行。

关键词：微电网；远程监控；并/离网启动；控制策略；分布式电源；储能装置

引言

一般来说，微电网是由一系列分布式电源组成的小型低压自治型电网，微电网中的分布式电源主要包括包含了蓄电池和小型燃气轮机等形式的微电源等。提高电网运行的经济性和可靠性是当前的首要任务之一，因此微电网的优化控制策略的研究显得尤为重要。就目前的研究现状而言，微电网有集中控制、主从控制、下垂控制三种基本的控制方法。在保证满足系统基本运行的前提下，微电网的优化控制在微电网基本运行控制的基础上开始关注优化系统运行性能的提升。本文研究的是侧重于微电网的优化控制的整体性的系统层面的优化控制。

1微电网控制系统架构

在微电网控制系统中，各个分布式电源（distributedgeneration，DG）的可控程度、动态响应都有较大区别。因此，将微电网的控制系统分为上层管理层、中间管理层、下层执行层进行协调控制。微电网控制系统架构如图1所示。采用Modbus-TCP工业以太网协议将就地控制器与MGCC连接，MGCC与上层管理信息网络连接，实现数据交换，便于监控和调度。①上层管理层。微电网系统管理层，即智能微电网监控与能量管理监控平台。它通过与微电网的中心控制器进行通信，实现对多个微电网的协调和控制。②中间管理层。管理层为多个分布式微电网的运行管理系统，包括MGCC。MGCC从就地控制层获取DG和负荷、储能的信息，并实现对下层DG和负荷、储能单元的管理。该层下达上层控制命令，并与上层控制交互。该层执行微电网并网运行、离网运行、并离网无缝切换控制策略，并预留大电网调度接口。③执行层。执行层为各分布式微电网的就地控制层，实现对储能变流器（powercontrolsystem，PCS）、储能单元、负荷单元、发电单元、用电能耗的数据采集及设备控制等。就地控制器包括负荷控制器（loadcontroller，LC）或微电源控制器（microsourcemontroller，MC）。LC位于负荷侧，对负荷进行控制；MC位于分布式电源侧，对微电源进行控制。LC和MC之间通过MGCC交换信息。

图1微电网控制系统架构图

2微电网运行控制策略

2．1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。

2.2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。

2.3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。执行流程如图4所示。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。

结语

微网并网运行时，对逆变器进行PQ双环控制，实现有功和无功功率的调节，微网电压和频率由电网进行调节；微网离网运行时，对逆变器进行U/F控制，保证微网电压的幅值和频率稳定。当微网工作状态由并网转换到离网工作时，对逆变器控制采用基于PQ外环控制输出状态跟随的U/F控制，使微网状态稳定过渡；当微网工作状态由离网运行转换并网工作时，先根据电网电压和频率对逆变器进行预同步控制，避免对电网造成冲击，实现平滑并网。通过仿真分析，验证了观点准确性。

参考文献：

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