1、多级并网型微电网集中分布协同控制吴昊，钱蔚，和冠宇，杨开宇，金一旦，邓胚强（中核核电运行管理有限公司，浙江 嘉兴 ）摘要：并网型微电网能有效消纳分布式风电与光伏。传统控制方法面对大量单元时，存在控制压力大、微电网与外部联系较弱或单点失效等问题。为克服以上问题，针对馈线级与用户级联合的多级并网型微电网，提出一种集中分布协同控制方法以保证运行工况满足 要求。以馈线级微电网的集中控制协同多个采用分布式控制的用户级微电网，共同实现经济性运行。关键词：并网型微电网；分布式控制；集中分布协同控制；一致性算法中图分类号：，（，）：，：；收稿日期：作者简介：吴昊（），从事微电网及可再生能源研究工作。引言分散式
2、风电与分布式光伏大量接入配电系统，有源配电网已不能简单地视为输电网的被动附属系统。由于分散式风电与分布式光伏规模存在差异而常以不同电压等级接入，因此配电网中的并网型微电网多为馈线级和用户级微电 网 联 合 构 成 的 多 级 微 电 网 结 构。根 据 微电网接入电力系统的规定，并网型微电网以并网运行为主，应具备一定电力、电量自平衡能力，对与外部电网交换的功率能进行调节，能够采集电气运行工况并上传至电网调度机构，具有接受电网调度机构控制调节指令的能力，并具有适应系统异常和必要情况下的独立运行能力。馈线级微电网（，）（）并网运行时需要满足与配电网的功率交互，协 调 管 理 用 户 级 微 电 网
3、（，）（）的功率平衡。在目前的实际运行中，多处于微电网结构末端，电压低、容量小，难以集中调控。微电网控制方法主要包括集中控制、分散控制和分布式控制等。对于多级并网型微电网，单一的控制方法难以满足整体功率控制要求。本文面向馈线级与用户级联合的并网型微电网，提出一种集中分布协同的功率控制方法。调控中心以集中控制协同多个的合作，满足配电网对以及之间的功率调 控 要 求；内 部 采 用 基 于 的 （）控制 结 构 实 现 去 中 心 化 分 布 式 功 率 控 制，减 轻调控中心的控制压力，避免单点失效问题。并网型微电网协同控制模型多级并网型微电网的物理层结构以及集中分布协同控制基于的控制网络层的控
4、制结构如图所示。控制网络中多 代 理 系 统（，）以 其 代 理（）所具有的自治、通信和灵活可调等特点实施对电气设施的控制，构建合理的控制结构。在微电网物理层中，由多个 及其他直属设施共同组成，直属设施包括以微型燃气轮机（，）为代表的可控式分布式电源（，），依靠机械转轴结构提供系统运行惯性，接入储能系统（，）用于快速调节，实现 的功率平衡，以及接入分散式风电（，）和负荷等；内部接入负荷、及分布式光伏（电工技术新能源系统与设备 ，）等设施。图 多级并网型微电网协同控制结构图中，控制网络层的通信基于微电网物理层的信息展开。在内部，代理监视电压和频率变化以及 的发电状态，对逆变器发出控制指令；代理监
5、控储能元件功率输出和蓄电池荷电状态（，）；负荷代理采集功率，发布负荷切除和接入控制指令；公共连接点（，）代理监控流动功率，发出 点断路器开断控制指令。直属设施的控制基于控制器接受调控中心的指令实现。在控制网络层中，调控中心与配电网控制系统相交互，响应配电网功率调控要求，并以集中控制方法保证整体调控能力。同时，将作为受控单元下达整体控制目标，实现之间以及和各之间的功率协同调控，减小调控中心的控制压力；内部以 作为载体实现去中心化分布式控制，基于 点代理实现对调控中心上传或接收整体功率信息。去中心化分布式控制 控制目标属于并网型微电网，其运行应符合国标规定的目标要求。内部运行目标是要达成发电成本最
6、小优化，基于等耗量微增率一致实现最优有功功率分配。可控电源的发电成本为：（）（）式中，为代理对应可控源的发电成本；为代理对应可控型 的发电功率；、为代理对应可控型 的发电成本因数；，。发电成本最低的目标函数为：（）（）并网运行时的约束条件为 内部在响应外部指令前提下的功率平衡以及可控型 的发电功率约束：，（）式中，为对外流动功率；为内部负荷消耗功 率；为 内 部 不 可 控 型 发 出 功 率；，、，分别为代理对应可控型 发电的最小功率和最大功率。基于 的 控制结构控制网络层中的一个代理对应 控制结构中的一个 ，采用的相邻通信方法为分布式计算的一致性算法。的去中心化通信基于 智能代理标准，依据
7、代理间的拓扑关系形成有向集（，），如图所示。其中 ，为代理的节点集。定义为代理的相邻节点集合：；，（）基于，定义节点相邻的边界集：（，）（）邻接矩阵（），表示节点间的相邻拓扑关系。其中，表示节点与节点间相连，否则 。图 通信的 控制结构示意图采用一致性算法的通信模式时，起始于某一 ，各个 基于有向集仅向相邻节点发送状态值和协议请求，之间以请求发出和应答来执行运行规则内容，通过 控制结构节点之间的关联性，实现的控制网络层中数据去中心化的传播。当存在失效代理或通道时，通过其他路径实现 内部的代理间数据通信。预设的控制逻辑基于 控制结构的通信模式在相邻代理间直接传播，不需要中心设施，信息通过的传递节
8、点减少，快速且精准地实现对 的信息收集和对功率流的控制，同时避免出现单点失效问题。工业计算中常用离散时间点计算达成多代理间信息统一的一致性算法为：（）（）（）（）（）式中，（）为时刻的状态变量；（）为时刻的状态变量；为调整因子。基于 的 控制结构为实现内部发电成本最小目标，需要控制其中的可控型 实现等耗量微增率。该控制基于 控制结构实现，该控制结构中各代理进行去中心化通信，共同采用一致性算法计算并收敛可控型 的发电耗量微增率达成一致。采用一致性算法的多代理间以 发电耗量微增率为变量，其表达式为：新能源系统与设备电工技术（）（）为实现运行过程中 端口流动功率 响应的调控功率指令 ，加入功率偏差
9、：（）由通信 即 代理计算 并引入一致性计算式，通信代理的状态量计算式为：（）（）（）（）（）式中，为收敛系数。当 收敛于零时，表明 对外功率输出符合的调控功率指令，且各代理对应设施耗量微增率达成一致。此时各可控型 对应发电量为：（）（）（）集中控制并网运行时，调控中心通过通信数据流集中接收的 点数据，按调控需求直接对的 点代理下达整体的功率输出指令，并由内部采用分布式控制实现指令目标。对于调控中心，不用直接控制细化的发电单元、用电单元，面对调控单元少且性质统一，计算量减小，有效降低控制及计算压力。配电网的运行通常需要在保证安全的电压基础上实现网损降低的经济目标，对于处于其馈线部分的也具有同样
10、要求。调控中心集中控制各及直属可控型 的功率输出，其调控是基于有功网损最优的经济性原则进行的。仿真验证为验证多级并网型微电网的集中分布协同控制方法的效果，分别对两层微电网之间展开仿真验证。对于分布式控制的 验 证，构 建 节 点 内 部 包 含 个 可 控 型 的，其处于交流电压 、频率 环境下。设内部负荷消耗功率 ，不可控型 发电功率 。初始运行条件下，代理接受的端口目标输出功率 ，而时 代理接受新的控制指令，端口目标输出功率 。仿真结果如图、图所示。图可控 输出功率曲线图 可控 耗量微增率曲线可控型 代理间基于一致性算法实现耗量微增率于 附近收敛至一致最优值 元（），对应输出端口功率 。时
11、可控型 代理基于一致性算法受 影响，于附近收敛至新的一致值 元（）。可控型 共同调整以抑制 并实现 输出功率 ，与 代理接收的新控制指令一致：端口目标输出功率 。采用 节点配电网系统进行集中控制效果的验证，其中节点、更改为接。设计四种运行情景：情景为调控中心不进行优化调控，端口输出固定为零，直属设施功率为初始输出值；情景为调控中心对下达端口输出功率为零的指令，并仅对直属设施进行控制；情景和分别对在不同可调裕度下进行优化调控，的不同可调功率的裕度限值见表，其中功率为负代表吸收有功功率。由图仿真结果可知，调控中心能够以集中控制方式实现网损最优的经济运行，若拥有更大可调裕度，则下达调控指令时对多级并
12、网型微电网的经济性运行效果更优。表 不同情景 输出端口可调功率限值节点可调功率限值情景情景情景情景 ，图 各运行情景网损结语本文面向单一控制方法下多级并网型微电网运行存在的问题，提出了基于 控制结构的多级并网型微电网集中分布协同控制方法。采用基于 的 控制结构，（下转第 页）电工技术新能源系统与设备结语随着海上风电技术的进一步发展，风电渗透率逐渐加深，海上风电场集电系统具有更随机的出力、更高的海缆覆盖率等特点，因此选择一种兼顾电网运行可靠性、安全性、持续性的最优中性点接地方式对海上风电场集电系统的规划设计和可靠运行具有重大意义。本文针对海上风电场集电系统特点，考虑不同中性点接地方式下风速随机性
13、、海缆寿命、持续发电能力、突发故障应对能力对电网运行安全的影响，提出了兼顾安全性和可靠性的海上风电场集电系统中性点接地方式决策方法，并通过算例验证了该方法的有效性和实用性，可为海上风电场集电系统中性点接地方式的规划设计提供量化计算方法。参考文献 刘吉臻，马利飞，王庆华，等海上风电支撑我国能源转型发展的思考 中国工程科学，（）：刘渝根，彭国荣，马晋佩，等风电场 电缆网中性点接地方式特性分析电工技术，（）：，江岳文，张金辉考虑风电接纳水平及负荷增长的海上风电场多阶段规划电力自动化设备，（）：，李媛媛，朱岸明，张志刚，等基于短路电流裕度的双馈风电场最大可接入容量确定方法：周保荣，李昀昊，徐乾耀，等一
14、种基于机会约束的风电场储能联合规划方法：赵雪珺，刘天琪，何川，等考虑不确定性和无功需求的风电场群接入系统协调规划方法电力电容器与无功补偿，（）：傅春翔，汪天呈，郦洪柯，等用于海上风电并网的柔性直流系统接地方式研究 电力系统保护与控制，（）：，（）：刘匀 风电场主变接地方式对继电保护定值计算的影响及优化贵州电力技术，（）：曹珍崇，王文立，杨学昌，等中性点接地方式的加权多指标区间数灰靶决策算法广西电力，（）：，（）：，：陈凡，卫志农，张小莲，等 计入风速与风电机组故障相关性的风电场可靠性建模及其应用中国电机工程学报，（）：孙劲松风电场输出功率预测的研究保定：华北电力大学，平仙基于风速的风电系统输出
15、特性建模研究能源与环保，（）：刘刚，吴亮，金尚儿，等基于电特性的 交联聚乙烯电缆剩 余 寿 命 评 估 高 电 压 技 术，（）：高俊国，孟睿潇，胡海涛，等电机定子绝缘老化寿命预测研究进展电工技术学报，（）：（上接第 页）实现去中心化分布式中可控 的发电成本最低功率分配，响应 所受端口指令且避免了单点失效问题；调控中心的集中协同控制将 作为受控单元，减少了调控中心处理的调控压力并实现网损最低经济运行。参考文献 ，陈萌，杨洋 微电网：架构与控制 北京：机械工业出版社，赖清平，吴志力，崔凯，等微电网规划设计关键技术分析与展望电力建设，（）：微电网接入电力系统技术规定 王成山，武震，李鹏 微电网关键技术研究 电工技术学报，（）：，以用户为中心的新兴电力市场模式供用电，（）：，：，：苏玲，周翔，季良，等 微电网控制策略综述 华东电力，（）：河宜，石杰，徐嘉阳，等基于多代理系统的微电网分层控制技术研究通信电源技术，（）：，：，（）：郑伟，胡长斌，丁丽，等 基于多智能体系统微电网分布式控制研究 高压电器，（）：，（）：，：电工技术新能源系统与设备