孤岛运行方式下微电网有功功率优化策略研究
微电网孤岛运行模式下的协调控制策略
微电网孤岛运行模式下的协调控制策略一、概述随着分布式发电技术的不断发展，微电网作为一种新型电力系统结构，以其灵活的运行方式和较高的能源利用效率，逐渐成为解决能源问题的有效途径。
微电网孤岛运行模式是指在主电网故障或需要独立运行时，微电网能够脱离主电网并维持自身稳定运行的状态。
孤岛运行模式下的微电网面临着电源输出功率波动、负荷需求变化以及多源协调控制等诸多挑战。
研究微电网孤岛运行模式下的协调控制策略具有重要的理论价值和实践意义。
在孤岛运行模式下，微电网需要依靠内部的分布式电源和储能系统来满足负荷需求，并实现功率平衡。
分布式电源如风力发电、光伏发电等具有间歇性和随机性，导致输出功率不稳定；负荷需求也会随着时间和场景的变化而波动。
这些不确定性因素给微电网的稳定运行带来了极大的挑战。
为了应对这些挑战，需要设计一种有效的协调控制策略，以实现微电网孤岛运行模式下的稳定运行和优化管理。
该策略需要综合考虑分布式电源的出力特性、储能系统的充放电策略以及负荷需求的变化规律，通过合理的控制算法和优化方法，实现微电网内部的功率平衡、电压稳定和频率稳定，同时提高能源利用效率和经济性。
本文将围绕微电网孤岛运行模式下的协调控制策略展开研究，首先分析微电网的基本结构和孤岛运行的特点，然后探讨协调控制策略的设计原则和关键技术，最后通过仿真实验验证策略的有效性和优越性。
1. 微电网的基本概念与特点作为现代电力系统的一个重要组成部分，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等构成的小型发配电系统。
它既可以与外部电网并网运行，也可以在孤岛模式下独立运行，实现自我控制、自我保护和能量管理，形成一个高度自治的电力网络。
微电网具备几个显著的特点。
它具备微型化的特征，电压等级低，系统规模小，通常服务于特定区域或用户群体。
这种小规模的发配电系统使得微电网更加灵活和易于部署。
微电网的电源多样，以可再生能源为主，如太阳能、风能等分布式电源，同时也可包括传统的小型发电机组和储能装置。
孤岛运行模式下的低压微电网控制策略
并网运行模式下，微电网系统对微源的可靠性要求不高;孤岛运行模式下，则需要依靠可靠的DG和储能系统来保证微电网平稳运行。
为此，本文以风光储多种微源低压微电网作为研究对象，采用基于主从控制的源荷平衡控制策略，确保在孤岛运行模式下微电网功率保持平衡、电压和频率保持稳定。
通过MATLAB建立微电网模型，仿真结果验证了低压微电网在孤岛运行模式下，采用该控制策略的可行性和有效性。
01.低压微电网的系统组成本文的研究对象是风光储低压微电网系统，该系统如图1所示。
图1低压微电网系统图微电网系统由风机、光伏电源、储能电池、变流器、负荷、配电网控制系统等组成。
发电侧包含风机、光伏电源、储能电池等，通过变流器将微源的输出转换为满足并网条件的电能;用电侧根据负荷优先级的不同，分为重要负荷与可控负荷。
为了能与配电网友好融合，微电网包含三个层级的控制系统，即配网级的能量管理系统(EMS)、微电网级的微电网中央控制器(MicroGridCentralController，MGCC)单元级的微源和负荷的就地控制器，三者互为联系协调配合，保障微电网稳定运行。
微源控制器包含在逆变器中，将微源的运行状况实时地送往MGCC;负荷控制器为低压测控装置，一方面可将负荷用电情况送往MGCC，另一方面可根据MGCC的指令投切负荷;MGCC根据单元级控制系统上送的电气信息对微电网进行统一协调控制，同时接收EMS下发的调控指令。
另一方面，微电网的运行与各微源特性、负荷特性密切相关，为了平抑DG的出力波动以及负荷的需求波动，对储能系统进行有效的能量管理至关重要。
同时，微电网的孤岛运行亟需解决电压和频率的管理、微源和负荷的平衡等问题，因此，需要可靠的储能系统充放电策略和源荷协调控制策略保证微电网的平稳运行。
02.孤岛模式下低压微电网的控制策略2.1微源控制策略光伏、风机、储能电池等DG经过电能变换装置接入微电网，其基本控制方法包括V/f(恒压/恒频)控制、PQ(恒功率)控制和Droop(下垂)控制等[9]。
微网系统孤岛_并网运行优化控制策略研究
摘要摘要微网系统是由各种微源、负荷、储能系统和控制装置等组成的小型电网,是一组能够实现自我管理、保护和控制的自治系统。
微网既可以独立运行，也可以并网运行，一定程度促进了分布式电源与可再生能源的大规模投入，是实现主动式配电网的一种有效方式。
微网具有供电灵活、供电质量高和安全可靠等诸多优点，但微网在运行过程中，如果控制策略采取不当，将会引起系统损耗增加、系统稳定性变差等问题。
本文在对比分析现有最大功率点追踪、孤岛运行、并网运行等控制策略的基础上，提出了微网孤岛/并网运行优化方案，具体研究内容包括以下几个方面：首先，构建了风机、蓄电池和光伏电池等微源的数学模型，并进行了模型搭建和仿真，结合逆变器拓扑结构，分析了分布式电源的传统控制方法；其次，在常用MPPT 算法的基础上，针对光伏输出最大功率在多峰值情况下会陷入局部最优的问题，采用了灰狼算法进行最大功率点跟踪的策略，并结合系统特点对算法进行了优化，进一步提高了最大功率点的搜索精度和收敛速度；接下来，针对下垂控制策略不适用低压微网孤岛运行的缺点,提出了基于虚拟阻抗的改进下垂控制策略，有效地实现了有功功率和无功功率的耦合，改善了系统的稳定性，仿真结果验证了所提方法的有效性；最后，针对采用传统PI进行并网控制时存在的坐标变换复杂、抗干扰能力弱的弊端，提出了改进PR的控制策略，优化了计算过程。
仿真结果表明，优化后的控制策略有效减少了并网谐波电流的产生，提高了系统的稳定性。
关键词：微网优化下垂控制灰狼算法改进PR控制AbstractMicrogrid system is a small power grid composed of various micro-sources,loads, energy storage systems and control devices.It is an autonomous system capable of self-management,protection and control.The micro grid can be operated independently or connected to the grid,which promotes the large-scale investment of distributed power supply and renewable energy to a certain extent,and is an effective way to realize the active distribution network.Microgrid has many advantages such as flexible power supply, high power supply quality,safety and reliability,etc.However,if the control strategy is not adopted properly during the operation of microgrid,the system loss will increase and the system stability will vary.Based on the comparative analysis of the existing control strategies such as maximum power point tracking,island operation and grid-connected operation,this paper proposes the optimization scheme of microgrid island/grid-connected operation.The specific research contents include the following aspects:Firstly,the mathematical models of microsources such as fans,accumulators and photovoltaic cells are constructed,and the model construction and simulation are carried out.The traditional control methods of distributed power supply are analyzed based on the inverter topology.Secondly,on the basis of the common MPPT algorithm,aiming at the problem that the maximum power of photovoltaic output will fall into the local optimization under the condition of multiple peaks,the gray Wolf algorithm is adopted for the maximum power point tracking strategy,and the algorithm is optimized according to the characteristics of the system,which further improves the search accuracy and convergence speed of the maximum power point.Next,aiming at the disadvantage that the droop control strategy is not suitable for low-voltage microgrid island operation,an improved droop control strategy based on virtual impedance is proposed,which effectively realizes the coupling of active power and reactive power and improves the stability of the system.Simulation results verify the effectiveness of the proposed method.Finally,aiming at the disadvantages of complex coordinate transformation and weak anti-interference ability in grid-connected control with traditional PI,an improved control strategy for PR is proposed and the calculation process is optimized.Simulation results show that the optimized control strategy can effectively reduce the generation of grid-connected harmonic current and improve the stability of the system.Key words:Microgrid Optimization Droop control Grey wolf algorithm Improved PR control目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1课题研究背景及意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.2.1国外研究现状 (2)1.2.2国内研究现状 (3)1.3微网的分类 (4)1.3.1交流微网 (4)1.3.2直流微网 (5)1.3.3交直流微网 (6)1.4论文研究的主要内容 (7)第2章风光储微源模型的建立及仿真 (9)2.1风机模型的建立及仿真 (9)2.1.1风机模型的建立 (9)2.1.2风机模型的仿真 (12)2.2蓄电池模型的建立及仿真 (13)2.2.1蓄电池模型的建立 (13)2.2.2蓄电池模型的仿真 (15)2.3光伏电池模型的建立及仿真 (16)2.3.1光伏电池模型的建立 (16)2.3.2光伏电池模型的仿真 (18)2.4本章小结 (19)第3章微网逆变器的数学模型及控制方法 (20)3.1微网逆变器的数学建模及其拓扑结构 (20)3.1.1微网逆变器的数学建模 (20)3.1.2微网逆变器的拓扑结构 (20)3.2微网分布式电源传统控制方法 (21)3.2.1恒功率控制策略 (22)3.2.2恒压恒频控制策略 (23)3.2.3传统下垂控制策略 (24)3.3本章小结 (26)第4章基于改进灰狼算法的光伏系统最大功率点跟踪 (27)4.1常用最大功率点跟踪算法 (27)4.1.1恒定电压法 (27)4.1.2扰动观测法 (28)4.1.3电导增量法 (29)4.1.4常用MPPT算法的局限性 (30)4.2最大功率点跟踪算法的优化 (31)4.2.1灰狼算法 (31)4.2.2改进灰狼算法 (33)4.3改进灰狼算法仿真结果分析 (35)4.3.1模型的搭建 (35)4.3.2仿真结果分析 (35)4.4本章小结 (37)第5章基于改进下垂控制的微网孤岛运行控制策略研究 (38)5.1微网逆变器输出功率特性 (38)5.2基于虚拟阻抗改进下垂控制策略的研究 (39)5.2.1下垂控制策略原理 (39)5.2.2改进下垂控制策略的研究 (40)5.3.3基于虚拟阻抗的改进下垂控制策略 (42)5.3逆变器电压电流双闭环设计 (42)5.4微网离网仿真结果分析 (44)5.4.1模型的搭建 (44)5.4.2仿真结果分析 (47)5.5本章小结 (50)第6章基于改进PR控制的微网并网运行控制策略研究 (51)6.1PI控制策略 (51)6.2PR控制策略研究 (53)6.3改进PR控制策略 (54)6.4微网并网仿真结果分析 (56)6.4.1模型的搭建 (56)6.4.2仿真结果分析 (57)6.5本章小结 (59)第7章结论与展望 (60)7.1结论 (60)7.2展望 (60)致谢 (61)参考文献 (62)作者简介 (66)攻读硕士学位期间研究成果 (67)第1章绪论1.1课题研究背景及意义随着人们生活水平的提高，经济飞速的发展，全世界共同面对两大问题是能源和环境问题。
高电压与绝缘技术论文微电网并网与孤岛运行模式切换的研究描述
第1章前言第1章前言1.1选题的背景及研究的目的和意义由于煤、石油和天然气等一次能源的日益枯竭，以及人们对能源的依赖程度日益增大，能源问题越来越制约着我国电力系统的发展。
而燃煤为主的火力发电造成大气环境污染、化石燃料大量排放造成的温室效应导致气候变暖等问题已经成为了全球性的难题。
因此如何保证电力能够安全与稳定的供应成为了亟待解决的问题。
电力生产在最初阶段的方式是集中发电、远距离输电、大电网之间相互联系，其过程存在三个特点：即电力生产的整体性、同时性与随机性。
整体性与同时性即发电、输电和供配电的过程是不可分割的并且同时进行的，其中任何一个环节出现问题，电力生产都将难以完成。
而电力生产的随机性则指负荷、设备异常情况以及电能质量等都在随时变化着，因此在电力生产中需要做到实时调度与安全监控，能够跟踪随机事件的动态情况，以确保电网的安全运行。
但是电力建设成本高，运行难度比较大，已经越来越难以满足当今社会对电力的可靠性和安全性的需求。
近几年来，我国多个地区出现罕见的用电高峰，期间的多次事故给国家和人民造成了重大的经济损失。
美欧地区也有很多国家发生过多次大面积停电事故，致使大电网的脆弱性日益暴漏出来。
现如今，一次能源日益枯竭，环境污染问题也日益严重，传统大电网的脆弱性日益暴漏，致使全球化电力市场改革进程加快，在此背景下有学者提出了分布式发电系统这个概念。
分布式发电被认为是减少环境污染、提高能源的利用效率、增强电能供应的可靠性以及可以满足社会发展对电力日益增长的需求等的一种有效的解决途径。
分布式电源经常分散布置在用户的周围，其发出功率为数千瓦到百兆瓦不等。
相比于传统的集中式供电，分布式电源的安装位置比较灵活，并且比较分散，能更好的利用当地的资源分布，更能适应电力的需求；并且分布式电网与大电网之间又可以相互备用，有效地提高了电能的利用率，供电可靠性明显增强；输电和变电的过程中又可以减轻故障对其造成的影响，可以有效的提高电能质量；能够避免各地区电网之间由于电压和频率波动而相互造成的影响，从而可以防止由于局部电力故障而造成电网大面积的停-1 -电事故，等等。
微电网孤岛运行的主从控制策略研究
２ ｌ 年 ０１
五 邑大学学报 （自然科 学版 ）
Ｊ Ｒ ＯＵ ＮＡＬ Ｆ Ｏ ＷＵＹｌ ＮⅣ Ｅ ＳＴ （Ｎａ ｒｌ ｃｅｃ Ｅ ｉｏ Ｕ Ｒ ＩＹ ｔａ ｕ Ｓ ｉ ｅ ｄｔ ｎ） ｎ ｉ
Ｖ＿．５ Ｎｏ３ ０ ２ １ ． Ａｕ ． ｇ ２ Ｉ ０１
Ｋ ｙ ｏｄ ． ｉｒｇｉ；ｓ ｎ ｉｇ ｐｒｔ ｎ ｍ ｓｅ－ｌｖ ｏ ｔ ｌ ｔ ｔｇ ； － ｃ ｎｒｌＰ Ｑｃｎｒｌ ｅ ｒ６ｍ ｃｏｒ ｉ ａ ｄｎ ｅａ ｏ； ａｔ ｓ ｅｃｎｒ ｒ ｅｙ Ｖ ｆ ｏ ｔ ； － ｔ ｗ ｄ ｌ ｏ ｉ ｒ ａ ｏｓ ａ ｏ ｏ ｏ
２０ ０ ３年 北美 大停 电 、２ ０ ０ ８年 １月 我 国南 方 多 省 因雪 灾 而 大 范 围 停 电 等 大 面积 停 电事故 。充 分 暴 露 了大 电 网的脆 弱性 ．－微 电 网作 为 白洽 系统 ，具 有脱 网独 立 运行 的能 力 ，能 提 高 供 电 的可 靠性 ． Ｄ２ ］ 为 了满 足 负 荷 对微 电 网 系统 电压 和 频 率 的要 求 。跟 踪微 电 网 中负 荷 的 变 化需 要 采 取 相 应 的协 调 控 制 策 略 ， 目前 采用 的 协 调 控 制 策 略 主 要 有 ：主 从 站 控 制 【、负荷 一 频 率 二 次 控 制 ［、连 络 线 （ｅｌ ｅ ３ 】 ４ １ ｔ ｉ ） ｉ ｎ
ｖｌ ｇ ｎ ｅ ｕｎ ｙｆｒ ｈ ｉｒｇｉ ａ ｄｐ ｐｃｎｒｌ ｔｏ ｐ ｌ ｄｉ ｔｅｓ ｖｓ ｍ ｋｎ ｌ ｏ ａｅａ ｄｆ ｑ ｅｃ ｅｍ ｃｏｒ ｎ － ｏｔ ｈ ｄｉ ａ ｐｉ ｌ ｅ ， ａ ｉｇ ｕｌ ｔ ｒ ｏｔ ｄ ｏ ｍｅ ｓ ｅ ｎｈ ａ ｆ
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微电网并网与孤岛运行模式切换的研究
参考内容
随着能源结构和电力系统的发展，微电网作为一种新型的电力系统和能源形态， 逐渐得到了广泛的和应用。微电网主要由分布式电源、储能装置、负荷等组成， 通过先进的控制技术和调度策略，实现电力系统的稳定、经济、安全运行。本 次演示将围绕微电网变流器并网运行及并网和孤岛切换技术展开研究。
一、微电网变流器并网运行
一、微电网的结构与运行方式
微电网是由分布式电源、储能装置、负荷、电力电子装置等组成的微型电力系 统。它具有独立、自治、灵活的特点，可以满足区域内重要负荷的持续可靠供 电需求。微电网的结构和运行方式因不同国家和地区而异，但通常都包括并网 运行和孤岛运行两种模式。
并网运行模式下，微电网通过公共耦合点（PCC）与大电网进行电能交换，大 电网为微电网提供电压和频率支撑，微电网则根据需求向大电网输送电能。孤 岛运行模式下，微电网断开与大电网的连接，依靠自身的分布式电源和储能装 置提供电能，保障重要负荷的持续供电。
为了实现平滑切换，首先需要准确快速地检测到电网故障或电能质量不达标的 情况。常用的故障检测方法包括基于电气量的故障检测、基于信号的故障检测 和基于人工智能的故障检测等。通过实时监测电压、电流等电气量，以及分析 功率不平衡等信号特征，可以有效地检测到电网故障。同时，利用人工智能算 法可以对电能质量进行评估和预测，提前发现潜在的电能质量问题。
二、微电网平滑切换控制策略
平滑切换控制策略是实现微电网由并网运行模式到孤岛运行模式无缝切换的关 键。在平滑切换过程中，微电网需要快速、准确地检测到电网故障或电能质量 不达标的情况，并立即进行运行模式的转换。同时，为了确保转换过程中的稳 定性和连续性，还需要采取相应的控制措施。
1、故障检测与识别
（2）电源稳定性问题：在切换过程中，微电网的电源稳定性可能会受到影响。 为了解决电源稳定性问题，可以对微电网的电源进行控制和管理，以保证微电 网的稳定运行。
孤岛运行微电网的能量配置动态优化及能量管理系统研究
二、孤岛运行微电网的能量配置动态优化
3、储能系统：由于可再生能源具有间断性，储能系统在孤岛运行微电网中起 着重要的作用。我们需要根据电源配置和负荷需求，选择合适的储能系统，如电 池、飞轮等，并确定其容量和接入方式。
二、孤岛运行微电网的能量配置动态优化
4、系统经济性：在满足系统稳定和经济运行的前提下，我们需要考虑系统的 投资成本和运行维护费用。在选择电源和储能系统时，需要综合考虑其技术性能 和经济性。
2、微电网能量管理系统的研究 现状和发展趋势
2、微电网能量管理系统的研究现状和发展趋势
随着电力电子技术、自动化控制技术和信息通信技术的不断发展，微电网能 量管理系统在国内外的研究和应用也取得了长足的进展。目前，国内外的研究主 要集中在系统架构优化、控制策略研究、能源管理优化、经济运行分析等方面。 未来的发展趋势将主要集中在以下几个方面：
二、孤岛运行微电网的能量配置动态优化
在孤岛运行微电网中，能量的配置和管理是保证系统稳定和经济运行的关键。 首先，我们需要根据岛上的负荷需求和能源资源情况，制定合理的能量配置方案。 这包括电源的选择、容量配置、接入方式等。同时，考虑到能源的多样性和间断 性，我们需要引入储能系统来平衡电力供需，确保系统的稳定运行。
微电网能量管理系统在实际应用中具有广泛的前景，特别是在智能电网、新 能源、城市供电等领域。然而，目前仍存在一些挑战，如技术成熟度、设备投资 成本、政策支持等。未来，随着技术的进步和社会需求的增长，微电网能量管理 系统将面临更多的机遇和挑战。
4、微电网能量管理系统在实际应用中的前景和挑战
结论 本次演示对微电网能量管理系统进行了全面的综述，从定义和架构、研究现 状和发展趋势、优化改进方法以及实际应用中的前景和挑战等方面进行了分析和 讨论。尽管目前微电网能量管理系统已经取得了一定的进展，但仍存在一些不足 之处，需要进一步研究和优化。
微电网的孤岛检测与孤岛划分
微电网的孤岛检测与孤岛划分1. 本文概述随着全球能源需求的不断增长和电网结构的日益复杂，微电网作为一种新型的分布式能源系统，其发展受到了广泛关注。
微电网能够整合多种分布式能源资源，如太阳能、风能、储能设备等，以实现高效、可靠的能源供应。
微电网在运行过程中可能会遇到“孤岛”现象，即部分微电网在主电网故障或计划中断时，未能及时从主电网中脱离，形成独立运行的孤岛。
本文旨在深入探讨微电网的孤岛检测与孤岛划分问题。
本文将介绍微电网的基本概念、运行原理以及孤岛现象的定义和分类。
随后，我们将重点分析现有的孤岛检测方法，包括被动检测和主动检测两大类，并评估这些方法在实际应用中的优缺点。
进一步地，本文将探讨孤岛划分的策略和方法。
孤岛划分是指将微电网划分为若干个子系统，以优化能源管理、提高系统稳定性和效率。
我们将分析不同的孤岛划分算法，包括基于遗传算法、粒子群优化算法和人工智能方法的划分策略，并讨论这些方法在实际操作中的适用性和效果。
本文将结合案例分析，探讨孤岛检测与划分在实际微电网中的应用，以及这些技术对提高微电网运行效率和可靠性的贡献。
通过本文的研究，我们期望为微电网的孤岛检测与划分提供理论支持和实践指导，促进微电网技术的进一步发展和应用。
2. 微电网的基本原理微电网（Microgrid）是一种小型电网，它能够集成多种分布式能源资源，包括可再生能源如太阳能、风能，以及传统能源如小型燃气轮机等。
微电网的主要特点是能够在与主电网连接或孤立状态下运行，为局部区域提供稳定和高效的电力供应。
本节将详细探讨微电网的基本原理，包括其结构、运行模式及关键技术。
微电网的结构通常包括四个主要部分：分布式能源（DERs）、能量存储系统、负荷和控制系统。
分布式能源是微电网的核心，负责发电能量存储系统如电池用于平衡供需波动负荷则指微电网服务的用户和设备控制系统则负责监控和优化微电网的运行。
微电网主要有三种运行模式：并网模式、孤岛模式和混合模式。
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I
c jP j + y
j= 1
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s- 1 j
rj yj ;
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机制做出响应并改变正常电力消费模式的市场参与 行为 [ 14- 15] 。 根 据 美 国 能 源 部 ( Depart ment of Ener gy, DOE) 的研究报告, 按用户不同的响应方 式将电力市场下的 DSM 划分为 2 种类型: 基于价 格的 DSM 和基于激励的 DSM [ 16] 。 可中断负荷是基于激励的 DSM 的一种, 指那 些通过合约等方式允许有条件停电的负荷
i
场引导可中断负荷的方式有折扣电价的补偿 和 实际停电后的 高赔偿[ 19] 2 种。低电价可中断 负荷 ( inter rupt ible loa d w it h lo w pr ice, IL L ) 是在事故 前通过电价打折来换取负荷的可中断权 ; 高赔偿可 中断负荷 ( int errupt ible loa d w it h high co mpensa tio n, IL H ) 则在事故发生 且中断措施实施后 进行 赔偿[ 20] 。 微电网提供 2 种可中断负荷补偿服务, 用户可 根据自己的实际负荷需求决定是否与微电网运营商 签订可中断运行合同。通常, 对可靠性要求不高的 可中断负荷 , 选择签订 IL L 合同, 而对供电可靠性 要求更高一些的可中断负荷, 选择签订 IL H 合同。
[ 17]
s t
i= 1 I
x
s- 1 i
x - x
s i
s- 1 i
x P i+
j= 1
s i
Pj - Pj
s
s- 1
+
P = 0;
1 x si i= 1
xs i Pj
m ax
X; ( 1)
i
Pj
m in
Pj
。市
式中: p i 是第 i 个可 中断负荷与微电网签订的售 电合同电价 ( 元/ MW ) , p i = I,
[ 18]
p 0 , i = 1, 2, !,
是可中断负荷 i 的电价折扣( 赔偿 ) 系数, 对
i
于折扣式可中断负荷, 负荷 ,
i
1, 对于高赔偿可中断
= 1; p 0 是售电电价 ( 单一或季节电价制)
i
( 元 / MW ) ; b i 是可中断负荷被微电网中断后的单 位赔偿费用 ( 元 / M W) , b i = I,
收稿日期 : 2010 05 13
2
广 东 电 力
第 23 卷
manage ment, DSM ) 的概 念, 提 出了以 微电网 经 济收益最优为目标, 同时计及可中断负荷与备用电 源的优化模型, 即在满足系统约束条件下优化可中 断负荷或后备电源的投切策略 , 使微电网的收益最 大。文章最后通过算例仿真, 验证了所提模型的有 效性和经济性。
表 1 可中断负荷数据
开关号 1 2 4 6 8 10 11 5 9 13 P i / MW 0 15 0 40 0 17 0 23 0 28 0 12 0 19 0 17 0 25 0 14
i i
限值 ( MW ) 。 约束条件中 , 等式约束的第 1 项是可中断负荷 优化量, 第 2 项是后备电源优化量 , 二者之和为有 功优化总量。考虑到后备电源连续可调节的输出特 性, 在一定的配置下 , 此联合优化模型可以实现完 全消除不平衡量 ; 开关的动作会产生开关损耗, 而 且大量开关的同时中断亦会对电网的稳定产生不利 的影响, 因此在进行优化计算时, 为了减少开关损 耗和对电网的不利影响, 将对负荷开关的中断总次 数作出限制, 不能超过限值 X ; 各后备电源的输 出受最大、最小出力限制。 若在优化之前微电网的后备电源已处于投入运 -1 行的状态 , 即 y s j = 1, 则优化时不再计及后备电 源投入运行产生的固定成本 r j ; 若在进行优化之
[ 4]
和设计微电源控制器
[ 11- 12]
[ 7- 10]
。部分研究针对微
电网出现严重有功功率缺额的现象, 提出了自动切 负荷的想法 念
[ 1 1- 13]
, 其中也包括智能负荷控制的概
。
微电网在欧洲已有试点 , 其运行特性和安全性 是研究的重点。本文从 微电网运营收 益的角度考 虑 , 引入了电 力市 场中 需求 侧响应 ( demand side
[ 5 - 6]
是其 中
的代表之一。一般来说, 微电网主要采用微电源供 电, 包括光伏电池、风力发电机、燃料电池、微型 燃气轮机等, 还包括蓄电池、超级电容器等辅助储 能装置。微电网大多紧邻用户侧, 具有低污染、低 成本、低电压的特点 。根据运行方式或者实际供 需变化情况, 微电网可以与大电网联网运行 , 也可 以脱离主网孤岛运行。 作为微电网的主要清洁发电设备 , 光伏电池、 风力发电机等对气候与环境变化比较敏感, 一旦天 气发生剧变, 它们的出力随之会产生大的改变。联
i i
p 0 , i = 1, 2, !,
是中断赔偿系数, 对于折扣式可中断负荷,
G G
= 0, 即没有补偿费用 ; c 0 是微电网平均购电成 c gP g
g= 1 g= 1
本 ( 元/ MW) , c 0 =
P g , c g 是微电网
向第 g 个微电源购电的购电单价 ( 元 / MW ) , P g 是 第 g 个微电源卖给微电网的有功功率 ( M W) , G 是 所有微电源的个数 ; P i 是第 i 个可中断负荷的大小 ( M W) ; x i 是第 i 个可中断负荷的开断状态, ∀ 1# 表 示未断开, ∀ 0# 表示断开, x !i 表示状态取反; s 是可 中断负荷的状态变化次数标识 ( 只要可中断负荷的 状态发生变化 , s 就将更新一次) ; I 是所有可中断 负荷 的 个 数 ; P 是 微 电 网 的 有 功 功 率 偏 移 量 ( M W) , 微电网有功功率不足时为负 , 有功功率过 剩时为正 ; X 是开关动作次数的限值 ; ⊕ 是∀ 异或# 运算符 ; c j 是第 j 个后备电源的单位发电成本 ( 元/ M W) ; P j 是第 j 个后备电源发出的有功功率大小 ( M W) , 为连续变量; r j 是第 j 个后备电源转投运 时产生的固定成本 ( 元 ) ; y j 是第 j 个后备电源的投 入状态 , ∀ 1# 表示投入 , ∀ 0# 表示未投入; J 是所有
po w er o ut puts o f some distr ibute d po wer so ur ces, such as w ind po we r g ener atio n and photo vo ltaic cells, are not stable T he ref o re, a mathem atical m odel o f act ive pow er optimiza tio n contr o l is built, taking into acco unt the respo nse of inter r uptible lo ads and stand by gener ato r s, to get ma xim ized pro fit T he simulatio n r esults sh ow th at the pr o posed mo de l is eff ective f or the o ptima l ac tiv e pow er co ntr ol in the standalo ne micro gr id Key words: micro gr id; islanded o per ation; inter ruptible lo ad; sta ndby g enera tor
摘要 : 微电网有联网运行和孤岛运行 2 种运行方式 , 孤岛运行时风力发电 、 光伏 电池等分布 式电源出 力不稳定 。 为此 , 以收益最大为优化目标 , 计及可中断负荷和 后备电 源的作用 , 建立有 功功率 优化控 制的数学 模型 。 通 过 算例仿真 , 验证了所提模型在微电网孤岛运行下有功功率优化控制的有效性 。 关键词 : 微电网 ; 孤岛运行 ; 可中断负荷 ; 后备电源 中图分类号 : T M727 文献标志码 : A 文章编号 : 1007 290X ( 2010) 07 0001 04
第7期
周华锋 , 等 : 孤岛运行方式 下微电网有功功率优化策略研究
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ax 力限值( MW ) ; P m j 是第 j 个后备电源的最大出力
P max = 0 9 MW, 单位发电成本 c j = 300 元/ MWh, 后备电源转投运固定成本 r j = 80 元。有 10 个可 中断 负荷 , 1、 2、 4、 6、 8 、 10、 11 为 IL L , 5、 9、 13 为 IL H , 相关数据见表 1。
in 后备电源的个数; P m j 是第 j 个后备电源的最小出
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优化模型
根据微电网运行的特点, 对本文建立的模型作 如下假定 : a) 售电电价制度定为季节或月度电价制 , 即 根据季节或月度的变更调整微电网的售电电价 ( 售 电电价可在一段时间内维持不变) ; b) 微电网孤岛运行时 , 电能供求基本平衡; c) 根据各个微电源当前出力和微电网购电单 价计算得到微电网的购电总成本; d) 通过折扣 ( 赔偿) 系数来体现各个负荷被中 断意愿的强弱; e) 单个可中断负荷大小均为恒定值 , 无法进 行调节;
Optimal Strategy of Active Power in Microgrid Islanded Operation
Z HOU H ua f eng1 , TU Wei ping1 , L IU Ha o m ing2 (1 CSG Po w er D ispatching & Com munication Cente r, G uangzh ou, G uangdong 510623, China ; 2 Co l o f Ener gy and Electr ic Engineer ing, Ho hai U niv , N anjing, Jiangsu 210098 , Ch ina) Abstract: A micro gr id ma y co nnect to main gr id o r oper ate independe nt ly W hen it o pe ra tes independently, the act ive