：1 1：!l：!l：!：；第四章基于Agent的微网控制。2441基于Agent的微网控制系统构架。24411系统设计思想2442孤岛检测Agent的设计2643切换Agent的设计2844局部控制Agent的设计28441设计思路28442局部控制Agent的设计框架29443 PQ Agent的设计30444 Vf Agent的设计3745仿真分析4546本章小结49第五章总结与展望5151本文主要工作5152工作展望5l参考文献53发表论文和科研情况说明56致 谢57第一章绪论11研究背景及意义第一章绪论能源是人类赖以生存的物质基础，煤、石油和天然气是世界的三大能源，是目前世界一次能源的主要部分，在对其利用的过程中给地球和环境带来的影响也尤为令人关注。化石燃料的大量燃烧会给环境带来不良的影响【11。另外，化石燃料是来自大自然的产物，其总量是有限的。随着各国经济的迅速发展，人口的急剧增长，人类所需要的能源将持续增长，有限的能源总量将无法满足未来能源消耗量的需要。化石燃料在不断被消耗，因此加速了能源危机的到来。伴随中国经济的发展，我国的电力需求也进一步增加，因此水力发电、火力发电以及核电等超高压远距离输电成为了国家电力部门关注的重点。虽然水力发电不带来环境污染，但是容易引起大坝以下水流侵蚀加剧，对动植物也会造成一定影响，其潜在的生态破坏也是不容忽视的；核电是一种清洁、低碳的能源，有利于保护环境，但核电厂会产生高低阶放射性物质，且核反应器中的大量放射性物质，若在事故中释放到外界环境，会对生态和人民造成巨大的危害。传统的大电网给我们的生产和生活提供了很多便利：由于大型发电机组的投入使发电效率提高，减少了部分管理人员的数量；高压输电网的联网可以使机组存储容量降低；可在远距离的情况下进行大功率传输。由于电力需求的增长，用户对电力的安全性和可靠性的要求也日益增加，集中式大电网成本高，运行难度很大，显然已不能满足人们的要求。近年来的几次发生在国内外大面积停电事故，将集中式大电网的弱点显现出来。2003年北美大停电世故后，国内外学者一致认为发展分布式发电是当今电力系统发展的趋势。2007年的南方雪灾的教训说明当电网遇到强烈的自然灾害时，局部电网网架结构不能承受沉重的打击。在发展集中式电网时，要在负荷周围安置一些分布式电源，在大电网出现故障的时候，分布式电源能给周围负荷就近供电，降低负荷对大电网的依赖，保证用户最起码的用电需求，从而也可提高电网的安全性和可靠性。因此，在总结了事故的经验教训后，近年来世界各国已开始将发展分布式发电提上了日程。分布式发电DG(Distributed Generation)-般指的是为达到某些特定用户的要求、为配电网经济运行提供支持或以上两方面的需求同时满足，小型的发电机组也可配置在用户端或其附近；广泛定义是指，安装在用户端周围的任意发电设各，包括冷热电联产、热电联产和各种蓄能设备等【21。分布式发电之所以成为当今电力系统发展趋势之一，是因为它有很多优点【31。节能效果好分布式发电与传统的电网存在着区别，主要有两点：一是传统大电网离主要负荷距离很远，输送到用户端要通过远距离输电，因此造价高，网损大，而分布式电源安装在中心负荷附近，因此网损会明显降低；二是传统电网提供的能源只有一种第一章绪论形式，分布式电源能量形式多种多样，后者能提供如冷、热、电各种不同形式的能量。环境污染少 风能、太阳能为分布式发电主要的能量形式，不会排放出有毒有害的气体污染环境。可靠性高因为当前电力需求的要求，我国在加快建设大型电厂的步伐，电网的扩大进一步威胁了供电的安全性和稳定性，一旦输电线出现故障，将导致大规模的停电。分布式电源采用的控制设备性能先进，在电网出现故障时可提供对重要用户的供电。电能质量高为了保证电能质量的要求，分布式电源内都有就地电压补偿和无功补偿装置。分稚式电源建设时间较短，对于短时间出现的电力短缺问题可以很好的解决。但是，分布式电源并网的问题是一个难点。近年来，我国的太阳能发电和风力发电技术已迅速的发展。目前虽有一些风电厂和光伏发电厂，但其发电效率不高。分布式电源并网时，会引入大量电力电子器件，给系统产生了大量的谐波，分布式电源发电方式和转换器的工作模式会影响谐波的幅度和阶次；一个风电厂或一个光伏发电厂对于大电网来说都是不可控电源，如果采取直接并网会对调度和控制方面产生不利影响【3一钉。2001年美国通过了相关政策使部分分布式电源并网运行，但规定了并网标准：当电力系统出现故障时，分布式电源必须立刻退出大电网，分布式电源不能完全发挥其作用：配电网是呈无辐射状运行的结构，且能量流动是单向的，因此要求分布式电源需以负荷的形式接入电网，发电量要小于用户的负荷，因此在结构上制约了分布式电源的能力【5叫。为了减少分布式电源接入对电网的负面影响，提出了微网(Micro鲥d，MG)的概念，即把分布式电源和负荷结合起来，组成一个系统。美国相关电气部门也给出了微网的概念：是一个由负荷和分布式电源组成的小型系统，在并网运行时，可与大电网一起为负荷供给电能；电源的能量转换由电力电子装置完成；相比于大电网，可将微网看作个独立可控单元，为用户提供电能【791。欧盟电力部门定义的微网的概念是：选用不同控制类型的分布式电源，包括不可控、部分可控和全控三种类型，可对其进行热电冷联供；能量转换通过电力电子装置实现；有储能装置配合运行；选取一次能源【I 01。微网是分布式发电技术、可再生能源发电技术、储能技术和新型电力电子技术的结合，形成了一个单一的可控单元，为用户提供电能。微网以一种基于分布式电源为发电单元的系统，存在着很多优势：(1)微网综合了应用分布式电源的方式，并拥有了所有单独分布式电源系统所具有的优势。(2)微网作为一个独立的整体结构，不需调整大电网的运行规则，对大电网的运行不会给带来负面影响。(3)分布式电源具有“即插即用(plugandplay)的功能，微网中的分布式电源可以灵活接入或退出主网。创造了充分发挥分布式电源的功能的途径。(4)多个分布式电源并网，解决了分布式电源响应速度慢、惯性小带来的负面影响，使微网系统容量增加【。(5)微网拥有两个不同的角色，对于电力企业来说，微网可以被看做一个简单的可调度负荷，在数秒内可作出响应用以达到传输系统的要求；对于用户来说，由于用电需求多样化，微网可作为特制电源安装在用户端，这样可以增加局部供电的可靠性，降第一章绪论低网损，微网的储能元件可对本地负荷提供电压和频率支持。(6)微网的能源利用率很高。传统电网中的发电厂能量转换率只有30左右，热能流失将近50，在能量传输的过程中，又有近10左右的能量损失掉，效率很低【12-I 31。传统电网采取集中供电，传输能量线路很少，在用户用电量多时，传输电力线路很容易崩溃。而微网能提高能源的利用率，因为微网可以就近安装在负荷周围，既能给用户提供电能，又能减少电能传输过程中的热损耗。各国电力部门的专家都分析和预见了微网将具有很大的应用潜力。虽然微网在结构和设计上存在很多出入，但是所有方法的重点都集中在微网中分布式电源的最优整合和相应的控制技术上。微网控制应保证：(1)任一分布式电源的接入不会对系统造成不利影响；(2)运行点自主选择；(3)与电网并网、分离进行平滑切换；(4)独立控制有功、无功；(5)对电压跌落和系统不平衡进行校耐14J。12微网系统的概念、结构及运行l、微网系统概念在现有配电网结构的基础上，为了减少分布式电源对大电网的不利影响，美国电力可靠性技术解决方案协会(CERTS)提出来微型电网(MicroGlid，MG)，简称微网的概念为1sq6：“微网是由微型电源和负载组成的系统，为用户提供热能和电能。欧盟把定义微网的概念为【l 7J：“使用一次能源，连接多个小型分布式电源，并配备储能装置，实现热电冷三联供，使用电力电子器件进行能量转化的系统”。我国在2009年3月召开的“微网技术体系研究会议中将微网定义为：基于分布式发电技术，靠近分散型用户网络，并配有监控、保护和控制装置而组成的、分散型供电系统【18】。图11为微网的基本结构图：图1-1微网基本结构图图中分别有三条馈线，网络成辐射状分布。通过静态开关(PCC)馈线A、B、C与大电网连接，有利于孤岛到并网运行模式之间的转换，并实现能量间的交换。微网中的负荷主要分别两大类，即重要负荷和次要负荷。其中次要负荷又包括可切负荷和可调第一章绪论负荷。当需要切负荷时，可先切除可切负荷以维持重要负荷供电。可调负荷负责平滑负荷波形。图中的微网结构根据不同电能质量要求的负荷，选择了不同的微源。连接在馈线A的为敏感负荷，采用光伏发电对其供电：连接在B上的可中断负荷，没有再其附近安装特定的微源进行供电，所以直接由配网供电；连接在C上的可调节负荷，采用微型燃气轮机和燃料电池联合供电。在本图的微网系统中，当外电网因突然出现故障或因其他电能质量问题导致停电时，微网利用PCC就可切断与外电网之间的联接，这样微网的运行状态转换为孤岛模式。微网内的微源为全部馈线上的负荷提供电能，馈线B的负荷可通过母线传送其他馈线上微源的电能，馈线A、C负荷由其附近的微源直接提供电能，这样可保证系统的正常运行。若孤岛状态下微源不能提供所有负荷所需的电能，可中断馈线B上可切负荷的电能【191。不同的分布式电源向与其相连的负荷提供电能是微网的结构特点。在并网运行状态中减轻了大电网的供电负担和远距离电能的传输困难，而且在孤岛状态中也保证了重要负荷供电。微网的比较特殊的能力是孤岛运行，执行这一功能的关键在于连接微网与外电网的PCC，使在接口处可控的传送电能。可见，微电网能平稳过渡到孤岛模式是体现这个能力重点。2、微源的分类微源(即微网中的分布式电源)可以分为两种：可再生能源和不可再生能源。微源的能量来源主要是可再生能源【2U】。风力发电的原理，是将风的动能转变成机械动能，再由机械能转化为电力动能【2l】。风力发电的最低风速为3sm。因为风力发电既环保又无污染，因此成为了许多专家学者关注的焦点。我国可开发利用的风能储量约10亿kW，有充足的风力资源，因此为我国风力发电的发展奠定了基础。太阳能发电分为光热发电和光伏发电两种，且按发展现状看光伏发电发展较快22-23l。其原理是通过利用半导体的特性将光能转变为电能。光伏发电系统可分为并网光伏系统和独立光伏系统。可单独运行的光伏发电系统称为独立光伏系统，与大电网连接，且附近用户能获得其电能的光伏系统称为并网光伏发电系统。微型燃气轮机的单机功率范围为25-300kW，是一种新近出现的小型热力发动机，主要以天然气、甲烷、柴油、汽油等作为燃料【241。径流式叶轮机械(主要包括向心式涡轮机和离心式压气机