1. 研究目的与意义
随着国民经济的发展，电力需求迅速增长，电力部门大多把投资集中在火电、水电以及核电等大型集中电源和超高压远距离输电网的建设上。但是，随着电网规模的不断扩大，超大规模电力系统的弊端也日益凸显，成本高，运行难度大，难以适应用户越来越高的安全和可靠性要求以及多样化的供电需求。 尤其在近年来世界范围内接连发生几次大面积停电事故之后，电网的脆弱性充分暴露了出来。人们迫切的需要一个能缓解当前状况的方案。自此，分布式发电被提上了日程。分布式发电具有污染少、可靠性高、能源利用效率高、安装地点灵活等多方面优点，有效解决了大型集中电网的许多潜在问题。微电网作为分布式发电的一种实现方式走入人们的视野，它不仅解决了分布式电源的大规模接人问题，充分发挥了分布式电源的各项优势，还为用户带来了其他多方面的效益。从国家能源转型、社会行业发展和电网企业发展来看，微电网技术都将面临发展机遇，未来智能电网对适应于能源结构、行业进步和社会发展的微电网技术有巨大需求。微电网作为智能电网的一个重要组成部分，以其能源形式的多元化、并网接口的柔性化、电能质量的定制化、能量信息流的双重化等典型特征，将在未来电网中发挥重要的作用。
2. 课题关键问题和重难点
由微电网的结构分析可知，灵活的运行方式和高质量的供电服务离不开完善的控制系统。控制问题也正是微电网研究中的一个关键点和难点。其中一个基本的技术难点在于微电网中微电源的数目太多，很难要求一个中心控制点对整个系统做出快速反应并进行相应的控制，往往一旦系统中某一控制元件故障或软件出错，就可能导致整个系统瘫痪。以此，微电网控制应该做到能够基于本地信息对电网中的事件做出自主反应。例如，对于电压跌落、故障、停电等，发电机应当利用本地信息自动转到独立运行方式，而不是像传统方式中由电网调度统一协调。
具体来讲，微电网控制应当保证：1.任一微电源的接入不对系统造成影响；2.自主选择运行点；3.平滑地与电网并列、分离；对有功、无功进行独立控制；4.具有校正电压跌落和系统不平衡的能力。
3. 国内外研究现状（文献综述）
为了改进交直流混合微电网中直流侧的母线电压性能，本文提出了直流分层控制系统，以在各接口变换器之间合理分配直流负荷，同时补偿下垂控制带来的直流母线电压跌落。所介绍的分层控制系统包括两层：第一层控制直流母线电压和交流电流，同时通过下垂控制实现直流侧的负荷功率分配；第二层补偿下垂控制带来的电压跌落，进一步提升母线电压质量。
随着工业生产的不断进步，传统的化石燃料已经无法满足生产力发展的要求。与此同时，由于可再生能源具有储量丰富，清洁无污染等多方面的优点，近年来得到了学术界和工业界的普遍关注[1,2]。 为了提升可再生能源在现代电力系统中的比例，学者们引入了微电网的概念，以实现对多个新能源单元的整合[3]。具体来讲，引入微电网的概念后，可以在一定区域内，将多种新能源发电形式集合在一起，使其对内实现各发电单元的合理连接，协调负荷能量在新能源输入端之间的分配，形成可独立运行的小型电网；对外表现为电能的受控单元，可控的实现本地微电网和公共大电网之间的能量交换[4]。由于传统的公共大电网具有交流形式，对于微电网的研究往往集中在交流微电网上。而在实际的微电网系统中，往往同时存在交流和直流两条母线，分别和微电网中的交流和直流部分相连，即形成交直流混合微电网[5]。因此，在对其中的交流部分进行研究的同时，需要对其中的直流环节进行分析。在微电网系统中，为了实现电源和负荷之间的连接，通常需要利用电力电子变换器作为接口进行电能形式的变换[6]。由于新能源发电形式具有分布式特点，因此各接口变换器之间形成并联连接结构，负荷功率需要根据接口变换器的功率等级进行合理分配[7,8]。学者们提出了集中控制、主从控制、电流链控制和平均电流控制等多种方法实现负荷功率在各并联变换器之间的分配，但上述控制方法大多需要依赖高频通信线实现电流指令信号的传输[9-12]。 高频通信线一方面会降低系统的可靠性，提升系统维护成本；另一方面也无法满足微电网中分布式结构的需要，即使通过对一些传统的方法进行改造，可以采用低带宽通信取代高频通信，但所设计的控制器往往适用于纯交流系统或纯直流系统，对于交直流混合系统的研究较少。为了满足微电网中分布式结构要求，学者们将下垂控制引入到微电网接口变换器控制当中，通过本地控制实现均流。下垂控制系统无需高频通信线进行信号传输，系统可靠性和冗余度较高，满足分布式发电的要求，然而其在实现负荷功率分配的同时，会带来母线电压的跌落， 降低了电压质量。在常规的应用中，常采用折衷的办法，即在电压偏差不超过可接受范围的情况下选取下垂系数，实现负荷均流[8]。这样的方法会造成下垂控制的局限性，在一定程度上降低了电流分配的准确性。本文针对交直流混合微电网系统中直流部分的离网运行提出了直流分层控制系统，该控制系统实现了本地电压和电流的分布式控制，通过直流侧下垂控制方法实现了直流负荷在不同接口变换器之间的均等分配。同时，采用具有低带宽通信的母线电压公共二次控制器，对下垂控制带来的直流母线电压跌落进行补偿，在保证负荷分配的同时提升了母线电压质量。和一些已有的基于低带宽通信的并联变换器控制系统相比，上述公共二次控制器具有较大的灵活性，通过选取控制器的作用位置，可以对系统中指定的母线电压进行补偿，以灵活的提升系统电压质量。
[1] 王飞, 余世杰, 苏建徽, 等. 太阳能光伏并网发电系 统的研究[J]. 电工技术学报,2005, 20(5): 72-74, 91. Wang Fei, Yu Shijie, Su Jianhui, et al. Research on photovoltaic grid-connected power system[J]. Tran- sactions of China Electrotechnical Society, 2005, 20(5): 72-74, 91.
4. 研究方案
设计方案：
1.了解现阶段国内外在微电网控制上的研究趋势
2.了解国内外研究的状况、水平及存在的问题
5. 工作计划
起止日期 | 工作内容 | 备 注 |
2022.03.01-2022.03.15 | 查阅文献，并完成英文文献翻译。 | |
2022.03.16-2022.03.31 | 学习分布式发电与微电网相关基础知识，撰写开题报告。 | |
2022.04.01-2022.04.30 | 学习基于平均一致性模型的分布式控制方法； 研究基于平均一致性的交直流微电网系统的分布式协调控制策略。 | |
2022.05.01-2022.05.31 | 构建仿真系统，进行仿真实验，验证控制策略。 | |
2022.06.01-2022.06.15 | 整理资料，处理数据，撰写论文，准备答辩。 |
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