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基于智能算法的微电网频率控制方法苏海滨，常海松，曹一晓，张璐，曹扬（华北水利水电大学电力学院，河南郑州450045）摘要：电网频率是交流微电网运行中一个重要性能指标，其数值大小直接影响到电能质量和用户负荷，甚至影响到微电网安全和稳定运行。
现代微电网大都包含有大量的间歇性可再生能源，发电装置容量小、数量多，受环境及用户负荷扰动影响较大，具有较强的非线性和不可预测性，经典控制理论难以有效地解决微电网中的频率控制问题。
本文提出一种新的组合智能控制方法，采用遗传算法和模糊逻辑两级组合优化技术，先用遗传算法优化输入输出三角形模糊隶属函数参数，再用模糊逻辑优化PI控制器参数，以实现微电网系统频率的最优控制。
MATLAB仿真实验验证了两级组合智能控制算法的有效性。
关键词：微电网；频率控制；智能控制；遗传算法；模糊逻辑中图分类号：ＴＭ９１９文献标识码：Ｂ文章编号：Ｘ（２０１７）０２－０２３－０５０引言随着可再生能源的普及率越来越高，大量的非传统电源接入电力系统，进一步促进新能源的快速发展和高效利用，同时也给电力系统稳定运行带来一系列问题，如增加传统电力系统的复杂性、不确定性以及电能质量等。
新能源发电装置大都分布在低压用户端，形成局部的微电网，并以分布式发电的形式集成在大电网中。
典型的分布式发电微电网包括：柴油机发电机或微型燃气轮发电机、光伏发电装置、风力发电机组、储能装置等。
在微电网系统中，储能装置的布置至关重要，原因是微电网中微电源具有小惯性特性，负载扰动对发电单元装置的动态影响非常大，严重情况下会导致故障情况发生（比如断路器跳闸）。
储能装置主要用于提高微电网系统的电能质量和稳定性，常用的储能装置有储能电池、超级电容器等。
微电网系统的主要性能指标（如电压和频率）必须采用适当的控制策略加以控制，以保持系统良好的性能和稳定性，目前采用的主要控制结构有中心集中控制、单机代理控制和分散控制三种。
在中心集中控制结构中，由一个中央控制单元对微电网负荷和系统参数进行控制，微电网负荷和ＤＧＳ装置所有信息也由中心控制单元采集，以决定系统负载大小和微电源装置出功［１－４］。
![一种微电网继电保护方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s1/m/cb7005d643323968001c926b.png)
专利名称：一种微电网继电保护方法专利类型：发明专利
发明人：不公告发明人
申请号：CN201810055006.7
申请日：20160831
公开号：CN108233343A
公开日：
20180629
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种微电网继电保护装置与保护方法；该装置中每路信号采集判别系统按照电信号传递方向依次包括第一开关，采样电路，第二开关，第一保持电路，第三开关，并联设置的包括第四开关和第二保持电路的第一支路和包括第五开关和第三保持电路的第二支路，减法运算电路，绝对值运算电路，电压比较电路、第六开关和控制器；该方法控制各个开关的时序，监测电压比较电路中输入电压大于阈值电压的总次数和连续次数，输出跳闸控制信号；本发明不仅能够在两种模式之间切换，而且同样具有快速速断保护的时效性，还能够避免错过切换信号问题的发生，并且能够避免误将电网非稳态畸变噪声信号判断为切换信号问题的发生。
申请人：辛宏影
地址：138000 吉林省松原市宁江区吉林油田新民采油厂采油七队
国籍：CN
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《微电网逆变器PV-QF下垂控制技术的研究》篇一微电网逆变器PV-QF下垂控制技术的研究一、引言随着可再生能源的日益普及和微电网技术的发展，微电网逆变器作为连接分布式电源与电网的关键设备，其控制策略的优劣直接影响到微电网的稳定性和效率。
PV/QF下垂控制技术作为一种典型的控制方法，能够有效地协调逆变器之间的功率输出，保障微电网的稳定运行。
本文将深入探讨微电网逆变器中PV/QF下垂控制技术的原理、实现方式及其在微电网中的应用。
二、PV/QF下垂控制技术概述PV/QF下垂控制技术是一种基于逆变器输出电压和频率的下垂特性控制方法。
它通过模拟传统电网中发电机的下垂特性，实现逆变器之间的功率分配和电压、频率的调节。
PV代表光伏发电，QF则代表无功功率和频率。
该技术能够根据微电网的运行状态，自动调整逆变器的输出功率，以实现微电网的功率平衡和稳定运行。
三、PV/QF下垂控制技术的原理与实现1. PV下垂控制原理PV下垂控制主要是通过调节逆变器的输出电压来控制有功功率的输出。
当微电网中光伏发电的功率过剩时，逆变器通过降低输出电压来减少有功功率的输出；反之，当光伏发电的功率不足时，逆变器则通过提高输出电压来增加有功功率的输出。
2. QF下垂控制原理QF下垂控制则是通过调节逆变器的输出频率和无功功率来实现的。
在微电网中，无功功率的分配对于维持电压稳定具有重要意义。
QF下垂控制可以根据微电网的需求，自动调整逆变器的无功功率输出，从而维持电压的稳定。
四、PV/QF下垂控制在微电网中的应用PV/QF下垂控制在微电网中的应用，主要体现在以下几个方面：1. 功率分配：通过PV/QF下垂控制，微电网中的逆变器能够根据自身的运行状态和微电网的需求，自动调整输出功率，实现功率的合理分配。
2. 电压频率控制：PV/QF下垂控制能够根据微电网的电压和频率变化，自动调整逆变器的输出电压和频率，从而维持微电网的稳定运行。
3. 故障隔离：当微电网中出现故障时，PV/QF下垂控制能够帮助逆变器快速响应，实现故障隔离，保障微电网的安全运行。
探究微电网继电保护方法【摘要】随着我国社会主义市场的进一步发展，使得分布型发电得到了迅速发展。
此外，传统电网存在停电范围大、跟踪负荷灵活性不高、能源资源危机等不足之处。
因此研究解决分布型发电的并网技术有着重要的意义，特别是微电网继网保护方法，成了我国电力企业电力系统中的重点研究对象。
笔者从概述微电网的相关内容入手，探讨微电网继电保护的实际研究情况，探讨微电网继电保护的相关方法，为我国分布型发电并网技术的改进提供参考资料。
【关键词】微电网；相关内容；单元级保护；系统级保护；继电保护；方法0.引言社会经济的进一步发展，用户对电网供电的可靠性能有了更高层次的要求，使得传统的集中型发电的缺点不断显露出来，在控制成本的范围内不能满足敏感性电力的负荷要求。
而科学技术的进一步发展使得分布型发电取得了新的发展。
电力企业结合微电网短路故障的电流较小、灵活性控制等优势，研究出了微电网继电的有效保护方法。
本文通过分析微电网继电保护研究的现状，探讨微电网的继电保护方式，从而提高我国分布型发电的技术，保障微电网运行的安全性和稳定性。
1.微电网的相关内容1.1微电网的定义微电网作为范围较小型分散的独立发电系统，利用先进的电力技术，把风电、光伏型发电和燃气轮机、蓄能设施以及燃料电池等并在一起，并直接连接用户端。
对于大型电网而言，微电网属于电网系统中可以管理、控制的部分，其能在几秒钟内运作用来满足电网外部的输配电网络实际需求。
对于电力用户而言，微点网能够满足其特定的供电需求，例如：提高本地的可靠性能、减少馈线的消耗量、保证本地电力压力的稳定性能，采用余热方式实现电力能量利用率的提高，保障不间断的提供电源。
大型电网和微电网利用PPC实现能量的转换，双方相互备用，进而实现了电网供电稳定性和可靠性的提高。
1.2微电网的特征微电网技术是将先进的电力电子信息技术、可再生资源和能源的发电技术、发布型发电、蓄能技术四者的有机结合。
因此微电网具备传统电网无法比拟的优势。
基于粒子群算法的微电网有功无功下垂控制苏海滨高孟泽张璐（华北水利水电大学电力学院河南郑州450045）摘要微电网是未来分布式发电系统的一个重要组成部分，能够集成可再生能源并改进能源管理模式。
微电网由多个分布式发电单元（DG）构成，通常带有电力电子逆变器接口。
为了提高供电质量和可靠性，微电网需要能够在并网和孤岛两种模式运行。
微电网不仅能够承受工作模式的突然改变，而且也能承受母线电压和系统频率的扰动。
本文提出了一种可以协调多个DG输出功率的新的下垂控制器优化方法，通过粒子群算法（PSO）优化得到最优下垂控制参数，并通过仿真实验验证所提控制方法的有效性和可行性。
关键词：分布式发电下垂控制器微电网最优控制粒子群算法Microgrid droop control of active and reactive power based on PSOSu Haibin Gao Mengze Zhang Lu（Electric Power School North China University of Water Resources and Electric Power Zhengzhou450045 China）Abstract Microgrids are an important part of future energy distribution systems that enable renewable energy integration and improved energy management capability. Microgrids consist of multiple distributed generation units that are usually integrated via power electric interface. In order to improve the quality and reliability of power supply, microgrids need to operate in both grid-connected and island modes. Microgrids are not only can suffer performance degradation as the operating conditions vary due to abrupt mode changes, but also can suffer the disturbances in bus voltages and system frequency. The paper presents droop controller design and optimization methods to stably coordinate multiple inverter-interfaced DGs. Optimal control parameters are obtained by particle swarm optimization, and the control performance is verified via simulation studies.Keywords：distributed generation, droop controller, microgrid, optimal control, particle swarm optimization1引言近年来，由于电力电子技术和信息技术的发展，分布式发电（DG）的性能和效率已得到显着改善。
微电网继电保护的研究与应用继电保护是微电网系统中必不可少的组成部分，它能够及时发现故障和异常情况，并采取相应的措施来保护系统的安全运行。
本文将对微电网继电保护的研究与应用进行探讨，包括继电保护的基本原理、常用保护方式及其适用范围、继电保护的研究热点和发展趋势等方面。
微电网继电保护的基本原理是基于电力系统的运行特点和故障情况来设计的。
常见的故障类型包括短路、过电流、欠电压、过电压等。
继电保护的基本原理就是根据这些故障信号来触发保护动作，以保护系统的设备不受损坏。
微电网继电保护常用的保护方式包括过电流保护、差动保护、方向保护等。
过电流保护是最常见的一种保护方式，它能够通过检测电流的变化来判断系统是否存在短路故障。
差动保护常用于变压器和发电机等设备，它通过比较系统输入和输出电流的差异来判断系统是否存在故障。
方向保护主要用于线路保护，它能够判断电流的流向，从而保护线路不受损坏。
继电保护的研究热点主要包括两个方面，一是新型保护技术的研究，二是保护设备的自适应和智能化。
新型保护技术包括高精度定时保护、多功能保护、电力电子装置保护等，这些技术能够提高继电保护的精度和可靠性。
保护设备的自适应和智能化主要是通过引入人工智能、模糊控制、遗传算法等先进技术来实现，这些技术能够使继电保护系统具有自动检测、自动判别和自动操作等功能。
微电网继电保护的应用范围主要包括分布式电源的并网保护、微网切换保护、微网稳定保护等。
分布式电源的并网保护主要是为了防止分布式电源对电网造成影响，可以通过检测电流、电压和频率等参数来触发保护动作。
微网切换保护主要是在微电网系统切换时保护系统的设备不受损坏，可以通过监测电流、电压等参数来实现。
微网稳定保护可以通过监测系统运行状态和故障情况来判断系统是否存在异常情况，从而采取相应的措施来保护系统的安全运行。
微电网继电保护的研究与应用是一个复杂的系统工程，它需要考虑到不同故障情况和保护要求，同时还需要考虑到保护设备的成本、可靠性和适应性等因素。
• 146•在全球化石能源消耗日益剧增下，国家决定大力发展可再生新能源和智能电网。
而逆变器在可再生新能源发电系统中扮演了重要角色。
其中应用于微电网的离并网逆变器既能在离网状态运行，也能在并网状态运行，且即使在大电网出现故障情况下，也能够为微电网中重要负载持续供电。
本文以微电网离并网逆变器作为研究对象，提出一种对离并网逆变器的实验方案设计，并通过matlab 软件simulink 仿真实验获得的离网和并网电压电流波形，并对离并网切换的方法进行验证其可行性。
孤岛策略。
由基于瞬时功率理论的无功补偿方法我们可知，让逆变器输出一定的无功功率，而负载的无功功率需求一般是不变的，且在并网时负载只会受到大电网的影响，逆变器的输出对负载来讲并没有影响。
所以一旦大电网发生故障，负载的无功功率需求就会不匹配从而导致负载频率的持续变化，这样就能达到孤岛检测的目的。
2.4 无缝切换对于离网并网的切换，方案将采用基于调频调相的切换方法。
逆变器先是运行在采用的U/f 控制的离网状态，当有并网的需求时，基于DSP控制的微电网离并网逆变器的研制东莞理工学院电子工程与智能化学院 赖宇威 付 威 张润超 黄鹏峰 张博超 张 志图1 离并网逆变器主电路拓扑图2 离网逆变器仿真模型图3 离网状态下微电网的电压波形1 逆变器的系统硬件设计离并网逆变器主电路拓扑结构：本文采用的三相离并网逆变器，由图1可知，该逆变器的主电路由前级boost 升压电路和三相逆变电路组成。
2 离并网逆变器的控制策略正弦脉宽调制法（SPWM ）、空间矢量脉宽调制法（SVPWM ）经常作为三相逆变电路拓扑控制的调制方式。
在对两种调制方法进行对比后，本文将采用空间矢量脉宽调制法控制三相逆变器。
2.1 离网控制策略在离网状态下，逆变器控制策略上采用U/f 控制方法。
采用电阻电压瞬时值外环和电感电流瞬时值内环的双环控制，从而达到控制逆变器输出侧交流电压的波形和幅值，并使其恒定输出。
第41卷第6期电力系统保护与控制Vol.41 No.6 2013年3月16日Power System Protection and Control Mar.16, 2013 基于控制网络的逆变器微电网继电保护方案苏海滨1，李瑞生2，李献伟2，穆春阳 1（1．华北水利水电学院电力学院，河南 郑州 450011；2．许继电气股份有限公司，河南 许昌 461000）摘要：微电网作为一个集成大量分布式可再生能源的构建方法得到广泛的研究，微电网实施中面临的一个重要问题是设计合适的保护方案，微电网特性表明传统的保护方案无法应用于微电网。
提出了使用智能继电器控制网络辅助的微电网保护方案，同时通过增加环路馈线进一步提高了微电网供电的可靠性。
在不同的故障条件下，所设置的主和后备继电器能够执行其预定的保护功能，包括高阻抗故障检测保护。
使用Matlab-SimPowerSystems软件建立微电网系统模型，并验证保护方案的有效性。
关键词：微电网保护；可再生能源；控制网络；智能继电器Inverter microgrid protection based on control network and intelligent relaysSU Hai-bin1, LI Rui-sheng2, LI Xian-wei2, MU Chun-yang1(1. Institute of Electric Power, North China University of Water Conservancy and Electric Power, Zhengzhou 450011, China;2. XJ Electric Co., Ltd, Xuchang 461000, China)Abstract: Microgrids have been researched widely to integrate large numbers of distributed renewable energy sources. The proper protection is one of the key issues of microgrid safety, because traditional protection schemes can not be applied to the microgrid due to the specific characteristic of microgrid. A new protection scheme using intelligent relays with control network is proposed for the microgrid protection. An additional loop structure is explored to increase reliability. In all fault cases the primary and secondary relays are designed for their intended functions including the high impedance faults. The microgrid system modeling is established based on Matlab-SimPowerSystems, and the validity of the protection scheme is validated.Key words: microgrid protection; renewable energy sources; control networks; intelligent relay中图分类号： TM764 文献标识码：A 文章编号： 1674-3415(2013)06-0134-060 引言借助网络集成多个高渗透率性的分布式发电源（DGs），由于DG电源工作电压较低，从而形成了一个低压供电网络系统称为微电网系统[1-2]。
因此可以把微电网定义为多DGs、电能存储装置及大量小负载的低压网络系统，该低压网络系统既可以孤岛模式运行，也可与大电网并网模式运行，如果一个微电网连接到主电网系统，可以把它看作是一个单一的总负荷或电源。
微电网的主要优势之一是它可以为用户提供更加可靠的电力供应，因为当主电网发生故障时，微电网可以孤岛运行。
微电网孤岛运行的保护是目前需要解决的一个关键性问题，文献[3-4]指出微电网与主电网连接或孤岛运行时故障电基金项目：国家电网公司项目（SGKJKJ2011-523） 流有显著的不同，此外连接的高渗透逆变器本身具有限制过流保护措施。
很显然，微电网保护不能使用传统配电保护系统理念，微电网保护系统设计应考虑电能在馈线上的双向流动以及孤岛运行时故障电流水平降低。
本文的研究工作的主要内容：提出了利用智能继电器及控制网络辅助的微电网系统保护方案，模拟了一个微电网实例用于验证保护方案的有效性；增加环路馈线使微电网形成一个环结构，提高微电网供电的可靠性；建立了新的高阻抗故障探测方法，并验证了该方法用于高阻抗故障保护的有效性。
高阻抗故障保护对于微电网保护系统来讲是非常重要的，不仅因为在低压微电网系统故障中高阻抗故障发生比例非常高[5-6]，也是因为微电网在孤岛运行模式下通常有较低的故障电流，高阻抗故障保护将有效地提高低压供电系统的可靠性。
苏海滨，等基于控制网络的逆变器微电网继电保护方案 - 135 -1 保护方案1.1 微电网故障特征大多数配电系统网络结构为径向结构，电源和负载与网络的连接呈放射状，有些可能带有环结构的连接馈线，但环路连接馈线断路器正常情况下是打开的，只有当微电网内部发生故障，并且故障已被快速隔离，此时环结构连接馈线的断路器才闭合，向无故障的线路继续提供电力，因此实际上系统仍是径向结构，保护系统仍按径向保护设计。
然而当微电网系统中高渗透分布式微电源增加时，系统会发生两个重要变化：一是在馈线上能源流双向流动；二是故障电流显著降低。
因此传统的径向操作保护方案将不再满足要求，目前没有一个传统的保护方案可以应用在微电网分布式系统中，其原因是微电网在并网和孤岛模式切换时，其电网的结构及故障电流水平将发生改变，要求新的保护系统必须能够适应这种变化，因此合理的保护解决方案应使用控制网络辅助，以快速适应电网结构的变化。
1.2 微电网保护基本理念由于微电网可以在并网和孤岛模式下运行，他的保护系统必须适应这两种运行模式，因此需要找到一种在这两种操作模式中均能发挥良好保护作用的新的保护方法。
对于孤岛模式运行微电网的保护有多种不同的理念存在，一种理念认为一旦孤岛运行的微电网探测到故障发生，关闭整个微电网系统。
另一种理念为了增加供电的可靠性，保护系统快速故隔离故障馈线，而负载和DG源与非故障馈线连接保持不变，微电网被强制分成了两个较小的孤岛网络系统，这种情况下只有在每个小系统的电源和负载相匹配时才能很好地工作。
还有一种理念为避免微电网解列，需要增加环路馈线以保证馈线或支线发生故障时不会导致供电服务中断，然而高可靠性必然带来系统建设成本升高。
目前已有文献提出了几种微电网保护方法，文献[7-9]建议的方案是每个DG源都有自己的继电保护装置，而且不需要通信，这非常适用于相地故障和相相故障，它依赖于相和中性线电流以及零序电流的总和，然而它无法检测到一些高阻抗故障；文献[10]建议的方案是使用电压保护方案，该方案把DG源输出电压转换成dq同步直流分量，并与标准参考值比较，根据电压下降的幅度来启动开关设备，对于多个DG源，借助于通信链路进行电压比较，相对电压最低的继电器跳闸，对高阻抗故障，此方法也无效。
文献[11]提出的保护方案是利用常规的电流差动实现馈电线路保护，在微电源输出侧利用电压和频率作为后备保护，该方案无法检测到高阻抗故障。
文献[12]提出在存在双向能量流的地方，增加方向继电器与过流继电器协同保护，但是这将导致成本增加，同时方向继电器带来另外的问题是在分布式继电器动作之前，主保护继电器可能切断部分微电源，这将降低用户供电的可靠性，更为重要问题是也无法检测HIF。
1.3 提出的保护方案本文提出的保护方案利用同步相测量和基于智能继电器能够检测所有类型故障，其中包括HIF。
目前一些主要的制造商提供的这些智能继电器包括标准的过流和过/欠压保护功能，而且具有可编程能力，并有光纤和多种控制网络接口，提供电量测量和事件录波报告[13-14]。
把这些继电器安装在每条馈线段两端，可以实现一个功能完善的保护方案。
功能强大的智能继电器仍然需要合理的传感器和断路器配置，否则将影响到配电系统故障保护功能的完整性和系统的成本效益。
随着“智能电网”技术已经全面部署，不需设置专用的通信通道，成本还可以进一步得到控制。
在主保护继电器上电压电流数字采样频率1.5 kHz或更高，然后通过光纤通信链路传输到另一端继电器上，对于通信距离小于30 km的光纤通道，数据传输时间小于0.1 ms，数据处理时间大约需要几个微秒，能够满足大多数分布式系统的要求，这意味着对于较短的馈线，没有必要再从线两侧进行时间同步测量。
然而，对于超过30 km长的线路，测量单元可借助价格低廉的GPS实现时间同步，以此建立差分继电保护方案。
各馈线的主保护依赖于瞬时差动电流保护，如果发现两个样本的绝对值超过跳闸阈值，跳闸信号被发送到开关设备。
目前开关设备技术（如真空断路器）可以确保在3~5个周期内（60~100 ms）切断电流。
实际上各种各样的故障电流变化范围很宽，一般在0.5~20倍的额定负载电流，因此要求电流互感器在大范围故障电流内具有足够的精确性。
如果开关设备拒动，此时测量的差分电流仍然高于阈值，经过一定的时间延迟，一般大于0.3 s 而小于0.6 s，后备跳闸信号将被发送到同一馈线上相邻继电器。
随着高性能继电器和高性能断路器不断出现，这一延时可能会显著缩短。
如果继电器或通信链路均失败，将向所有其他连接继电器发出报警并告知差分保护丢失。
报警信号同时被发送到微电网控制中心，所有继电器将依靠电压比较保护方案，直到系统恢复。
电压比较保护方案是在每一个继电器上比较电压的有效值，如果电压值小于0.7 pu，则最低电压的继电器将在0.6~0.9 s的时间发出- 136 - 电力系统保护与控制跳闸信号，这使得前两个保护方案有充分的动作时间。
每个DGs还配备了欠压跳闸（电压小于0.7 pu 后延迟1 s）保护，此保护方案如图1所示。
图1 本文所提出的保护方案Fig. 1 Protection scheme proposed by this paper有两种方法可以检测HIF。
