基于微电网结构的高速公路远程智能供电系统V2.0

智能微电网的调度与控制智能微电网是一种基于分布式能源资源和智能调度控制技术的现代化电力系统，它具有高效、可靠、环保等诸多优点。

随着社会经济的不断发展和环境问题的日益凸显，智能微电网作为一种新型的电力供应方式，正在逐渐受到人们的关注和重视。

一、智能微电网的基本概念智能微电网是指一种小规模的、近距离供电的电力系统，通常由多种分布式能源资源、能量存储设备和智能调度控制系统组成。

其主要特点包括资源多元化、供电可靠性高、环境友好等。

智能微电网的基本工作原理是利用先进的通信和控制技术，实现对电力系统中各种设备的统一调度和管理，以提高系统的运行效率和经济性。

同时，智能微电网还可以实现与主电网的互联互通，以实现电力资源的共享和优化利用。

二、智能微电网的调度与控制技术1. 电力系统的调度管理智能微电网的调度管理是指通过对各种设备的运行状态进行监测和控制，实现对电力系统的灵活调度和优化配置。

其中，智能微电网的调度管理主要包括负荷预测、发电计划、存储能量管理等内容。

在负荷预测方面，智能微电网可以通过对用户用电行为的数据分析和建模，实现对未来负荷的精确预测，从而为发电计划和设备运行提供参考依据。

而发电计划则是通过对各种发电设备的性能参数和运行条件进行分析和优化，确定最佳的发电方案，以满足用户需求和系统运行要求。

此外，存储能量管理是智能微电网调度管理的另一个重要方面。

通过合理地配置储能设备和优化其运行策略，可以实现对系统中电能的储存和释放，以提高系统的供电可靠性和经济性。

2. 智能控制技术的应用智能微电网的智能控制技术是实现对系统运行状态实时监测和控制的关键。

其中，智能微电网的智能控制技术主要包括数据采集、通信技术、控制算法等内容。

数据采集是智能微电网智能控制技术的第一步，通过对系统中各种设备的状态和性能参数进行实时采集和监测，可以为系统控制提供准确的数据支持。

通信技术则是实现各种设备之间的信息交互和协调，以实现对系统整体运行的统一调度。

基于车联网的车辆远程控制系统设计张东伟;王文扬;杜明星;魏克新【摘要】围绕当前智慧交通和信息技术领域的研究发展趋势,研究并设计了一种基于车联网的车辆远程控制系统.在给出系统总体结构设计的基础上,介绍了系统中车辆云服务平台的搭建及车载终端的硬件设计方案和功能实现,并在移植Linux系统的基础上设计了车载终端软件结构,重点介绍了应用层多线程的设计思路和线程间通信与同步的方法.经过实验测试,系统运行稳定可靠,实现了对车辆的远程控制及信息交互.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2017(039)009【总页数】5页(P67-71)【关键词】车联网;云服务器;车载终端;Linux;远程控制【作者】张东伟;王文扬;杜明星;魏克新【作者单位】天津理工大学,天津 300380;中国汽车技术研究中心,天津 300300;天津理工大学,天津 300380;天津理工大学,天津 300380【正文语种】中文【中图分类】TP2710 引言随着社会的发展，汽车保有量持续增长，汽车已经变成人们除“家与办公室”以外的第三个重要空间。

继智能家居之后，作为日常出行的主要交通工具，人们越来越关注车辆操控的智能化与便捷性。

然而现有大多数交通信息服务系统存在着信息采集有限、分析处理简单、传输发布不及时等问题，未能实现交通系统的充分协调与优化。

车联网的出现为车辆的智能化控制提供了有效的契机，车联网是以车内网、车际网和车载移动互联网为基础，按照约定的通信协议和数据交互标准，在车-车、车辆与互联网之间，进行无线通信和信息交换，以实现智能交通管理控制、车辆智能化控制和智能动态信息服务的一体化网络[1]。

本文研究并设计的一种基于车联网的车辆远程控制系统能够实现对入网所有车辆的属性信息和动、静态信息进行实时查询和利用，并根据不同需求对整合网络内的车辆主动实施信息共享、智能化管理和控制[2,3]，并为用户提供实时准确的车辆信息、路况信息、车辆位置信息和多元化的流媒体服务。

第４５卷第２期２０２１年４月南京理工大学学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ.４５Ｎｏ.２Ａｐｒ.２０２１㊀收稿日期:２０２０－０７－０７㊀㊀修回日期:２０２０－０９－２４㊀基金项目:江苏省自然科学基金(ＢＫ２０１６１４９９)㊀作者简介:张善路(１９９０－)ꎬ男ꎬ博士生ꎬ主要研究方向:电力系统ꎬ电力电子功率变换器ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｚｈａｎｇｓｈａｎｌｕ３１２＠１２６.ｃｏｍꎻ通讯作者:李磊(１９７５－)ꎬ男ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ主要研究方向:电力系统分析㊁电力电子应用㊁先进储能及电源技术智能电网ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｌｉｌｅｉｎｊｕｓｔ＠ｎｊｕｓｔ.ｅｄｕ.ｃｎꎮ㊀引文格式:张善路ꎬ李磊ꎬ陈鹏威ꎬ等.多智能体系统在微电网中的应用[Ｊ].南京理工大学学报ꎬ２０２１ꎬ４５(２):１２７－１４１.㊀投稿网址:ｈｔｔｐ://ｚｒｘｕｅｂａｏ.ｎｊｕｓｔ.ｅｄｕ.ｃｎ多智能体系统在微电网中的应用张善路ꎬ李㊀磊ꎬ陈鹏威ꎬ刘佳乐(南京理工大学自动化学院ꎬ江苏南京２１００９４)摘㊀要:分布式电源的复杂和多样性增加了微电网能量管理和控制的难度ꎬ因此基于多智能体系统(Ｍｕｌｔｉ￣ａｇｅｎｔｓｙｓｔｅｍꎬＭＡＳ)的分布式分层协同控制策略被提出ꎬ其具有平衡功率和能量㊁稳定电压和频率㊁实现资源优化管理和经济协调运行的优点ꎮ该文主要对ＭＡＳ在微电网中的应用情况进行全面系统的分析㊁对比㊁归纳总结ꎮ对比分析了微电网分层控制策略ꎬ研究表明基于ＭＡＳ的分布式分层控制可以提高系统灵活性㊁可靠性ꎮ研究了不同的ＭＡＳ建模方法的优缺点ꎬ为优化控制策略的选择提供依据ꎮ对通信时延㊁一致性协议㊁即插即用拓扑等方面进行阐述ꎬ综合分析了不同通信补偿方法ꎮ归纳出下一步基于ＭＡＳ的分布式分层协同控制与优化的研究方向ꎮ关键词:智能体系统ꎻ微电网ꎻ分层协同控制ꎻ通信延迟ꎻ一致性中图分类号:ＴＭ７３２㊀㊀文章编号:１００５－９８３０(２０２１)０２－０１２７－１５ＤＯＩ:１０.１４１７７/ｊ.ｃｎｋｉ.３２－１３９７ｎ.２０２１.４５.０２.００１Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉ￣ａｇｅｎｔｓｙｓｔｅｍｉｎｍｉｃｒｏｇｒｉｄＺｈａｎｇＳｈａｎｌｕꎬＬｉＬｅｉꎬＣｈｅｎＰｅｎｇｗｅｉꎬＬｉｕＪｉａｌｅ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎꎬＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＮａｎｊｉｎｇ２１００９４ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙａｎｄｖａｒｉｅｔｙｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｏｆｅｎｅｒｇｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆｍｉｃｒｏｇｒｉｄꎬａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｉｅｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｕｌｔｉ￣ａｇｅｎｔｓｙｓｔｅｍ(ＭＡＳ)ꎬｗｈｉｃｈｓｈｏｗｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｂａｌａｎｃｉｎｇｔｈｅｐｏｗｅｒａｎｄｅｎｅｒｇｙꎬｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇｖｏｌｔａｇｅａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙꎬａｎｄａｃｈｉｅｖｉｎｇｅｃｏｎｏｍｉｃａｎｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｎｍｉｃｒｏｇｒｉｄ.ＴｈｉｓｐａｐｅｒｍａｋｅｓａｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｎｄｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓꎬｃｏｍｐａｒｉｓｏｎａｎｄｓｕｍｍａｒｙｏｆｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＭＡＳｉｎｍｉｃｒｏｇｒｉｄ.Ｆｉｒｓｔｌｙꎬｔｈｅｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｏｆｍｉｃｒｏｇｒｉｄａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｓｈｏｗｓｔｈａｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｂａｓｅｄ南京理工大学学报第４５卷第２期ｏｎＭＡＳｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ.ＳｅｃｏｎｄｌｙꎬｔｈｅｍｅｒｉｔｓａｎｄｄｒａｗｂａｃｋｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔＭＡＳｍｏｄｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｓｔｕｄｉｅｄｔｏｐｒｏｖｉｄｅａｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｏｐｔｉｍａｌｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ.Ｗｉｔｈｒｅｓｐｅｃｔｔｏｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｄｅｌａｙꎬｃｏｎｓｅｎｓｕｓｐｒｏｔｏｃｏｌꎬｐｌｕｇａｎｄｐｌａｙｔｏｐｏｌｏｇｉｅｓａｒｅｅｌａｂｏｒａｔｅｄꎬａｎｄｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｄｅｌａｙｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｓｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎ￣ｓｉｖｅｌｙａｎａｌｙｚｅｄ.ＦｉｎａｌｌｙꎬｔｈｅｆｕｔｕｒｅｔｒｅｎｄｓｉｎｔｅｒｍｓｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｉｅｓａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＭＡＳａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄａｎｄｐｒｏｐｏｓｅｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｍｕｌｔｉ￣ａｇｅｎｔｓｙｓｔｅｍꎻｍｉｃｒｏｇｒｉｄꎻｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌꎻｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｄｅｌａｙꎻｃｏｎｓｅｎｓｕｓ㊀㊀随着对可再生能源需求的增加ꎬ以清洁能源为主的光伏㊁风力发电等可再生能源的分布式电源已经在微电网中广泛应用ꎮ这种分布式发电比集中式发电具有更大的灵活性ꎬ在未来的智能电网中必将代替传统的发电模式ꎮ为了实现大电网和分布式电源之间功率平衡和能量管理问题ꎬ充分发挥分布式电源灵活㊁高效㊁易扩展的优点ꎬ微电网的概念被提出[１]ꎮ基本的微电网结构如图１所示ꎬ由分布式电源㊁传统发电机㊁能量转换装置㊁能量存储系统㊁负荷等组成ꎮ主要通过微电网集中控制中心或者能量管理系统进行控制ꎮ它比单个分布式电源单元具有更高的灵活性ꎬ能够实现自我控制㊁保护和管理ꎮ微电网的应用已经从根本上改变了传统负荷供电的方式ꎬ实现了分布式电源即插即用的目的ꎬ提高了电能质量ꎮ同时ꎬ有效地解决偏远地区供电问题以及避免由于大面积停电事故所造成的损失ꎬ极大地改善了电网的安全性㊁灵活性和可靠性[２]ꎮ通常微电网有３种工作模式:并网模式㊁孤岛模式以及两种模式之间的切换模式ꎮ微电网是通过公共连接点(ＰｏｉｎｔｃｏｍｍｏｎｃｏｎｎｅｃｔꎬＰＣＣ)与大电网连接实现功率双向流动和模式转换的ꎮ在并网模式下ꎬ微电网不仅可以通过能量装换装置把电能回馈到大电网ꎬ同时当微电网自身发电不足时大电网也可以将电能传输到微电网ꎮ在孤岛模式下ꎬ微电网作为独立供电电源能够平衡本地负载的有功和无功功率ꎬ以确保系统的稳定运行ꎮ图１㊀微电网结构示意图８２１总第２３７期张善路㊀李㊀磊㊀陈鹏威㊀刘佳乐㊀多智能体系统在微电网中的应用㊀㊀㊀㊀微电网的发展已经越来越成熟ꎬ但是目前仍然面临一些挑战ꎬ比如缺乏大规模可再生能源的并网能力ꎬ特别是在配电网条件较弱的情况下ꎬ并网能力更差ꎮ同时ꎬ电动汽车和储能技术的发展对智能微电网技术也提出了迫切的需求ꎮ而且要求多个微电网可以并联组成微电网群㊁提高系统稳定性以及电能质量㊁加强能量管理机制ꎬ优化和改进控制性能等问题已经受到越来越多的关注[３ꎬ４]ꎮ此外ꎬ微电网群也越来越受到研究者的关注ꎬ它是由多个基本微电网单元组成ꎮ微电网群出现的目的是在传统的分布式网络基础上增加微电网的渗透率ꎬ实现可再生能源的高效和稳定运行以及与大电网的友好交互[５ꎬ６]ꎮ作为一种高效处理可再生能源间歇性和随机性的方法ꎬ微电网群已经在多篇文献中被讨论ꎮ此外ꎬ微电网群还可用于处理分布式协调问题ꎬ同时保证系统的稳定运行ꎮ目前对于微电网的协同控制策略主要有３种类型:集中式控制㊁分布式控制以及分层控制ꎮ在集中式控制策略中ꎬ会设置一个主控制器ꎬ其能够对整个电网的数据信息进行处理ꎬ并将最终的决策指令发送到执行单元ꎬ从而实现预设的控制目标[７]ꎮ同时在主－从控制器之间需要设置一种通信转换语言来实现上述的信息传输ꎮ这种控制在技术难度和风险方面相对较低ꎬ但是一旦主控制器或者通信发生故障ꎬ整个微电网将不能正常工作ꎬ系统的可靠性将会受到严重损坏ꎮ为了避免上述问题的出现ꎬ提出了分布式控制ꎬ它是每个模块都有自己独立的控制器ꎬ其根据本地信息就能实现自我管理和控制[８]ꎬ避免了由于通信线路故障引起的可靠性问题ꎬ具有很好的扩展性ꎮ但是模块之间工作的独立性使得信息交流缺乏ꎬ难以实现系统整体控制和优化ꎮ结合前两者的优点ꎬ提出了分层控制ꎬ它将多智能体技术应用到微电网控制中ꎮ其利用多智能体的自治性㊁交互性㊁协调性的特点既能实现本地单元的独立运行ꎬ又能实现上层的优化控制和能量管理以及经济调度等[９ꎬ１０]ꎮ分布式多智能体控制方法已被广泛应用于通过建立系统模型来加强电网可靠性和能量管理以及优化和改进系统性能等方面ꎮ本文对多智能体系统(Ｍｕｌｔｉ￣ａｇｅｎｔｓｙｓｔｅｍꎬＭＡＳ)模型进行了综述ꎬ包括图拓扑模型㊁遗传算法㊁非合作博弈模型和粒子群优化算法等ꎮ此外ꎬ在复杂的系统中一致性协议是多智能体之间相互交互的最基本的运行机制ꎬ它描述的是智能体之间信息交互的过程以及收敛最优ꎮ在多智能体系统中一致性协议是实现整个协调控制最重要的方向之一ꎮ在本文中ꎬ对基于多智能体的一致性协同控制方法进行了系统的综述ꎮ同时ꎬＭＡＳ的运行依赖于通信链路ꎬ不可避免会引起通信延迟稳定性问题ꎮ通信延迟主要分为固定通信延迟和随机通信延迟ꎬ本文分别对其各种补偿方案进行了比较ꎮ对基于ＭＡＳ的微电网的研究ꎬ国外已经取得了很大的进展ꎮ国内在该领域的研究尚不成熟ꎬ缺少该领域的综述性文章ꎮ本文将结合国内外研究现状ꎬ对微电网基于ＭＡＳ的分布式协调控制和优化进行了详细阐述分析ꎬ如建模方法㊁一致性控制㊁通信延迟㊁即插即用切换拓扑㊁能量协调㊁经济调度等问题ꎮ最后ꎬ给出了下一步研究方向ꎬ为该领域的研究学者提供参考ꎮ１㊀微电网中的分层控制微电网拓扑结构多变㊁控制结构复杂㊁控制目标多样ꎬ因此专家学者提出了微电网分层控制理论ꎬ它是以实现每一层的分布式控制为目的ꎬ最终实现微电网有功和无功功率㊁频率㊁电压的控制ꎬ以及各个分布式电源之间的能量协调㊁经济调度等ꎮ同时ꎬ无论是在并网模式还是孤岛模式下微电网的运行必须满足功率平衡的要求来保证系统电压和频率的稳定ꎮ微电网是一个复杂的多目标控制系统ꎬ它显示了多重时间尺度属性ꎬ如何在不同时间尺度下处理负载功率分配问题以及调节电压㊁频率和电能质量的稳定性是首先需要解决的关键问题[１１－１５]ꎮ为了恰当地应对这些问题ꎬ分层控制作为一种常见㊁有效的用于解决分布式电源的并网方法已得到广泛认可ꎮ１.１㊀传统的分层控制策略传统的分层控制主要是集中式控制ꎬ控制方式不够灵活ꎬ存在单点故障点ꎬ过度依赖通信网络ꎮ整体控制框图如图２所示ꎬ主要包括:初级控制㊁二级控制和三级控制ꎮ对于初级控制采用的是下垂控制ꎬ为了调节功率㊁电压㊁电流ꎬ避免电压和频率的不稳定以及解决多个微电网能量分配问题[１６－１８]ꎮ下垂控制方程如下㊀ω＝ω∗－ｍ (Ｐ－Ｐ∗)(１)㊀Ｅ＝Ｅ∗－ｎ (Ｑ－Ｑ∗)(２)９２１南京理工大学学报第４５卷第２期式中:ω㊁Ｅ分别为输出电压参考值的频率和幅值ꎬω∗㊁Ｅ∗为额定参考角频率和电压ꎮＰ㊁Ｑ是有功功率和无功功率ꎬＰ∗㊁Ｑ∗是额定有功功率和无功功率参考值ꎮｍ㊁ｎ为下垂控制系数ꎮ初级控制主要用于平衡分布式电源和储能装置之间的能量ꎮ图２㊀微电网分层控制结构示意图㊀㊀二级控制主要为消差环节ꎬ目的在于消除由初级控制层产生的频率和电压的偏差ꎬ将频率和电压维持在额定值附近[１９－２１]㊀Δω＝１ｎðｎｉ＝１Δωｉ＝１ｎðｎｉ＝１ｍｉ(Ｐｉ－Ｐ∗ｉ)(３)Δω为角频率补偿量平均值ꎻΔωｉ为各台逆变器的角频率补偿量ꎮ进一步化简得到㊀Δω＝ｍｉｐ∗ｉ(１ｎðｎｉ＝１Ｐｉ(ｐꎬｕ)－１)＝㊀㊀Ｋ１(１ｎðｎｉ＝１Ｐｉ(ｐꎬｕ)－１)(４)式中:Ｐｉ(ｐꎬｕ)＝Ｐｉ/Ｐ∗ｉꎬ为各台逆变器的实际有功功率的标幺值ꎮ在微电网的二级控制中ꎬ集中控制和分散控制是最常用的方法[２２－２４]ꎮ对于集中式控制来说ꎬ最大的问题是过度的依赖微电网中心控制器ꎬ当微电网中心控制器处于故障状态时就会导致整个系统瘫痪ꎮ而且在这种集中式控制架构下是需要双向通信网络拓扑ꎬ增加了通信频道中数据信号处理的难度ꎮ同时由于通信延迟问题ꎬ测量和控制信号在传输过程中不可避免的存在延迟或者丢失的现象ꎮ在这种情况下ꎬ一方面会增加微电网的网络维护成本ꎬ另一方面也大大降低系统的稳定性[２５－２９]ꎮ为了解决上述问题ꎬ提出了分散式控制策略ꎮ分散式控制不依赖于微电网中心控制器和下垂控制机制ꎬ因此当某个分布式电源发生故障不会造成整个系统崩溃ꎮ同时ꎬ该控制策略还具有更好的通信容错的能力ꎬ也可以实现即插即用的性能ꎬ并且很容易扩展到更多的分布式电源单元ꎬ使得系统具有更好的可扩展性[３０ꎬ３１]ꎮ三级控制为调度层ꎬ控制各个分布式电源之间及微电网与外界的功率流动[３２]ꎮ三级控制是微电网控制中最高水平控制ꎬ它可以根据系统状态㊁市场情况和需求预测来进行决策ꎬ优化微电网的容错能力和运行状态[３３]ꎮ当微电网运行在并网模式下ꎬ通过调节电压频率和幅值可以控制能量在微电网内部的流向ꎮ㊀ω∗ＭＧ＝ｋｐ(Ｐ∗Ｇ－ＰＧ)＋ｋｉʏ(Ｐ∗Ｇ－ＰＧ)ｄｔ(５)㊀Ｅ∗ＭＧ＝ｋｐ(Ｑ∗Ｇ－ＱＧ)＋ｋｉʏ(Ｑ∗Ｇ－ＱＧ)ｄｔ(６)式中:ｋｐ㊁ｋｉ是三级控制补偿器的控制参数ꎬ根据Ｐ∗Ｇ和Ｑ∗Ｇ额定有功功率和无功功率参考值ꎬ可以计算出实际的微电网出力情况[３４]ꎮ１.２㊀基于ＭＡＳ的分布式分层控制策略在传统的微电网分层控制中不能实现对电压㊁频率㊁功率的高智能性㊁强扩展性㊁高冗余和高可靠性的调节ꎮ作为一种智能控制方法ꎬ多智能体控制策略被逐渐应用到微电网中ꎮ多智能体控制的主要思想就是将复杂的大规模的系统分成若干个子系统ꎬ并且每个子系统之间都具有自治性和交互性的特点ꎮ文献[３５]中ꎬ给出了Ａｇｅｎｔ的０３１总第２３７期张善路㊀李㊀磊㊀陈鹏威㊀刘佳乐㊀多智能体系统在微电网中的应用㊀㊀定义ꎬ认为一个Ａｇｅｎｔ是具备自治性㊁社会性㊁反应性和主动性的建立在计算机平台之上的软硬件系统ꎬ即一般智能体具有以下３个特征[３６－３８]ꎮ(１)反应性ꎮ每个智能体都能够对其环境中的变化及时的做出反应ꎬ并根据这些变化和它要实现的功能采取一些应对措施ꎮ(２)主动性ꎮ每个智能体不仅仅能感知和响应环境变化ꎬ而且还表现出目标导向的行为ꎮ目标导向行为是指为了实现目标ꎬ智能体会动态地改变自己的行为ꎮ例如ꎬ如果一个代理丢失了与另一个代理的通信ꎬ而它需要另一个代理的服务来实现其目标ꎬ那么它将搜索提供相同服务的另一个代理ꎮＷｏｏｌｄｒｉｄｇｅ教授把它定义为一种主动能力ꎮ(３)社会性ꎮ每个智能体都能够与其他智能体进行信息交互ꎮ社交能力不仅仅意味着在不同的软件和硬件实体之间简单地传递数据ꎬ它还具有以合作的方式谈判和互动的能力ꎮ这种能力通常由智能体通信语言(ＡｇｅｎｔｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｌａｎｇｕａｇｅꎬＡＣＬ)支持ꎬＡＣＬ允许智能体进行交谈ꎬ并完成协调㊁协作和协商等交互ꎮ通过每个子系统的智能特性利用多智能控制策略能实现系统的合作运行ꎬ因此适用于微电网中分布式电源的控制[３９]ꎮ在近几年的文献中ꎬＭＡＳ已经广泛地应用在微电网中ꎮ其中ꎬ文献[４０]提出将ＭＡＳ应用到孤岛微电网的能量管理中并取得良好效果ꎮ文献[４１]提出的多智能体策略实现了微电网中混杂的储能装置间的能量分配问题ꎮ文献[４２]提出ＭＡＳ模式下的分散控制在不同的通信网络下通过建立不同控制规则实现控制目标ꎮ当外界环境和负荷都在变化的情况下ꎬ依然能够输出稳定的电压㊁频率和功率ꎮ文献[４３]提出基于分布式多智能体的频率控制方法ꎬ每个智能体能够跟相邻的智能体进行通信ꎬ通过采用平均一致性控制策略ꎬ使得控制目标达到最优ꎬ而且所有的信息都能通过这种分布式控制方法被共享ꎮ同时ꎬ在文献[４４]中建立了基于ＭＡＳ的分散式协同控制策略ꎮ文献[４５]中提出一种基于ＭＡＳ的分布式自适应控制设计方法ꎬ能够解决下垂控制中存在的问题ꎬ消除电压和频率偏差ꎬ实现有功和无功功率的合理分配ꎮ随着多智能体理论的发展ꎬ将分布式电源看作智能体并将其应用于微电网控制和管理ꎬ能实现分布式电源的 即插即用 性能ꎬ使得控制更加灵活ꎮ但是ꎬ分布式电源单元之间复杂多样的组合方式给实时控制的实施带来了很大的困难ꎬ也显著增加了系统运行的复杂性ꎮ为了实现ＭＡＳ的最优运行ꎬ需要建立一个合适的综合优化运行模型ꎬ该模型必须与微电网的架构和运行模式密切相关ꎬ以实现微电网分布式协调控制[４６－４８]ꎮ２㊀微电网中ＭＡＳ的建模与一致性由于ＭＡＳ中分布式控制系统的复杂性使得系统难以控制ꎮ为了设计最优配置和最优控制策略ꎬ需要建立相应的系统模型ꎬ包括微电网拓扑模型和数学模型ꎮ同时ꎬ在复杂的动态模型中一致性是一个很重要的问题ꎬ其表明随着时间的变化ꎬ所有的智能体的状态最终都能收敛到最优值[４９ꎬ５０]ꎮ２.１㊀基于ＭＡＳ的分布式分层控制策略在基于ＭＡＳ的拓扑建模中ꎬ图模型是一种被广泛接受的方法ꎮ在文献[５１]中ꎬ提出一种将任意可能非整数平均ｋ次的连通图转化为连通随机ｍ－正则图的离散方案ꎮ通过所提出的局部操作优化图的连通性ꎬ在总体稀疏性变化最小的情况下提高了网络的鲁棒性ꎮ在文献[５２]和[５３]中提出一种基于图论的多智能体系统的分布式非周期模型预测控制方法ꎬ该模型可以对图中的节点数量约简ꎬ并生成一个降阶的加权对称有向图ＭＡＳ模型ꎮ在文献[５４]中ꎬ研究了一般线性多智能体系统的符号一致问题ꎬ针对几种图拓扑结构ꎬ提出了分布式控制律ꎮ在文献[５５]中ꎬ设计了连接实际通信链路的分布式地面站的加权图模型ꎬ如图３所示ꎮＡｉ表示第ｉ个分布式电源ＤＧｉꎬ每个Ａｉ可以看作是一个Ａｇｅｎｔꎬ节点之间的连线表示两个分布式电源之间存在交互作用ꎮ该设计不需要微电网拓扑㊁阻抗或负载的信息ꎬ结构简单ꎬ冗余度高ꎬ易于扩展ꎬ消除了对中央微电网控制器的依赖ꎮ因此ꎬ为了实现ＭＡＳ的全局优化ꎬ需要在系统状态和远程控制输入之间进行大量的数据通信ꎬ这导致了底层通信网络的高成本[５６]ꎮ为了实现经济上可行通信ꎬ在通信成本或稀疏性约束下ꎬ根据通信状态/控制输入对的数量ꎬ文献[５７]提出了一个博弈论框架ꎮ随着这种约束的加强ꎬ系统将从密集通信过渡到稀疏通信ꎬ从而在动态系统性能和信息交换之间实现权衡ꎮ１３１南京理工大学学报第４５卷第２期图３㊀多智能体的图模型结构除了上述方法外ꎬ还提出了遗传算法㊁粒子群优化算法(ＰａｒｔｉｃｌｅｓｗａｒｍｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎꎬＰＳＯ)等数学模型来应用于多目标控制系统ꎮ在文献[５８]中ꎬ提出ＭＡＳ与遗传算法相结合ꎬ形成一种求解全局数值优化问题的多智能体遗传算法ꎬ该算法具有可扩展性ꎬ还可以提高ＭＡＳ的预测精度和收敛速度ꎮ针对网络可靠性问题ꎬ文献[５９]提出一种基于蒙特卡罗仿真(ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎬＭＣＳ)的粒子群优化算法ꎬ所提出的ＭＣＳ￣ＰＳＯ可以在可靠性约束下使成本最小化ꎮ这也是首次尝试使用粒子群算法结合ＭＣＳ来解决复杂的网络可靠性问题ꎬ而不需要事先了解可靠性函数ꎮ与以往的研究工作相比ꎬＭＣＳ￣ＰＳＯ算法能够更好地解决复杂网络的可靠性优化问题ꎬ具有更高的效率ꎮ在文献[６０]和[６１]中ꎬ提出了一种改进二进制的粒子群优化算法ꎮ利用实时数字模拟器对电力系统进行建模ꎬ利用ＪＡＶＡ开发出一种基于ＰＳＯ的多代理负载频率控制(Ｌｏａｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎ￣ｔｒｏｌꎬＬＦＣ)算法与资源代理通信ꎬ提高了孤岛运行下频率和电压的稳定ꎮ因此ꎬ适当地建立管理系统模型是协调控制和分析系统稳定性的前提ꎮ利用这些方法ꎬ可以实现微电网间的友好交互ꎬ实现新能源的有效利用[６２]ꎮ表１对前面所述的建模方法和优化算法的优缺点进行了总结ꎮ表１㊀基于ＭＡＳ的建模方法在微电网中优缺点比较模型和算法优点缺点图论拓扑模型[５１－５５]模型结构简单冗余度高㊁易于扩展对鲁棒性影响很大博弈模型[５７]每个智能体都能实现状态优化算法复杂且耗时遗传算法[５８]预测精度高ꎬ收敛速度快可扩展性和并行运行大多数参数根据经验获得动态响应速度慢粒子群优化算法[５９]模型结构简单ꎬ计算速度快经济调度高效不能处理离散优化问题改进二进制粒子群优化算法[６０ꎬ６１]全局搜索性能好能处理离散优化问题缺乏后期的局部搜索能力２.２㊀分布式ＭＡＳ的一致性在多智能体系统中ꎬ信息交互是指单个智能体与其相邻智能体之间的相互通信作用ꎮ因此ꎬ在智能体系统中实现控制目标一致性是关键问题[６３]ꎬ包括对网络变换拓扑的一致性㊁对延迟的一致性㊁对最优目标的一致性㊁对采样数据的一致性ꎬ自适应一致性ꎬ二阶一致性ꎬ多个智能体的一致性[６４－６９]ꎮ文献[７０]提出了一种分布式ｋ均值算法和一种分布式模糊ｃ均值算法ꎮ利用多智能体一致性理论中的一致性算法来交换传感器的测量信息ꎮ通常ꎬ这些问题是由分布式协议处理的ꎬ其中文献[７１－７３]设计了一个状态观测器和一个干扰观测器ꎬ保证一致误差为零ꎬ完全抑制干扰ꎮ此外ꎬ状态观测器采用自适应耦合增益的全分布方式设计ꎬ其优点是一致性协议的设计不依赖于与通信网络相关联的拉普拉斯矩阵ꎮ文献[７４]提出一种通信时延下的线性协商协议ꎬ解决了ＭＡＳ中的参数不确定性和时延问题ꎮ在这种方法中使用的协商一致协议表达式如下㊀ｕｉ(ｋ)＝ＫðｊɪＮｉａｉｊ(ｘｊ(ｋ－(ｋ))－ｘｉ(ｋ－(ｋ))(７)式中:ｕｉ(ｋ)和ｘｉ(ｋ)分别为协商一致协议和第ｉ２３１总第２３７期张善路㊀李㊀磊㊀陈鹏威㊀刘佳乐㊀多智能体系统在微电网中的应用㊀㊀个智能体的状态ꎮＫ是具有合适维数的反馈增益矩阵常数ꎬ(ｋ)代表了时变延迟ꎮ让δｉｊ(ｋ)＝ｘｊ(ｋ)－ｘｉ(ｋ)表示状态之间智能体ｊ和ｉ的误差ꎮ定义离散时间ＭＡＳ的成本函数ＪＣ如下㊀ＪＣ＝ＪＣｘ＋ＪＣｕ(８)㊀ＪＣｘ＝ðɕｋ＝０ðＮｉ＝１ðＮｊ＝１ａｉｊδＴｉｊ(ｋ)Ｑｘδｉｊ(ｋ)(９)㊀ＪＣｕ＝ðɕｋ＝０ðＮｉ＝１ｕＴｉ(ｋ)Ｑｕｕｉ(ｋ)(１０)式中:ＪＣｘ和ＪＣｕ分别为离散时间ＭＡＳ的一致调节性能和控制能耗ꎮＱｘ和Ｑｕ是对称的正定矩阵ꎮ对于给定的反馈增益矩阵Ｋꎬ在任意给定的有界初始条件下ꎬ离散时间ＭＡＳ都能达到鲁棒性的成本一致ꎮ文献[７５－７７]提出两种情况下的高阶的一致协议:(１)状态反馈控制ꎬ它假设每个代理都可以访问其自身的状态以及其相邻的相对位置ꎻ(２)输出反馈控制ꎬ其中每个代理只测量其自身的位置及其相邻的相对位置ꎮ通过两个实例分析ꎬ说明了所提方案的优越性和有效性ꎮ在文献[７８]和[７９]中ꎬ建立了一种基于ＭＡＳ的分布式混合控制策略ꎬ以确保微电网运行模式转换过程中的稳定性ꎻ设计了一种基于分布式稀疏通信网络的二级优化控制器ꎬ可以实现微网内负荷波动时元件上电压㊁频率的快速恢复以及有功功率的精确分配ꎮ文献[８０－８２]提出一种基于状态观测器的分布式输出反馈控制方案ꎬ保证了ＭＡＳ的一致性ꎮ此外ꎬ还设计了状态反馈控制来处理ＭＡＳ中的一致性问题ꎮ文献[８３]提出一种克服延迟和噪声干扰的新技术ꎬ采用了增益衰减满足持久性条件的一致性协议ꎮ在微电网系统中ꎬ基于分布式ＭＡＳ的动态一致性协议得到了广泛的认可ꎮ可以保证微电网的电压和频率稳定ꎬ有效调节有功功率和无功功率ꎮ同时ꎬ在线路阻抗不平衡㊁负载不平衡和非线性等复杂情况下ꎬ也可以改善微电网的电能质量[８４ꎬ８５]ꎮ３㊀微电网中ＭＡＳ的通信时延分析智能微电网的发展离不开通信网络的支持ꎮ而通信时延是微电网控制实际应用中的主要障碍ꎮ尤其基于多智能体系统的微电网涉及的通信要求精度更高㊁控制更复杂ꎮ因此ꎬ如何改善和优化通信时延问题ꎬ对于单个微电网系统及微电网群的协调控制稳定运行至关重要ꎮ虽然华为５Ｇ通信技术已经成熟并领先世界ꎬ但是在整个国家电力系统中还没有普及ꎮ因此ꎬ研究通信机制㊁优化通信时延补偿是目前和未来一个重要的研究方向[８６－８８]ꎮ３.１㊀ＭＡＳ的通信机制通信时延是微电网系统的固有特性ꎬ在通信数据传输过程中普遍存在ꎮ微电网中通信时延的存在阻碍了不同智能体之间的信息传递ꎬ也会引起扰动和不稳定[８９]ꎮ微电网系统可以采用多种协议来实现电力系统与智能电子设备之间的高效通信ꎮ图４展示了微电网系统中通信网络的结构示意图ꎮ其中ꎬ通信基站是移动通信网络中最关键的基础设施ꎮ主要功能就是提供无线覆盖ꎬ即实现有线通信网络与无线终端之间的无线信号传输ꎬ保证数据收发信息的稳定性ꎮ通过传感器来获取信息ꎬ并将命令信号发送给分布式电源㊁储能设备㊁负载和开关等ꎮ信息接口采用面向对象的建模技术ꎬ利用可扩展标记语言(ＥｘｔｅｎｓｉｂｌｅｍａｒｋｕｐｌａｎｇｕａｇｅꎬＸＭＬ)构建相应的信息模型ꎬ其信息交互符合ＩＥＣ６１８５０标准规约ꎬ通信架构扩展灵活ꎬ具有良好的开放性㊁互操作性以及设备特性自描述能力ꎬ主要用于监控㊁记录服务器㊁定期记录系统数据ꎮ采集到的电压㊁频率㊁有功㊁无功控制信号等数据通过分布在各层的路由器传送到微电网主控制中心ꎬ然后经过处理和决策将执行指令发送到执行单元[９０]ꎮ微电网系统中分布式电源的稳定运行主要依赖于通信链路的可靠性ꎮ为了进行有效的能量管理和经济调度ꎬ就需要下层为提上层供参数信息ꎬ并接收来自上层的控制指令ꎮ因此ꎬ这种通信延迟可能是恒定的ꎬ也可能是随机的ꎬ随着分层控制和基于一致性控制在微电网系统中的应用ꎬ由低带宽通信引起的延迟问题引起了人们的注意[９１]ꎮ时延主要分为固定通信时延和随机通信时延ꎮ固定通信时延有３种ꎬ一是发送时延ꎬ二是传输时延ꎬ三是处理时延ꎮ其中ꎬ接收和处理时延ꎬ取决于目标设备的软硬件性能ꎻ传输时延ꎬ主要依赖于通信网络带宽和传输距离ꎮ而随机时延主要是等待时延ꎬ由ＭＡＳ层协议㊁连接类型和网络负载决定ꎮ在固定时延和随机时延条件下ꎬ如何保持微电网系统的稳定性是一个重要的问题ꎬ这是应用分层控制和ＭＡＳ技术解决实际工程问题的主要难点[９２]ꎮ３３１。

《智能微电网技术》期末试卷(B)一、填空题（每空2分, 共40分）1.我国配电网通常采用、的供电方式。

2. 和是维护人生安全的两种技术措施。

3、从并网向孤岛模式切换过程中, 蓄电池SOC是决定是否切除的关键因素, 随着SOC增加, 切除的光伏并网逆变器相应也就。

4、在三相四线制系统中, 是接地的, 将电气设备的金属外壳或构架用导线与电源零线（即中性线）直接连接, 就称为。

5.智能微电网系统的典型结构中一般包含、储能系统、、、监控系统及负荷系统等。

6. 控制即是恒功率控制、控制即是恒压恒频控制。

7、自动重合闸装置与几点保护装置配合, 可以分为和。

8、智能微电网通讯的特殊性主要表现在以下几个方面: 高综合性、、标准的公认性、。

9、孤岛型智能微电网系统主要包含: 、光伏发电系统、、蓄电池组、、智能微电网中央控制系统等。

二、选择题（每题2分, 共20分）1.超导储能技术的优点不包括( )A.系统效率高B、技术较简单C.没有旋转机械部分D.材料要求低2.以下不属于智能微电网无线类通信技术的是( )A.CDMAB.GPRSC.3GD.GPS3、单相全控桥式整流电路与半波整流电路比较, 下列哪个说法是正确的- 1 -（）。

A.移相范围相同 B、输出电压平均值相同C.功率因数相同D.在相同负载下流过晶闸管的平均电流单相全桥式整流电路更大4.以下不属于智能微电网内分布式电源控制方法的是（）。

A.主从控制B.V\F控制 C、Dropp控制 D、P\Q控制5.适用于系统调峰、大型应急电源、可再生能源接入等大规模、大容量应用场合的储能技术是（）A.抽水储能技术 B、超级电容器储能技术C.飞轮储能技术D.超导储能技术6.电流速断保护电流整定原则是（）。

A.按照躲开本线路下一级电流I段的电流整定值时来整定；B.按照躲开本线路的最大负荷电流来整定；C.按照躲开本线路末端短路时最大短路电流来整定；D.按照躲开本线路下一级线路末端短路时最大短路电流来整定；7、可实现二次调频调压、预同步、并离网平滑切换、孤岛监测等算法功能的是（）。

智能微电网技术方案1. 引言智能微电网技术方案是一种基于先进的电力传输和分配技术，以实现可再生能源和传统能源协同运行的高效电力系统。

本文档将详细介绍智能微电网技术方案的背景、设计原理以及应用场景。

2. 背景传统的电力系统主要依赖于中央发电厂向用户提供电力供应。

然而，这种集中式的电力系统存在一些问题，例如能源浪费、能源短缺、能源供应不稳定等。

为了解决这些问题，智能微电网技术方案应运而生。

3. 设计原理智能微电网技术方案的设计原理主要包括以下几个方面：3.1 可再生能源接入智能微电网技术方案充分利用可再生能源，如太阳能和风能，将其接入电力系统。

通过光伏发电和风力发电等技术，可再生能源可以稳定地向电网注入电能。

3.2 电能存储和调配智能微电网技术方案不仅可以实现可再生能源的接入，还可以将多余的电能存储在电池等设备中，并在需要时进行调配。

这样可以有效提高电能的利用率，并平衡电力系统的供需矛盾。

3.3 负荷管理和优化智能微电网技术方案还可以实现对用户负荷的智能管理和优化。

通过智能监测和控制系统，可以根据用户需求和电力系统状态，合理安排负荷，以实现能源的高效利用。

3.4 微电网间通信和协调智能微电网技术方案中的微电网之间可以实现通信和协调。

微电网之间可以共享电能和信息，通过互相协作，实现能源的联合供应和管理。

4. 应用场景智能微电网技术方案可以应用于以下几个场景：4.1 偏远地区供电在偏远地区，传统的电力供应方式无法满足需求，而智能微电网技术方案可以通过可再生能源接入和微电网间通信，提供稳定可靠的供电服务。

4.2 网络应急响应在网络故障或灾害事件中，智能微电网技术方案可以快速响应，并通过电能存储和调配以及负荷管理和优化，提供紧急供电服务。

4.3 工业和商业用电智能微电网技术方案可应用于工业和商业用电领域，通过优化负荷管理和电能存储和调配，实现高效能源利用和节能减排。

5. 结论智能微电网技术方案是一种可再生能源和传统能源协同运行的高效电力系统解决方案。

第31卷第2期2021年6月湖南工程学院学报（自然科学版）Journal of Hunan Institute of Engineering （Natural Science Edition ）Vol.31No.2June 2021收稿日期：2020-07-12作者简介：黄筱叶（1991-），女，助理工程师，研究方向：新能源系统.黄筱叶，龙万利（湖南平高开关有限公司，长沙410008）摘要：针对高速公路服务区因供电能力不足和现有供电设施容量有限，难以满足日益增多的电动汽车充电需要的问题，提出一种利用新能源，建立由分布式发电、储能装置、电动汽车充电装置以及常规负荷组成的电动汽车微电网.考虑到电源和负荷特性，确定采用直流微电网架构，设计一种由光伏发电系统、蓄电池、超级电容器和50个电动汽车充电桩等组成，并与常规电网并网的高速公路服务区电动汽车直流微电网建设方案.关键词：微电网；电动汽车；充电桩；光伏发电；储能装置中图分类号：TM619文献标识码：A文章编号：1671-119X （2021）02-0024-05高速公路服务区电动汽车微电网方案设计0引言随着电动汽车的快速发展，高速公路服务区因供电能力不足和现有供电设施容量有限，难以满足日益增多的电动汽车充电的需要.目前，高速公路服务区设置的电动汽车充电桩数量很少，甚至不少高速公路服务区尚无电动汽车充电桩.为实现电动汽车快速充电，充电桩的用电功率相当大，单个充电桩的功率通常为35~100kW ［1］.而高速公路服务区通常地处偏僻，现有的配电网难以承载过多的充电桩为电动汽车同时充电，电动汽车接入的不确定性给高速公路服务区配电网带来较大的负面影响.这也是目前高速公路服务区充电桩数量少（不超过4个），或有些服务区还未建立新能源汽车充电桩的主要原因.为解决高速公路电动汽车充电难的问题，并考虑高速路服务区由于地处偏远，依靠常规电网提升供电能力困难的情况，开发利用新能源，建立由常规电源、分布式发电、储能装置、电动汽车充电装置组成的电动汽车微电网.1电动汽车充电方式目前实际应用的电动汽车充电模式有常规充电、快速充电、更换电池等.（1）常规充电方式常规充电方式通常需要使用电动汽车内置的车载充电机，使用交流充电桩或车载充电枪.用户通过建设在小区停车场、路边停车位等公共区域的交流充电桩或者家用220V 交流电为电动汽车充电，车载充电机完成电能的变换与充电管理.常规充电方式优势在于充电建设成本低，充电方便.缺点是充电功率小，充电时间长.通常充电功率小于7kW ，充电时间在6h 以上.适用于电动汽车平常停车时段使用，如上班、休息、购物等电动汽车长时间闲置时充电.（2）快速充电模式快速充电模式采用的直流充电桩，充电不需要通过车内的车载充电机，充电桩直接与电动汽车动力电池连接，能够实现在30min 将30%电量充到80%以上［2］.快速充电通常为应急充电，多为市区第2期的士以及高速路服务区来往车辆服务.但快速充电的缺点是电池短时间接受大量电能会导致电池温度急剧上升，从而对电池造成一定的损伤，影响电池的寿命.直流充电站大功率电能的输出要求配电网提供足够的容量，因此充电站的选址局限性很大.直流充电桩的内部结构［3］如图1所示.图1直流充电桩内部结构框图图1中，交流电源经过整流滤波变成直流，再经过IGBT逆变桥将直流变为所需要的脉宽调制的交流.经过高频变压器的隔离后再进行整流滤波，得到对动力电池充电的直流电.控制电路通过检测充电电压和电流，对IGBT逆变桥驱动电路进行控制.如果充电电压超过规定的值，则启动放电电路，以保证电池不受损坏.（3）更换电池更换电池是一种解决电动汽车充电时间长最有效的办法，通过设计自动化设备能够在短短几分钟完成电池的更换从而让电动车重新拥有充足的电量.但是换电模式缺点也很明显，建站成本高、电池规格难统一，无法解决电池所有权问题.所以，换电池模式比较适合在公交车和运营车上使用，因为两者标准化程度高，而且对运营效率要求更严.2并网型直流微电网的结构高速公路服务区地处偏僻，常规电源供电能力较弱，不能满足较多的电动汽车同时充电的问题.为解决这一问题，可根据当地条件，开发利用太阳能光伏发电、风力发电等分布式发电，建立一种由分布式电源、电动汽车负荷、储能装置构成并与常规电源并网的微电网.由于电动汽车微电网最主要负荷是采用直流充电桩的电动汽车.而分布式电源则主要考虑太阳能光伏发电，是直流电源.因此，采用直流微电网就会更经济一些.电动汽车直流微电网结构示意图如图2所示.分布式发电、储能装置、直流负荷均通过直流变流装置连接在直流母线上，而交流负载的接入则要求使用逆变装置.直流电网不需要同交流电网一样实时保证交流母线的电压、频率与相位，因此其控制比较简单［4-6］.黄筱叶，等：高速公路服务区电动汽车微电网方案设计25湖南工程学院学报（自然科学版）2021年图2电动汽车直流微电网结构示意图3高速公路服务区电动汽车微电网建设方案3.1设计规模在占地20亩（13333m2）的高速公路服务区建设电动汽车直流微电网系统.其中75%的占地面积（10000m2）铺设光伏电池板，按每平方米光伏电池板发电功率150W，则整个微电网系统光伏装机容量为1.5MWp.安装功率为30kW的充电桩50个.绝大多数电动汽车动力电池母线电压低于500V，因此以直流500V为电动汽车直流微电网的直流母线电压.目前续航超过400km的电动汽车动力电池容量为50kW·h，为电动汽车直流微电网配备500kW·h储能电池以及50kW·h的超级电容电池.综上，高速公路服务区电动汽车微电网方案设计参数如表1所示.表1微电网方案设计参数表序号1 2 3 4 5 6 7名称光伏电池板铺设面积光伏电池板装机功率光伏电池板输出额定电压安装电动汽车充电桩个数单个电动汽车充电桩功率范围充电桩输出电压范围微电网固定储能装置总容量参数10000m21.5MWp34.9V50个25~100kW200~500V550kW·h3.2光伏发电系统方案设计光伏发电系统选用4420块单晶硅光伏电板（PV），其主要技术参数如表2所示.4420块单晶硅分为85个光伏发电单元.每个光伏发电单元由4组（串）并联，每组（串）由13块光伏电板串联，最大功率为17.68kW.光伏发电单元技术参数如表3所示.表2光伏电池板技术参数序号1234567891011名称最大功率（Wp）功率公差（W）最大功率点的工作电压（V）最大功率点的工作电流（A）开路电压（V）短路电流（A）组件效率（%）电池片类型电池片数量组件尺寸（mm）重量（kg）参数3400~+534.99.7543.010.2620.2单晶一组120片（6×20）1690×996×3518.0表3光伏发电单元技术参数12最大功率（Wp）最大功率点的工作电压（V）17680453.7序号名称参数26第2期3 4 5最大功率点的工作电流（A）开路电压（V）短路电流（A）3955941.04续表3序号名称参数每个单元由4个分支线接入直流汇流箱，4个直流汇流箱接入一个直流配电箱，再经过DC/DC 变换器接微电网直流母线，如图3所示.（4个）（4个）（4个）（4个）图3光伏发电系统结构示意图3.3储能容量配置与储能装置选型由于光伏发电受天气的影响，而高速公路服务区所接常规电网供电能力较弱，所以必须要有储能装置.储能装置一是在光伏发电较充裕而用电功率较小时储存电能；二是在负荷高峰时平衡电能；三是与常规电源一道，满足阴雨天气电动汽车充电的需要.本微电网以蓄电池为主，同时辅以超级电容储能.超级电容充放电能力强，反应速度快，能有效地保证直流母线电压的稳定.安装蓄电池容量500kW/500kW·h，超级电容容量50kW·h.储能电池采用安全稳定寿命长的磷酸铁锂电芯，电芯单体3.3V/100AH，电芯型号为FREY36130290-100AH.122个单体电池串联，电压为402V，容量为40.2kW·h，构成一个电池包.整个微电网系统由12个电池包组成，每个电池包独立为微电网供电，独立控制其充电放电.超级电容单体2.5V/125AH，采用160串组成容量为50kW·h 的超级电容通过双向DC/DC接入直流母线.蓄电池和超级电容的主要参数如表4所示.表4蓄电池和超级电容的主要参数序号1234567891011名称储能总容量储能电池容量超级电容容量储能电池电芯种类储能电池单体电压及容量单个电池包电芯串并数单个电池包电压及容量储能装置电池包数量超级电容单体电压及容量超级电容串并数超级电容电压参数550kW·h500kW·h50kW·h磷酸铁锂电芯3.3V/100AH1并122串402V/100AH122.5V/125AH1并160串400V4结论随着电动汽车的快速增长，解决高速公路上电动汽车充电的问题日益迫切.而高速公路服务区地处偏僻，电网供电能力较弱，难以满足电动汽车充电的需要.本文提出了在高速公路服务区开发利用黄筱叶，等：高速公路服务区电动汽车微电网方案设计27湖南工程学院学报（自然科学版）2021年太阳能光伏发电，建设电动汽车微电网的构想.考虑到光伏发电和电动汽车负荷特性，提出采用直流微电网，建设高速公路服务区电动汽车微电网的具体方案.参考文献［1］曾雅文，李娟，周捷，等.电动汽车充电基础设施规划［J］.电工技术，2020（9）：30-33.［2］叶剑晓，于春梅，梁奇.电动汽车用锂电池快速充电技术研究［J］.电气传动，2018，48（6）：93-96.［3］任华.浅析电动汽车智慧充电桩平台设计及应用［DB/OL］.http：///8447347/tech/166061/.［4］陈红坤，夏方舟，袁栋，等.直流配电网中含光伏的电动汽车快速充电站优化配置方案［J］.电力系统自动化，2020，44（16）：53-60.［5］徐青山，吴盛军，李群，等.一种基于直流微电网的电动汽车充电优化控制策略［J］.电工技术学报，2016，31（S2）：110-119.［6］李丽娜，刘宏君，张兆云.电动汽车参与直流微电网互动的协调控制研究［J］.电测与仪表，2018，55（23）：117-122.Design of Electric Vehicle Micro-Gridin Expressway Service AreaHUANG Xiao-Ye，LONG Wan-li（Hunan Ping-Gao Switch Co.,Ltd，Changsha410008，China）Abstract：Due to insufficient power supply capacity and limited capacity of existing power supply facilities in expressway service area，it is difficult to meet the increasing demand of electric vehicle charging.In order to solve the problem of charging difficulty of electric vehicles on expressways，this paper proposes to develop and utilize new energy，and establish an electric vehicle microgrid composed of distributed generation，energy storage device，electric vehicle charging device and regular load.Considering the characteristics of power sup-ply and load，DC microgrid architecture is adopted.The construction scheme of DC microgrid for electric ve-hicle in expressway service area is designed，which is composed of photovoltaic power generation system，bat-tery，super capacitor and50electric vehicle charging piles，and connected with conventional grid. Keywords：microgrid；electric vehicle；photovoltaic power generation；energy storage device28。

智能电网NO.01 202462智能城市 INTELLIGENT CITY智能微电网故障特性分析黄巨朋（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102611）摘要：微电网（MG ）发电技术目前是融合绿色分布式清洁能源发电的一种智能技术手段，一定程度上推动了清洁能源的发展。

为了进一步探讨MG控制系统的保护对策，文章研究了MG控制系统中逆变型分布式电源（IBDG ）在不同保护模式下的故障等效模型，分析MG在并、离网不同工作状况下的故障输出特点，为MG网络系统的维护配置提供可信基础，确保MG网络安全平稳工作。

关键词：智能电网；微电网；故障特性中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：2096-1936（2024）01-0062-03DOI ：10.19301/ki.zncs.2024.01.0191　研究背景和意义通过对MG控制系统整体结构的综合分析可知，其主要由分布式电源以及电源的储能装置、控制系统和防护装置等共同构成，包括燃气轮机以及风电设备等。

MG系统结构可以构成一种自我管理、自我维护的各种功能独立系统，具有能量分散、能量有效使用、环境适应性等特点，在现阶段的能源领域中起到重要作用。

MG装置其实是把各个类型的分布式发电（DG ）加以排列组合，工作原理为将各种处于分散运行状态的供电系统，从分布式的运行模式转变成集成化的运行模式。

将MG装置科学应用到配电网中，DG单元的容积较大，不仅能够实现对分散能源的集成化处理，还有利于强化梯级效果，降低分布式供电并网对于供电系统的不良影响，进而提高供电的稳定性和可靠性，促进电源整体质量的同时，达成及时、高效、准确处理供电故障的目标[1]。

目前，我国的MG系统电压等级都是10 kV ，在10 kV中压MG接入10 kV电压等级的最近端中低压配电网时，其供电情况复杂且负载点较多，导致供电区域增加，监控方法更复杂。

复杂多变的电源条件不仅需要采取相应的控制策略，还需要注意电源的稳定性，包括微电源的供电稳定性[2]。

基于V2G技术的微电网调频控制策略研究周萌; 吴思聪【期刊名称】《《东北电力技术》》【年(卷),期】2019(040)009【总页数】4页(P23-26)【关键词】电动汽车; 调频; 微电网; 控制策略【作者】周萌; 吴思聪【作者单位】三峡大学电气与新能源学院湖北宜昌 443002; 国网赤壁市供电公司湖北咸宁 437300【正文语种】中文【中图分类】U469.72随着化石能源逐年消耗，燃油汽车逐渐向电动汽车发展，短时间内大量并网的电动汽车急剧增加了电网负荷，给电网安全运行带来了极大挑战[1]。

合理调配电动汽车并网，不仅能够减少对电力系统的负荷冲击，而且还可以提高电力安全性和经济性。

V2G就是架起智能电网与电动汽车之间的桥梁，通过利用闲置电动汽车并网促进两者之间相互协调[2-3]。

根据各个充电站的功能配置不同，拥有V2G技术的充电站可以实现电网调峰。

即通过存储在非工作状态电动车中的过剩电能，在电力系统用电负荷较高情况下对电网反送电，依次来降低电网负荷，平衡电网[4-7]。

大型区域互联系统是未来电网的发展趋势，通过将大型区域互联系统分解成许多个微电网系统，来缓解电网受到的大扰动。

微电网的频率主要有两种：并网状态下由配电网提供;处于孤岛状态则是由逆变器进行负荷分配。

本文研究如何利用电动汽车快速响应的特点来把控参与电网调频的方式，以达到微电网运行的最优效果。

1 V2G技术概念及应用分析1.1 V2G技术概念电动汽车—电网互动技术(Vehicle to Grid，V2G)概念是1995年由Amory Letendre首次提出，后来，美国威尔开普敦教授在此基础上进行了进一步研究和总结。

V2G技术通常被称为电动汽车并网技术，集成了电池管理、通信等一系列技术，例如调度和需求侧管理，通常用于控制电动汽车的充电和放电。

配备有V2G技术的电动车辆可以用作能量存储电源，以向电力系统或分布式能量存储装置的可控负载供电。

电网电力行业的智能电网与微电网智能电网与微电网在电网电力行业中的应用随着科技的不断进步和社会的快速发展，电力行业也在不断转型升级。

其中，智能电网和微电网作为两种新兴的电力系统，成为了电网电力行业关注的热点。

本文将就智能电网和微电网的概念、特点以及在电网电力行业中的应用进行探讨。

一、智能电网的概念与特点1.1 智能电网的概念智能电网，又称为智慧电网或智能能源网络，是基于现代信息和通信技术，实现电力系统的智能化、互联互通和可持续性发展的电网系统。

它是传统电网的升级版，通过集成化的智能设备和系统，实现电力供应的高效、可靠和可持续。

1.2 智能电网的特点（1）高度可靠性：智能电网采用了先进的设备和技术，能够提供高可靠性的电力供应，并减少了停电和电力事故的风险。

（2）高效能利用：智能电网能够实现对电力资源的优化管理和合理配置，最大限度地提高能源的利用效率。

（3）可持续发展：智能电网将可再生能源与传统能源进行整合，实现能源的可持续性发展。

（4）灵活性与互联互通：智能电网能够实现电力系统的自动化运行和互联互通，提升了供电的灵活性和稳定性。

二、智能电网在电网电力行业中的应用2.1 智能配电网智能配电网是智能电网的一个重要组成部分，主要实现对配电系统的监控、控制和管理。

它通过智能电表、智能开关、智能保护装置等设备和系统，实现对电力的智能化分配、调度和控制，提高供电可靠性和效率。

2.2 智能能源管理系统智能能源管理系统是智能电网的核心，它通过对能源的综合管理，实现对能源的优化配置和高效利用。

该系统能够监控、分析和预测能源供需状况，并根据实际情况进行智能调度，从而实现对能源的节约和减排。

2.3 智能电力调度与控制智能电力调度与控制是指通过智能设备和系统，实现对电力系统的监控、调度和控制。

它能够自动检测电力故障并快速恢复，实现供电的稳定性和可靠性。

三、微电网的概念与特点3.1 微电网的概念微电网是指基于可再生能源和能量存储技术，具有一定规模和电能互通功能的电力系统。

基于微电网的智慧能源管理系统设计智慧能源管理系统是通过有效整合和优化能源资源，实现能源的高效利用和管理的一种系统。

而基于微电网的智慧能源管理系统，是利用微电网技术对能源进行集成管理和优化，以实现对能源的持续供应、高效利用和智能监控。

一、微电网的概念和特点微电网是一种将分布式能源资源与电力用户进行协同连接和运行的能源系统。

它具备以下特点：1. 分布式能源资源：微电网采用分布式能源资源，包括太阳能、风力发电、储能系统等，实现能源的多元化和可再生能源的利用。

2. 自主运行：微电网可以独立运行，与传统电网相互隔离。

当主电网发生故障时，微电网可以自动切换成独立供电模式，确保用户正常使用电力。

3. 双向能量流动：微电网实现了双向能量流动，即能源不仅可以从主电网流入微电网，还可从微电网向主电网反向注入多余的电能。

4. 环境友好：微电网使用的分布式能源主要是可再生能源，减少了对传统能源的依赖，对环境更加友好。

二、基于微电网的智慧能源管理系统的设计原理基于微电网的智慧能源管理系统是将微电网技术与智能控制技术相结合，实现对能源的集中监控和控制。

其设计原理如下：1. 数据采集与处理：系统通过传感器和智能设备，对微电网内能源的产生、消耗和储存等数据进行采集和处理。

这些数据包括能源的产生量、储存量、耗电量等。

2. 分析与优化：系统根据采集到的数据，通过算法和模型对能源数据进行分析和优化，并输出相应的能源供给计划。

优化策略包括能源的合理分配、能源储备的调配以及能源供给的预测等。

3. 能源协同管理：系统通过智能控制技术，实现对微电网内各种能源设备的协同控制和管理。

例如，根据能源需求和供给计划，调整太阳能电池板的角度和转向，优化太阳能发电效率；自动控制储能系统的充放电过程，以满足用户需求等。

4. 用户参与与反馈：系统提供用户参与能源管理的接口和功能，用户可以通过APP或网页等方式查看能源消耗情况和实时能源供给情况，以便合理调整能源使用策略。

智能电网与微电网智能电网与微电网一、引言⑴背景随着能源需求的不断增长，传统电网面临着诸多挑战，如电能传输损耗大、能源供应的不稳定性等。

为了解决这些问题，并适应未来能源发展趋势，智能电网和微电网技术应运而生。

本文将详细介绍智能电网与微电网的概念、特点、应用领域以及相关技术。

二、智能电网⑴概念智能电网是一种基于先进传感器、通信和控制技术，利用信息技术实现电力系统自动化和智能化的电力系统。

它能够实现对电力系统各个环节的监测、控制和管理，提高电网的可靠性、经济性和可持续性。

⑵特点（1）信息化：智能电网依赖于先进的信息通信技术，能够实时获取电网的运行状态，并进行数据分析和处理。

（2）可调节性：智能电网具有智能优化能力，能够根据需求动态调整能源的分配和输送，提高电网的效率。

（3）可靠性：智能电网通过故障自愈等技术，提高了电网的可靠性和鲁棒性。

（4）互联互通：智能电网能够实现各种能源、负荷和设备的互联互通，实现电力系统的整体优化。

⑶应用领域（1）可再生能源集成：智能电网可以更好地实现可再生能源的集成和管理，推动清洁能源的利用。

（2）智能家居和工业控制：智能电网可以与家庭和工业设备整合，实现智能家居和工业控制。

（3）电动汽车充电基础设施：智能电网可以提供便捷的电动汽车充电基础设施，推动电动汽车的普及和使用。

三、微电网⑴概念微电网是一种小规模的电力系统，由多个分布式能源发电设备、能量储存设备和负荷组成，能够独立地运行和互联互通。

它具有供电可靠、高效能利用等特点。

⑵特点（1）自治性：微电网是独立运行的小型电力系统，能够自主决策和控制自身的运行。

（2）可互联互通：微电网可以与主电网进行互联互通，实现能源的双向传输。

（3）可靠性：微电网具有去中心化的特点，如果主电网故障，微电网仍然能够独立供电。

⑶应用领域（1）非电化地区供电：微电网可以解决非电化地区供电难题，为当地居民提供可靠的电力供应。

（2）军事基地和远程地区供电：微电网可以为军事基地和远程地区提供独立的电力供应，增强供电的可靠性。

51 电力技术应用光伏太阳能板直交变流器直交变流器电池储能系统负载主网P PG (t )P ESS (t )P lood (t )P grid (t )图1　基于光伏的微电网结构1.2　智能化与自动化新能源电站电网接入下的智能微电网将朝着智能化与自动化方向发展。

智能微电网在运行过程中会产生大量的信息数据，如何有效整合并分析这些数据非常重要。

通过应用人工智能技术能够有效提高数据的分析效率和预测算法的精准性，同时电力企业应不断加强对智能微电网技术的创新和优化。

例如，将储DC-DC 双向变换器蓄电池负载n 负载2负载1微源变换器负载 变换器负载 变换器负载 变换器图2　微电网群观群控技术应用架构 2024年3月25日第41卷第6期53 Telecom Power TechnologyMar. 25, 2024, Vol.41 No.6王　启，等：新能源电力系统中的智能微电网运行与优化研究3　新能源电站电网接入下的智能微电网运行优化策略3.1　能源管理策略新能源电站电网接入下的智能微电网运行的核心是能源管理策略，即将风能、太阳能等新能源发电系统结合到一起，对所有的电力能源进行统一发协调管理，以充分利用可再生能源。

能源管理策略是确保新能源发电系统与传统电力供给系统有效结合的关键[4]。

一方面，利用能源管理策略将不同地区的用电需求量与供电量进行相互关联，并根据用电需求对能源进行合理调配。

例如，先利用可再生能源进行供电，当供电不足时，再通过火力发电来满足剩余的电力需求。

另一方面，通过能源管理策略可以动态调整电力能源的存储量和释放量。

例如，在用电需求低峰期存储多余的电力能源，在用电需求高峰期释放存储的电力能源，以提高能源的供需平衡水平，提高智能微电网的运行质量和效率。

3.2　系统安全性优化在智能微电网运行过程中，应不断加强对系统的安全性优化。

因为新能源电站电网接入下的智能微电网在日常运行过程中会产生大量的信息数据，如果这些信息数据出现泄露、丢失等问题，不仅会对智能微电网的正常运行造成严重影响，还严重威胁着用户的个人隐私安全[5]。

微电网与智能电网的协同运行与调度随着能源需求的不断增长以及能源结构转型的需要，微电网和智能电网成为了未来能源系统发展的重要方向。

微电网是一种基于地理位置、规模适中的局部电力系统，它由分布式能源、储能设备、用户负荷和能量管理系统等构成，具有独立运行和联网运行的能力。

智能电网则是在现有电网基础上引入先进的信息通信技术，实现对电网设备、用户需求等信息的实时感知和响应，从而提高电网的运行效率和可靠性。

微电网和智能电网的协同运行与调度，是将两者融合发展的重要环节，可以有效提高电力系统的供电能力和运行灵活性。

一、微电网与智能电网的基本特点微电网和智能电网作为未来能源系统的重要组成部分，具有许多共同的基本特点。

首先，它们都具有分布式特征，即多种能源和负荷分散在不同地点，形成一个相对独立的小型电力系统。

其次，微电网和智能电网都具有高度智能化的特点，能够通过优化控制算法和先进通信技术，实现对系统的实时监控和调度。

此外，两者都具有适应性强和可靠性高的特点，能够根据外部环境和需求实时调整运行策略，保障供电的可靠性和稳定性。

二、微电网与智能电网的优势互补微电网和智能电网在很多方面具有互补优势，将二者结合起来可以实现更加高效的能源系统运行。

首先，微电网可以提供规模适中、区域范围内的局部供电服务，能够更好地满足特定区域的电力需求。

而智能电网则可以通过先进的信息通信技术实现对整个电网的统一监控和调度，提高整个系统的运行效率。

其次，微电网可以作为智能电网的一部分，为电网提供分布式能源和储能支撑，增加系统的供电灵活性和可靠性。

最后，微电网和智能电网的协同运行还可以实现对能源的有效利用和调度，促进能源的清洁化和可持续发展。

三、微电网与智能电网的协同运行模式微电网与智能电网的协同运行模式主要包括多种形式，如微网内部的能量交换、微网之间的电能交换、微网与智能电网的互联互通等。

首先，微网内部的能量交换是指微网内部不同能源和负荷之间的能量交换，旨在最大化本地的能源利用效率。