微电网运行-有功功率与无功功率控制..

微电网运行模式与控制系统浅析作者：李朋来源：《华中电力》2013年第05期摘要：智能电网中微电网是一些微电源、负荷、储能装置和控制装置构成的系统。

对于大电网，它表现为一个单一可控制的单元，能实现对负荷多种能源形式的可靠供给。

微电源按是否可控可分为部分可控电源、不可控电源和全控电源。

这些电源多为小容量的分布式电源，具有低成本、低电压及低污染的特点。

本文首先介绍了微电网的结构特点，然后分析了微电网的运行模式以及控制策略。

结果表明，微电网若采取合理的控制策略，能够确保微电网在并网和孤岛运行模式下电压和频率的稳定。

关键词：微电网；运行模式；控制策略1 引言微电网的电源接在用户侧，且微电源多采用电力电子装置接入，其结构不同于传统电力系统，必需考虑微电网自身的特殊性。

通常，电能质量研究是微电网研究的基础和主要内容，在进行微电网电能质量分析之前，有必要研究其基本结构，并分析微电网的运行模式以及控制策略2 微电网结构和特点微电网一般与用户端的低压配电网相连，电压等级为380/220V，网络呈放射状，包含若干条馈线。

微电网中负荷可分为不可控和可控负荷、一般和重要负荷、敏感和非敏感负荷等。

在实际运行中，部分非敏感负荷可以看成是可控负荷，用于削峰和平滑负荷波形。

由于各馈线负荷重要程度不同，因此可以对系统实现分层控制。

微电网中的馈线主要供给重要负荷，提供电压和频率支撑，确保负荷能够抵御电压干扰；正常运行状态下，微电网工作在并网模式；配电网电压异常、出现故障或电能质量不符合要求时，静态开关断开，微电网运行模式转为孤岛运行直到故障恢复。

这两种模式能否平滑切换直接影响到微电网的电能质量，静态开关的控制也至关重要。

由上分析，可以看出微电网具有如下特点：（1）一般接入大电网的形式为单点接入，即配电网侧看进去微电网可作为可控的负荷或发电单元。

这种即插即用的形式，使微电网中各种分布式电源得到充分利用和相互补充，减少了分布式电源直接接入对大电网造成的影响，有益于电网的管理与运行；减少大型发电站的备用容量；降低由电网升级带来的投资成本，同时也使输电线路损耗降低；更好地维持负荷电压。

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。

微电网系统的控制与协调技术研究随着能源需求的不断增长以及对环境问题的关注加深，微电网系统作为一种可持续、高效的能源供应模式，逐渐受到了广泛关注。

微电网系统由多个分布式电源、储能设备和负载组成，能够独立运行并与主电网相互连接。

为了实现微电网系统更高效、可靠地运行，控制与协调技术研究成为了当前研究的重点之一。

首先，微电网系统的控制技术研究是保证系统性能的关键。

控制技术可以优化微电网的能量管理、电网稳定与负载供需平衡。

在能量管理方面，可以通过控制微电网内各个分布式电源的运行状态和调度策略来最大化利用可再生能源，并将剩余能量储存在储能设备中以备不时之需。

此外，控制技术还可以保证微电网系统的电压、频率、有功功率和无功功率等参数在合理范围内，以保持微电网与主电网的协调运行。

其次，微电网系统的协调技术研究是实现微电网系统灵活运行的重要手段。

协调技术主要包括微电网内各个分布式电源和负载之间的协调调度、能量管理和智能优化。

通过协调调度，可以实现微电网内分布式电源和负载之间的动态平衡，确保整体系统的运行稳定。

同时，协调调度还可以根据负载的需求和可再生能源的可用性，合理分配能源资源和负载供需，提高系统的能源利用效率。

此外，协调技术的智能优化算法可以根据实时的负荷需求和电网条件，通过优化调度策略，最大化微电网系统的经济效益和能源利用效率。

在微电网系统的控制与协调技术研究中，智能化技术的应用不可忽视。

随着人工智能和大数据技术的不断发展，智能化技术已经成为微电网系统控制与协调的重要手段。

智能化技术可以通过学习微电网系统的运行特点和历史数据，构建智能控制模型，并根据实时的负载需求和电网条件，智能调整微电网系统的运行策略，从而优化能源管理、提高系统的可靠性和稳定性。

此外，微电网系统的控制与协调技术研究还需要考虑与主电网的互动与协调。

微电网系统通常与主电网相连，通过微电网系统与主电网之间的互动和协调，可以实现电网间的能量交互、协调运行以及故障处理。

基于PQ 控制方法的微电网并网运行 摘要：0引言随着环境问题和能源问题的日益突出,世界各国开始纷纷为寻求更加环保节能的新能源发电方式而努力。

近年来,具有环境污染少、能源利用率高及安装地点灵活等优点的分布式发电开始受到世界各国的关注,然而,随着分布式发电的迅速发展及其在大电网中的大量接入,其对大电网的影响也是显而易见的因此,急需另外一种发电方式来解决以上问题,随着新型技术的应用,特别是现代控制理论及电力电子技术的发展,本世纪初微电网的概念被提出。

微电网中的大多数微电源通过逆变器接入系统,因此对微电源的控制即为对其逆变器的控制。

无论是并网运行还是独立运行,都需要对微电网内的各个逆变器进行有效地控制,以维持电压和频率在允许变化的范围之内,从而满足负荷对电能质量的要求。

PQ 控制一般用于发电具有间歇性的微电源,如光伏发电、风力发电等,并用于并网发电,此时微电网的电压由大电网或其他微电源提供稳定支撑时,则此微电源逆变器控制的主要目标就是保证逆变器输出的有功电流和无功电流跟踪参考电流以及电流的频率和相位与微电网电压保持一致。

1 微电网的结构微电网将分布式电源、负荷、储能装置、控制装置等汇集而成一个小型发配电系统，是一个能够实现自我控制和管理的自治系统，图1-1给出了一种典型的微电网系统示意图。

图1-1典型的微电网系统图 1-1 中微电网通过公共耦合点(Point of Common Coupling ，PCC)处的静态开关(Static Transfer Switch ，STS)与配电网相连，整体呈辐射状结构，共有2条馈线 A 、B 。

重要或敏感负荷接在馈线A 上，不重要的负荷接在馈线B 上。

这样，当微电网与主网解列时，可以切去不重要的负荷，保证网内重要负荷和发电平衡。

另外，微电网中还配置有潮流控制器和能量管理器等控制设备，帮助实现微电网有效的控制和管理。

当负荷发生变化时，潮流SDG PCC B1B2B3P1+jQ1B4B5B6P2+jQ2 馈线A 馈线B 敏感负荷传统负荷控制器可根据本地电压频率信息对潮流进行调节，控制分布式电源输出的功率；而能量管理器则可以综合地解决微电网在进行电压和潮流控制以及解列操作时出现的功率分配、稳定运行等一系列运行问题，保证微电网内的功率平衡。

微电网系统目录1.微电网系统概述1.1 微电网系统微电网系统是一种新型网络结构，是由分布式电源、负载、储能系统和控制装置构成的系统单元。

微电网系统是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。

微电网系统是相对传统大电网系统的一个概念，是指多个分布式电源及其相关负载按照一定的拓扑结构组成的网络，并通过开关连接至常规大电网。

微电网系统中的核心装备即分布式电源以及储能系统，包括光伏并网逆变器、风力并网逆变器、柴油机、PCS以及BMS等。

1.1.1 光伏并网逆变器①光伏并网逆变器的发展概况光伏并网逆变器的发展源来已久，如今已经发展的十分成熟，其作用在于将PV组件产生的直流电转换为与电网同频同相的交流电，在传统的光伏发电系统有着广泛的应用。

近年来，随着微电网系统的快速发展，并网逆变器又被赋予了一种新的定义：分布式光伏电源。

它可以作为微电网系统的主电源，成为整个微网系统最核心的技术之一，又由于其电源性质的特殊性（电流源），它又可作为微网系统的补充电源。

②光伏并网逆变器的类型划分并网逆变器的拓扑结构纷繁复杂，一般分为半桥、全桥、两电平、多电平，以及单级式、双级式等类型，按照控制方式亦可分为SPWM控制型、SVPWM 控制型、CSPWM控制型等，按照电气隔离类型又可分为隔离型与非隔离型。

③三相光伏并网逆变器运行原理介绍图1三相并网逆变器控制框图图1所示为单级式非隔离三相并网逆变器的主电路拓扑及控制算法，本文所搭建的三相三电平并网逆变器的主电路及控制拓扑结构图如图1所示，由MPPT算法计算出最大功率点时的PV电压，然后控制系统使PV组件的电压维持在该电压处以保证系统能够输出最大功率（电压外环）。

并网电流经过dq 坐标变换后转变为Id与Iq分量，图1中Iq*即为有功功率轴的电流给定值，Id*即为无功功率轴的电流给定值，改变Iq*与Id*的值即可改变逆变器的输出有功功率与无功功率，而Iq*由电压外环产生，Id*由人为给定。

微网--大规模集成小型发电设备到低压配电网络简介分布式发电单元（DG）在客户端的安装应用的经济潜力关键在于利用局部的燃料发电时产生的余热机会。

因此，在发展小型，千瓦级和热电联供应用方面取得重大进展。

这些系统在欧洲北部国家的发电中发挥了重要作用，而光伏系统则期待在欧洲北部国家发挥更大的作用。

微型热电联供和光伏系统的应用提高了利用能源发电的效率，且实质上提高了有关碳排放的环境效益，考虑到满足京都议定书，而且，靠近需求侧的发电可以提高客服的服务质量。

从实用角度来看，分布式发电单元靠近负荷，减少了电流在输电网和配电网流动，这产生两方面的影响：降低损耗和抑制输电网络的扩大。

因此，分布式能源的使用可以减少对输电和配电设施的需求，然而，对分布式能源的逐渐增加控制的不力给配电网的运行和控制增添了大的难度。

微网给用分散的方法协调分布式能源（DER）使用提供了可能性，因此表现为运行单一，整体控制。

从这点来看，分布式能源能可以提供充分的优势。

微网由低压配电侧的分布式电源，如微型燃气汽轮机组，燃料电池，光伏系统等，和储能装置，如飞轮，超级电容和蓄电池，以及可控负荷组成；具有很强的可控性。

微电网与中压配电网相连，当上游网络发生故障时，为电网能与主网隔离运行；因此，微电网在系统故障后的缓解拥挤和帮助恢复中提供网络支持。

从负荷侧来看，微网能满足当地电力和热负荷需求，提高供电可靠性，减少废气排放，通过提供电压支持、减少电压跌落等，改善电能质量，降低能源供应成本。

本文概述了关于微网的技术和经济运行的问题，提供了一些欧盟资助项目（微网—大规模集成小型发电设备到低压配电网络）的调查结果，欧盟合同ENK5-CT-2002-00610。

微网对服务质量的影响当前分布网络的设计使得中压和低压网络的性能对客户端的服务质量产生主要的影响，然而高压输电和配电网络中的扰动将非正常的影响与低压和中压网络连接的客户的供电可靠性。

在大多数欧盟国家中，超过80%的用户扰动和短时停电都是中压和高压输电网的原因。

微电网系统稳定运行控制策略研究作者：魏中夏张文战刘海涛王诗超来源：《华中电力》2013年第04期摘要：分布式电源的大规模应用将对电网运行、控制等带来新的机遇和挑战。

整合分布式电源、储能元件和负载的微电网技术将是解决大规模分布式电源并网问题的有效途径之一。

本文主要分析了微电网在并网状态下的P/Q控制及在离网状态下的U/F控制策略，研究了微电网在不同运行模式下分散电源的各参量变化规律，建立了相关数学模型并进行仿真实验测试。

结果表明，该控制策略保证了微电网稳定运行，达到了系统预期设计要求。

关键词：分布式电源；微网；P/Q控制；U/F控制；数学模型0 引言随着我国经济的快速发展，电力需求逐年提高，能源与环境矛盾更加凸显，分布式发电（distributed generation，DG）正在成为许多国家和地区电力发展的重要方向。

将分布式电源（DG）以微网形式接入大电网，能够系统、高效管理分布式电源，提升能源利用效率，提高供电可靠性，改善电能质量，是实现分布式能源充分利用的有效途径[1，2]。

然而，分布式电源具有启停间歇性、随机性的特点，大大限制了其接入电网的容量和运行的稳定性。

微电网的动态特性，使传统控制策略已经不适用于微电网运行控制。

微电网必须通过先进的控制系统将分散电源、负荷和储能装置整合在一起，形成一个可控的单元，使它既可以与配电系统并网运行，也可以离电网运行[3，4]。

微电网的接入可充分挖掘分布式能源，为供电部门和用户带来的价值和效益是非常显著的。

本文采用小型风力发电机、光伏系统、储能以及负荷设备构建了微电网系统。

在并网模式和孤岛模式下，微电网要求对各分布式电源进行协调控制，以保证高效的潮流调节和电压稳定能力；为了进一步体现微电网对大电网的支撑作用，要求协调控制同样具有模式切换功能，保证在失去外部供电后，微网对本地重要负荷的持续供电[5，6]。

风电与光伏发电具有间歇性和波动特性特点，通常只发出恒定的有功功率或执行最大功率跟踪，一般采用控制；而对于蓄电池等微型电源，既可以按照进行控制，又可以实现控制，而后者主要用于保证离网状态下电压、频率的稳定性。

第一章引言随着电力需求的不断增长，集中式大电网存在一些弊端：成本高，运行难度大，难以满足越来越高的安全性和可靠性要求，尤其是近几年来世界范围内接连几次发生大面积停电事故以后，大电网的脆弱性充分暴露出来，国际上的专家得出一个结论——发展分布式电源比通过改造电网来加强更加简洁、快捷。

分布式发电具有污染少，能源利用率高、安装地点灵活等优点，与集中式发电相比，节省了输配电资源和运行费用，减少了集中输电的线路损耗。

随着分布式发电渗透率的增加，其本身存在的问题也凸显出来，分布式电源单机接入成本高、控制困难。

一方面，分布式电源相对大电网来说是一个不可控源，在分布式电源并网标准中规定：当电力系统发生故障时，分布式电源必须马上退出运行，这就大大限制了分布式能源效能的充分发挥；另一方面，目前配电系统所具有的无源辐射状运行结构以及能量流动的单向、单路径特征，使得分布式发电必须以负荷形式并入和运行，即发电量必须小于安装地用户负荷，导致分布式发电能力在结构上受到很大限制。

随着新型技术的应用，尤其是电力电子接口和现代控制理论的发展，微电网的概念出现了。

微电网充分发挥了分布式发电的优势、消除分布式发电对电网的冲击和负面影响，是一种新的分布式能源组织方式和结构。

微电网将额定功率为几十千瓦的发电单元——微源（MS）、负荷、储能装置及控制装置等结合，形成一个可控单一的单元，同时向用户提供电能和热能。

总之，对于电力企业，微电网可视为一个简单的可调度负荷，可以在数秒内做出响应以满足传输系统的需要；对于用户，微电网可以作为一个可定制的电源，以满足用户多样化的需求。

由于世界各国发展微电网的侧重点不同，所以对微电网的定义也有所差别。

以（CERTS）为例，微电网是一种由负荷和微型电源共同组成的系统，它可同时提供电能和热量；微电网内部的电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必需的控制；微电网相对于外部大电网表现为单一的受控单元，并同时满足用户对电能质量和供电安全等要求。

虚拟同步发电机及其在微电网中的应用一、本文概述随着能源转型和可持续发展的深入推进，微电网作为一种能够整合分布式能源资源，提高能源利用效率，增强电网稳定性的重要方式，受到了广泛关注。

作为微电网中的关键设备，虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator，VSG）的出现，为微电网的稳定运行和能源优化调度提供了新的解决方案。

本文将对虚拟同步发电机的基本原理、技术特点以及在微电网中的应用进行深入探讨，旨在为相关领域的研究和实践提供有益的参考。

本文将对虚拟同步发电机的基本原理进行介绍，包括其产生背景、工作原理以及与传统发电机的异同点。

在此基础上，分析虚拟同步发电机的技术特点，包括其控制策略、响应速度、稳定性以及能源利用效率等方面的优势。

本文将详细探讨虚拟同步发电机在微电网中的应用。

微电网作为一种新型电力系统结构，具有分布式、自治性、可调度等特点，而虚拟同步发电机作为其关键设备，能够在提高微电网稳定性、优化能源调度、减少能源浪费等方面发挥重要作用。

本文将通过案例分析、仿真实验等方法，详细阐述虚拟同步发电机在微电网中的应用效果及其实际应用中的挑战和解决方案。

本文将对虚拟同步发电机未来的发展趋势进行展望，包括其技术升级、应用场景拓展、智能化发展等方面的可能性。

通过本文的探讨，期望能够为虚拟同步发电机在微电网中的进一步应用和推广提供有益的思路和建议。

二、虚拟同步发电机的基本原理虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator，VSG）是一种通过电力电子变换器模拟同步发电机运行特性的技术。

其基本原理在于利用先进的控制算法和电力电子技术，使分布式电源在微电网中表现出类似传统同步发电机的外特性，从而增强微电网的稳定性和可靠性。

VSG的基本原理主要包含两个方面：一方面是通过电力电子变换器控制分布式电源的输出电压和电流，使其具有同步发电机的电压和电流波形；另一方面是通过模拟同步发电机的转动惯量和阻尼特性，使分布式电源在微电网中具有类似同步发电机的惯性响应和阻尼特性。