基于脆弱性指标的微电网自愈控制理论研究

Microgrid is one of the popular trends of current grid. As an important grid structure, microgrid has been installed widely as the pilots in China. By investigating the change law of the operating parameters of DGs, energy storage devices, the grid and the loads, as well as the implicit information of state characteristic, a sound vulnerability index system is established, together with the WCVaR method to comprehensively evaluate the dynamic vulnerability. Since the output of DGs and the load power have certain regularity and randomness, along with more plug-and-play devices, dynamic probabilistic power flow model needs to be built. For there is unbalance operation in low-voltage microgrid, e.g. single-phase or two-phase condition, a calculation method used for the microgrid's asymmetric power flow would be put forward. Then, a self-healing control framework would be designed according to the microgrid intelligent operational requirements, in which the operation states and main control strategies would be defined. Based on multiple kinds of dynamic vulnerability indexes, the operation state of microgrid could be determined, and some certain local or global control strategies should be implemented, so that the self-healing microgrid come into being.

微电网是当前电网发展的一个方向，作为一种重要的终端电网结构形式正在我国大规模试点。通过研究微电网中分布式电源、储能、网架和负荷等元件运行参数的变化规律，以及系统中隐含的状态特征信息，建立完备的脆弱性指标体系，提出基于该指标体系的综合脆弱性动态评估WCVaR方法。针对分布式电源与负荷功率包含一定的规律性和随机性，以及较多即插即用的微电网元件，建立动态概率潮流模型，针对低压微电网中存在单相、两相等非全相运行负荷，提出适用于微电网的不对称潮流计算方法。并基于此设计一套适合微电网智能运行要求的自愈控制框架，定义了微电网运行状态和主要控制策略，通过多种动态脆弱性指标的评估，判断微电网所处运行状态，触发相应局部控制或全局控制策略，实现基于综合脆弱性指标评估的多状态启动微电网自愈运行。

微电网是一种由分布式发电、储能和负荷共同组成的小型低压配电系统，主要由电力电子设备实现电能的变换，可最大程度上接纳分布式电源，节能降耗、提高能效，增加终端用户与电网的互动能力。与大电网相比，微电网的电压低、设备参数对运行影响较大；空间范围小，对局部的控制可能会改变整个微电网的运行状态；分布式电源通过电力电子逆变器并网，电源之间不具有自同步性；风能、太阳能等发电具有较大的随机性，对协调控制提出更高的要求。这些因素的影响多会随着负荷轻重的变化而改变。微电网可并网或独立运行，相对于外部电网表现为单一的自治受控单元。从功能上看，可自愈运行的微电网对于无论来自外部还是内部的扰动或损坏，都应能自动做出快速有效的反应，实现自行修复。.项目研究基于脆弱性指标的微电网自愈控制，研究内容包括：（1）研究了计及分布式风力发电、光伏发电和负荷等随机特性的低压不对称微电网潮流计算与优化；（2）研究了微电网运行态和未来态脆弱性指标体系及其评估方法；（3）研究了基于脆弱性指标的多状态启动的微电网自愈控制策略。.通过三年研究工作的开展，达到了预期的目的，主要成果包括：（1）实现了2种考虑随机性分布式电源的低压微电网概率潮流计算方法；（2）提出了一种新颖的适用于低压不对称微电网优化运行的全局启发式优化算法——收网算法，给出了严格的数学解析收敛性证明；（3）深入研究了微电网中计及储能寿命的多目标储能系统充放电控制策略；（4）给出了微电网脆弱性的定义，并建立了微电网运行态和未来态脆弱性指标体系；（5）实现了微电网脆弱性指标综合性评估；（6）完整地分析了交流微电网和直流微电网的功率控制策略；（7）研究了电力市场环境下微电网参与电力市场竞价策略，构建了微电网内部电力市场运行机制；（8）分别研究了含可控与不可控分布式电源的微电网恢复控制策略；（9）设计了基于脆弱性指标的多状态启动的微电网自愈控制框架，初步实现了微电网的自愈控制。.本项目研究成果为微电网自治优化控制奠定理论基础，为保证微电网一体化智能优化调度提供技术支撑。