一种微网群架构及其自主协调控制策略
中国电工技术学会主办，2017年6月21-24日在河北省张北县举办，大会围绕新能源发展战略、系统关键技术、微电网及储能等重要议题展开交流。浏览会议详情和在线报名参会请长按识别二维码。
国家电能变换与控制工程技术研究中心（湖南大学）的研究人员周小平、陈燕东、周乐明、罗安、伍文华，在2017年第10期《电工技术学报》上撰文，微网群作为多个交、直流子网的互联系统，其组成结构的复杂性增加了微网群的功率协调控制难度。提出一种微网群架构及其自主协调控制策略，该架构主要包括交、直流子网，功率交换单元（PEU）和能量池（EP）。
PEU主要用于协调微网群内各子网与EP进行功率交换，使得各子网实现能量互济，并维持各子网母线电压及频率的稳定；EP主要用于维持EP直流侧母线电压的稳定运行，并实现对PEU所需交换净功率的合理分配。
针对PEU和EP分别提出基于自适应功率交换系数的功率协调控制方法和分层协调控制方法，有效地实现了微网群的自主协调控制。仿真与实验结果都证明了所提微网群架构及其自主协调控制策略的有效性。
随着传统化石能源的日益枯竭、全球能源危机的加剧，太阳能、风能等分布式电源（DistributedGenerators, DGs）得到了广泛的应用，微电网作为接纳分布式电源的有效手段，逐步引起了社会的广泛关注[1-5]。
微电网是由分布式电源、储能电池、负荷和电力电子变换器构成的可控系统，既可并网运行，也可孤岛运行[6-9]。但单个微电网存在工作容量有限、抗扰动能力弱等缺点，再加上分布式电源输出功率的间歇性和负荷的多变性，在分布式电源高渗透率工况下，如何有效提高微电网供电可靠性是亟待解决的关键技术。
一种解决方法是将多个微电网构成一个微电网群集系统（简称微网群）。微网群作为分布式发电网络的一个全新概念，立足于微电网，将地理位置上毗邻的微电网、分布式发电系统互连，它不仅能有效集成各种分布式电源，还可实现群内各子网之间的能量调度和互济，增强彼此间的供电可靠性[10]。
目前国内外对微网群的研究还处于起步阶段，相对于单一微网的协调管理，微网群的协调控制更加复杂，不仅要考虑各子网内分布式电源的能量协调分配，还需要考虑各子微网之间的互联状态以及群级协作下各子微网之间的功率优化调配和协调控制。
文献[11]提出了一种微网群分级控制策略，通过增加群级的能量协调控制，并以微网群的经济性和最大能量利用率为目标进行功率的协调控制。文献[12]提出一种微网群多代理控制策略，在微网群中引入多代理系统，利用代理的自治性与协作性，可提高微网群协调控制的有效性。但上述所提控制策略均是基于通信的协调控制策略，严重依赖通信系统。
为此，很多文献提出了对等分散控制策略，其中下垂控制是最受关注的，文献[13-15]提出了一种基于下垂控制的能量协调管理方法，可实现对交直流混合微电网两侧的功率交换进行有效控制，使得交直流混合微电网实现功率自主协调控制成为可能，但上述所提控制方法使得混合微电网两侧一直存在能量交换，这样就会不可避免地造成能量的损耗。
为此，文献[16-18]对其做出了改进，规定只有混合微电网工作在一定范围时，才进行功率交换控制，这样就可避免由于混合微电网两侧频繁的功率交换而造成的能量损耗。但是，这种控制方法很有可能导致混合微电网两侧工作电压偏离额定值比较大，在混合微电网两侧都重载运行时或者轻载运行时，两侧依然存在能量交换，使得原本就重载运行或轻载运行的微电网子网的工作电压偏离额定值更大。
值得注意的是，以上对等分散控制方法都局限于单个或者两个微电网之间的能量协调控制，较少有文献涉及3个或3个以上微电网组成的微网群的自主协调控制。
本文提出一种微网群架构及其自主协调控制策略，该架构主要包括交、直流子网，功率交换单元（Power ExchangeUnit, PEU）和能量池（Energy Pool, EP），通过下垂控制实现各微电网子网的功率均分，以达到分散控制的目标。
针对PEU提出基于自适应功率交换系数的功率协调控制方法，以协调微网群内各子网与EP进行功率交换，使各子网实现能量互济，并有效维持各子网内电压及频率的稳定运行；针对EP提出分层协调控制方法，以维持EP直流母线电压的稳定运行，并实现对PEU所需交换净功率的合理分配。最后进行了仿真和实验验证。
1 微网群架构
考虑到DGs输出功率的间歇性，为了保证微网群内各子网的平稳运行，需加入储能电池，对系统的功率波动进行缓冲。储能电池在交流微电网中往往被当作电流源进行控制，用来维持分布式电源和负载的供需平衡，而在直流微网中储能电池被设计成电压源，用来协调管理直流母线电压。如果在微网群中储能电池采用两种不同的控制方案，很难做到即插即用，也会增加系统的控制难度。
本文将所有储能电池通过双向直流变换器连接到一起构成EP，且所有微电网子网都通过PEU接入EP，从而可通过PEU与EP进行功率交换，这样就可对储能电池采用相同的控制策略，降低了微网群的协调控制难度。
本文提出的微网群架构如图1所示，主要由交、直流子网、PEU和EP构成。其中交、直流子网由分布式电源、电力电子变换器以及负荷组成；PEU由多个AC-DC变换器和DC-DC变换器组成，且所有交、直流子网都通过PEU与EP进行功率交换；EP由多个双向DC-DC（Bi-DirectionalDC-DC Converters, Bi-DC-DC）变换器并联而成，通过对Bi-DC-DC变换器采用合理的控制策略，可有效地维持EP直流母线电压的稳定。此外，微网群通过断路器和变压器连接大电网，既能并网运行也能孤岛运行。
图1 微网群典型架构
在大电网正常运行时，微网群可并网运行，此时EP直流母线电压的稳定由大电网保证，而各交、直流子网的供电可靠性可通过控制PEU实现，此时各子网中的DGs可工作在恒功率输出状态或者最大功率跟踪状态，储能系统不工作或者工作在荷电状态（State of Charge,SOC）恢复阶段。
但是，当大电网出现故障时，微网群转为孤岛运行模式，这种工作模式对微网群的控制系统要求非常高，此时，所有子网的供电可靠性都依赖于对各子网内的DGs、PEU和EP的协调控制，而DGs供电最显著的缺点就是输出功率有间歇性和波动性。因此，必须采取合适的协调控制策略，才能保证微网群中各子网的功率平衡。
2 微网群的自主协调控制策略（略）
3 仿真和实验（略）
4 结论（略）
本文针对微网群内各子网的能量互济以及功率协调交换控制难题，提出了一种微网群架构及其自主协调控制策略，并得到如下结论：
1）所提微网群架构可为微网群内各子网之间的能量流动提供通道，可实现各子网的能量互济，并提高微网群的供电可靠性。
2）所提基于自适应功率交换系数的PEU功率协调控制方法可有效地协调微网群内各子网与EP进行功率交换，从而维持各子网电压及频率的稳定运行。
3）针对EP提出的分层协调控制方法，可对微网群的能量波动进行缓冲，维持EP直流母线电压的稳定，并实现对PEU所需交换净功率的合理 分配。
4）仿真与实验结果验证了所提微网群架构及其自主协调控制策略的有效性，可推广应用到多交直流微电网互联系统中。