含电动汽车充电负荷的交直流混合微电网规划

目前分布式电源和家用电动汽车接入量越来越大,而负荷容量的增长和负荷种类的增多使得原有交流微电网已经不能支撑新增负荷需求,建立能够满足多种需求的新型微电网系统势在必行。围绕包含风电、光伏、储能电池和电动汽车的交直流混合微电网系统的优化配置问题,建立了考虑综合约束条件下含电动汽车有序充电的交直流混合微电网多目标规划模型:以降低优化配置成本和减小负荷波动为目标,应用CPLEX优化软件求解。算例比较了含电动汽车的交直流混合微电网与交流微电网优化配置的差异,研究了电动汽车有序充电以及新建交直流混合微电网与原微电网交互对优化配置的影响,验证了所提出方法的合理性和有效性。     

独立交直流混合微电网电源优化配置

对交直流混合微电网中电源进行优化配置能够减少换流损耗,降低系统成本。针对独立交直流混合微电网特有的结构和能量流动方式,考虑能量传输效率,提出了改进的能量管理策略。优化配置模型以经济性最优为目标,综合考虑环保性和供电可靠性,采用改进的人工蜂群算法对模型进行求解,得到独立交直流混合微电网的分布式电源优化配置结果。最后,通过算例进行仿真验证,结果表明,交直流混合微电网相对于纯粹交流微电网和直流微电网能够降低系统运行成本,使用改进后的能量管理策略能得到经济性更优的微电网电源配置方案。     

（17期已排）交直流混合微电网系统建模及协调控制研究

微电网是指由分布式电源、能量转换装置、负荷监控和保护装置汇集而成的小型发配电系统,是一个能够实现自我控制和管理的自治系统。交直流混合微电网是分布式电源、配网以及负荷在种类多样化和低成本化发展进程中较为理想的产物。文章针对未来交直流互联的混合配网中高密度分布式电源、负荷接入和管控的应用场合,提出了一种新型的互为支撑的交直流混合微电网拓扑结构,建立了相应的仿真模型,并进行了交直流混合微电网的系统稳定性分析。仿真结果进一步验证了文中所建交直流混合微电网模型的正确性和所提交直流混合微电网及其方案的可行性。     

基于NSGA-Ⅱ和模糊决策的交直流混合微电网多目标优化调度

风电、光伏等可再生能源在微电网的渗透率日益增加，使得交直流混合微电网经济调度难度加大。为实现含高渗透率可再生能源的交直流混合微电网的优化运行，结合分时电价机制，对蓄电池充放电策略进行研究。以经济成本和总节点电压偏差为优化的目标函数，建立考虑蓄电池荷电状态和公共直流母线关键节点电压偏差的多目标优化模型；针对非支配排序遗传算法(non-dominated sorting in genetic algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)只能求出一个非劣解集的特点，将NSGA-Ⅱ和模糊决策相结合，利用模糊决策从非劣解集中寻找最优解。最后针对交直流混合微电网算例，求出交直流混合微电网的优化调度策略，结果表明该算法能有效降低交直流混合微电网运行成本以及公共直流母线关键节点的电压偏差。     

交直流混合微电网源储协同优化配置

为提高交直流混合微电网运行效益,需要为分布式电源配置储能系统,以提高微电网对可再生电源的接纳能力。本文以交直流混合微电网为研究对象,提出电源与储能相协同的混合整数优化模型,以确定电源与储能的最优配置。以电源与储能投资成本以及涵盖发电成本与购售电费用的运行成本最小为目标,协同考虑电源与储能的时序动态特性,并计及交直流联络线功率传输损耗。基于Benders分解算法求解混合整数优化模型。算例分析表明,源储协同优化配置方案能够有效提高交直流混合微电网投资运行经济性,验证了本文所提模型的有效性。     

交直流混合微电网动态架构重组研究

现有微电网的架构在运行期间极少变动,而微源输出功率具有随机性和间歇性,并且微电网负荷的波动较大,这导致系统难以获得全局最优运行状态。首先提出了交直流混合微电网动态架构重组的思想,以减少交流母线和直流母线之间的能量流动,实现交直流混合微电网的优化运行。构思了一种交直流混合微电网架构,分别建立了并网模式和孤岛模式下的数学模型,并以山东某光伏电站的光伏输出功率历史数据及相应的用户负荷数据为例,建立了基于支持向量机的超短期负荷预测模型和光伏输出功率预测模型,并在此基础上通过NSGA-Ⅱ算法动态优化混合微电网的架构。算例结果表明了所提架构重组思想的有效性。     

考虑需求侧响应及不确定性的微电网双层优化配置方法

微电网是分布式发电的有效组织形式,微电网的优化配置是保障微电网运行经济性和稳定性的关键。随着直流负荷的增加,交直流混合微电网已成为微电网的研究热点。研究在分布式电源容量优化时,兼顾微电网运行优化的交直流微电网双层优化配置方法。在此基础上,分析可再生能源发电的间歇性与不确定性对微电网优化配置的影响;并引入需求侧响应,通过引导用户改变用电方式,达到优化负荷特性的目的,从而降低系统的经济成本,提高微电网系统的稳定性。结合工程实际,通过NSGA-II算法与混合整数线性规划结合的方法来求解多目标双层优化配置模型,并用算例证明了该方法的合理性和有效性。     

考虑电热耦合的交直流微电网多目标优化配置

在当前电热联系日渐紧密以及交直流微电网日益成熟的发展趋势下,以投资成本、CO_2排放量以及换流损耗最小为优化目标,综合考虑微电网电/热功率平衡、自治能力等多种约束,提出了考虑电热耦合的交直流混合微电网电/热源双层优化配置模型。其上层为微电网内的各设备容量配置模型,下层是对微电网内各设备运行策略的确定,通过上下层的联合优化对微电网内各设备容量进行配置研究。对比不同规划场景,分析电热耦合对优化目标的影响,通过全年的设备出力和典型日的功率平衡曲线,说明了含电热耦合的交直流微电网供电/热的可靠性,最终验证了所述模型的合理性和有效性。     

含直流馈线分区优化的交直流混合微电网规划

随着直流负载和电源设备的不断发展,传统交流电网需要承担的直流负载容量也不断增加。这将导致整流逆变器装置等电力电子设备的大量接入影响电网的稳定性与经济型,而交直流混合微电网可作为这一问题的良好解决方案,在满足交流和直流负载供电的同时,减少整流逆变装置的安装数量。由于直流负载可在微电网中随机分布,如何布置直流馈线同时又能满足微电网运行的经济性和安全性指标,仍需进一步研究。为了解决这一问题,以分布式电源、整流逆变装置和交直流混合配电网的投资总成本以及DERs的运行费用最小为目标,提出了含直流馈线分区优化的交直流混合微电网规划模型。还针对交直流混合微电网的潮流方程进行统一推导,并纳入规划模型当中。提出的模型能够在保证直流馈线连续性的前提下,实现DERs的选址定容优化以及直流馈线分区优化。在改进IEEE-33配电系统中对模型进行了测试,实验结果验证了模型的有效性。     

交直流混合微电网系统设计与控制架构分析

微电网是实现大规模分布式电源接入配电网的重要技术途径和手段,其中交直流混合微电网综合了交流微电网和直流微电网各自的优势,已经成为微电网技术发展的重要方向。以国家863项目示范工程"交直流混联微电网上虞示范站"为背景,从拓扑结构设计、关键研发设备和分层控制架构等方面介绍其主要技术特征。重点阐述了该交直流混合微电网的协调控制策略,包括四种运行模式和八种模式切换流程,并结合实际运行结果进行验证。运行实践表明,示范工程能够显著提高负荷的供电可靠性,促进高比例分布式电源就地消纳,对未来交直流混合微电网技术的发展具有一定指导意义。     

微网运行控制、建模与仿真专辑主编评述

微网技术自上世纪末期提出以来，特别是经近十年来国内外广泛深入的研究、开发与技术示范，得到了快速的发展。微网，特别是多能源微网在未来能源互联网中将扮演着“有机细胞”作用,因而会受到学术及工业界的持续关注。基于自适应协调控制、建模与稳定性分析、故障分析与保护等微网技术最新研究进展, 《电源学报》特别推出《微网运行控制、建模与仿真》专辑,以探讨微网运行控制技术和建模与仿真技术难点和热点，推动微网技术进一步深入研究。     

微电网组网优化设计

微电网是解决分布式电源接入的有效途径,目前许多国家和地区都加强了对微电网技术的研究和示范工程的建设。文章通过对交直流微电网结构、微电网控制范围、微电网负荷控制颗粒度选取、固态开关运用等方面进行分析,对微电网组网结构的优化提出探讨,这些探讨可为实际的微电网组网设计提供一定的借鉴意义。     

一种微网群架构及其自主协调控制策略

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。     

Enhanced Nature-Inspired Meta-Heuristic Algorithm for Microgrid Performance Improvement

Abstract

In this article, a new selection technique based on Enhanced Nature-Inspired Meta-Heuristic (ENIMH) optimization algorithm is presented to improve the Microgrid (MG) dynamic performance. Interconnected microgrids have the ability to provide a clean and sustainable energy during normal and emergency operating conditions. The concerned microgrid includes hybrid renewable energy sources (RES) and energy storages systems (ESS). MG achieves a reduced dependency on the electric grid and provides flexible and adaptive energy supply. This paper develops a new selection technique based on ENIMH optimization that distinguishes the degrees of resemblance between the best individual and other individuals of current population. This technique proposes a binary coding of individuals, and is compared to conventional techniques; it allows each individual to occupy a section of the modified roulette wheel selection for the calculated degree of resemblance. This enhanced optimization technique tunes the dynamic PID parameters of microgrid closed loop system. The designed strategy is dependably to locate the arrangement of enhanced parameters to minimize the system frequency fluctuations in the microgrid and to provide the improved dynamic performance by being sensitive to variations for closed loop response under various power and load conditions. The proposed technique has been demonstrated using Matlab/Simulink simulation on the underlined microgrid, where the achieved results confirm the effectiveness of proposed selection method for the reproduction of best individuals to show the improved performance. The proposed technique achieved satisfactory performance for PID-controllers, and provided a good closed loop performance, minimum overshoot and minimum fitness index, in comparison with other well-established methods. The results emphasize that ENIMH optimization algorithm has the exploration and exploitation capability of population best individuals to accomplish the best solutions.     

用于提升电–气两网调节能力的微网集群协调运行模型

针对单一多能源微网受能源类型、自身容量制约,难以充分实现多种能源高效利用和协调控制的问题,该文基于多能源微网能量交互策略建立可提升电-气两网调节能力的微网集群优化运行模型。首先建立以电热冷、电气氢、电热气氢、电热冷气氢等不同能源类型运行时多能源微网能量供给、转换特性的统一模型;然后在统一模型的基础上,建立满足电-气两网调节需求的多能源微网集群系统运行优化模型;随后以多能源微网集群的总运行成本最小和能源利用效率最大为优化目标,使用改进的区域局部搜索NSGA-Ⅱ算法(NSGA-Ⅱ-RLS)对建立的微网集群优化模型进行求解;最后,基于改进的IEEE14节点系统和天然气网络6节点系统,构建可提升电–气两网运行调节能力的多能源微网集群运行仿真模型。仿真结果表明,所提多能源微网集群系统能够有效提升电-气两网调节能力,实现多能源微网集群系统的多能互补运行。     

考虑逆变型分布式电源时滞的孤岛微网小信号稳定分析

孤岛微网电源容量小且网架结构薄弱易于发生稳定性问题。文中针对基于下垂控制含逆变型分布式电源(IIDG)的孤岛微网系统,通过参数灵敏度和参与因子分析对IIDG小信号模型进行化简;结合柴油机经典同步发电机模型并考虑IIDG执行机构时滞特性,构建了孤岛微网小信号模型;采用特征根分析法对考虑IIDG侧时滞后的孤岛微网在IIDG机组出力、下垂系数及时滞时间常数变化下的小信号稳定性进行分析。其结果可用于指导孤岛微网IIDG机组投运组合和顺序的策略,采用时域仿真验证了研究结果的有效性。     

微网保护分析

对微网特性以及影响保护的因素进行了分析,提出了微网的保护机制并进行了仿真。微网系统内部的保护须考虑逆变式电源的限流作用和微网双向潮流特性,还须综合考虑通信的应用,保护在不同运行方式下的适应性,与控制方式的协调性以及动作时间的合理设置等问题。在对这些因素进行分析的基础上,提出了微网的保护机制:对于线路故障,采用纵联保护;对于负荷故障,采用各相电流矢量和作为故障判据。研究中利用下垂控制原理在PSCAD中搭建了微网的模型,并对微网孤岛运行模式下各种负荷故障情况进行了仿真,仿真结果表明了所提负荷故障保护方法在孤岛运行方式下的有效性。     

交流微电网系统并网保护分析

交流微电网系统保护按其功能可分为并网保护和微电网内部保护。文中以交流微电网的结构和特点为基础,重点分析不同规模微电网并网保护,参照微电网类型将其分为系统并网保护、区域并网保护及单元并网保护。通过对不同级别微电网负荷、运行方式进行分析,结合各级微电网的功能,提出3种类型并网保护的配置策略。考虑到大型微电网结构复杂,不同级别微电网之间可能存在包含关系,分析了发生区内、区外故障时3种类型并网保护之间动作时间的配合。最后在PSCAD/EMTDC中建立IEEE P1547.4典型微电网拓扑,仿真验证了并网保护配置方案的有效性与可行性。     

微电网运行与发展研究

微电网可以减缓传统电力系统扩张的需求,控制潜在的数量庞大的分布式电源(DERs)带来的新挑战,并能满足用户对高级别的安全性和电能质量的需求。详细阐述了微电网的概念和结构,介绍了世界各地微电网研究现状,并在此基础上结合中国国情,分析了微电网在中国的发展,并提出了几点建议。     

微网孤岛运行时基于逆变器的新型功率控制

提出了一种在微网孤岛运行下逆变器无信号线功率分配的新型控制策略——动态功率平衡。当微网被动或主动地与上级电网断开时,微网会处于孤岛工作模式。在这种情况下,通过逆变器连接的电源则表现为电压源,其幅度和频率则通过下垂特性得到控制。然而,当负载重载或轻载时,这种下垂特性会产生大的频率偏移;平缓的下垂特性可以避免频率的过大偏差,但却使得逆变器之间难以功率分配。与传统的下垂控制相比,通过动态地改变大容量逆变器中下垂曲线的位置,动态下垂曲线控制则可将系统频率控制在一个设定的范围内,这样不但使得微网中大部分电源工作在额定功率下,在负载降低时也能充分利用新能源发电,同时这些逆变器仍可以保持原有的功率分配特性。还给出了控制方法的分析与设计,通过应用PSCAD/EMTDC仿真,验证了此种控制方法。