微电网系统中智能电网控制策略的可靠性评估

微电网系统中智能电网控制策略的可靠性评估

付宁    

摘要：针对智能电网控制策略的可靠性问题，提出一种基于动态规划和蒙特卡罗仿真相结合的方法，对智能电网中各种控制策略的可靠性进行评估。首先，通过分析智能电网控制策略的结构和运行方式，建立了具有典型分布式电源、负荷特性的微电网模型；其次，基于动态规划算法实现了对微电网中各种控制策略的可靠性评估，并对所提方法进行了验证；最后，对微电网系统中各控制策略的可靠性进行了综合分析，并给出了相应的建议。实验结果表明，所提方法能快速、准确地评估出微电网系统中各种控制策略的可靠性，能够为智能电网系统的优化设计提供理论依据。

关键词：微电网系统；智能电网；可靠性评估

引言

智能电网是传统电力系统与信息技术相结合的产物，它以互联网、计算机技术、通信技术和控制技术为基础，将各种分布式电源、储能装置以及负荷合理地配置在电网中，形成具有信息感知、自我控制、自适应能力的开放电网。微电网是智能电网的重要组成部分，在微电网系统中，各种控制策略通过相互协调实现了微电网系统的高效运行，但这些控制策略的可靠性有待评估。一方面，智能电网中的控制策略是由微电网系统中各分布式电源、负荷和储能装置所组成，其组成结构复杂，因此微电网系统中各种控制策略之间存在着相互依赖和制约关系。另一方面，虽然智能电网控制策略可以在一定程度上实现对微电网系统中各分布式电源、负荷和储能装置的调节和控制，但由于这些控制策略都是基于状态空间进行规划，所以在可靠性评估时难以确定状态空间中的最优解，所以其可靠性也有待进一步的评估。

1 建立具有典型分布式电源、负荷特性的微电网模型

采用IEEE14节点系统对本文提出的可靠性评估方法进行验证，给出了具有典型分布式电源、负荷特性的微电网模型。

其中，并网光伏发电系统由光伏电池、逆变器和控制系统等组成，能够提供一定的电能；柴油发电机与光伏电池共同组成储能系统，能够储存一定的电能；柴油发电机和蓄电池之间通过逆变器相连，能够提供一定的电能；微电网系统中其他电源的控制策略通过控制逆变器进行控制。

负荷用电负荷数据采用国际通用的 IEEE 14节点负荷数据，具体包括居民用户、商业用户、工业用户以及公共交通等用户类型。根据IEEE14节点系统的负荷数据，设定本文所用微电网模型中的各节点电压、无功功率、有功频率以及频率恢复时间，同时设定微电网模型中各节点的电压、无功功率以及有功功率变化率等变量。

2 基于动态规划算法对智能电网控制策略的可靠性评估

2.1 状态空间和动作空间

将状态空间和动作空间等价转换为时间空间，可以更好地分析智能电网控制策略的动态过程。

设状态空间S表示智能电网系统中的多个微电网，在时间维度上，每个微电网都与其他微电网相连，各微电网的有功功率和无功功率均由其他微电网的控制策略所决定。对于每个微电网，其有功功率和无功功率都与其与其他微电网连接的时间有关。因此，微电网中各微电网之间的相互影响是一个非线性关系。

2.2 目标函数和约束条件

为了能够在有限时间内得到最优策略，需要保证在给定的状态空间中，动作空间中的策略能够最大限度地满足动作空间的约束条件。根据图1所示的状态空间和动作空间，可以得到一个目标函数。在这里，目标函数中考虑了系统的运行成本。

为了在保证策略能够满足动作空间约束的同时，使得策略执行后能够满足状态空间约束，这里用系统运行成本来代替目标函数中的成本。为了保证策略执行后满足状态空间约束，这里引入了一个目标函数，用来描述策略在执行后能够满足状态空间的约束条件。

2.3 基于动态规划的可靠性评估方法

由上述模型可知，控制策略对电网运行的可靠性具有重要影响，因此可建立数学模型对其进行评估。本文基于动态规划的思想，利用连续状态变量和离散状态变量的动态特性，对所建模型进行求解，同时结合模糊理论中的隶属函数及模糊算子，在实际应用中得到更为准确、实用的评估结果。

3 对微电网系统中各控制策略的可靠性的分析和建议

3.1 采用分布式控制技术

采用分布式控制技术，可以有效地将分布式电源接入微电网系统，解决了微电网中分布式电源的就地化、分散化和可逆性，避免了传统集中式控制策略所存在的缺陷。分布式控制技术可实现微电网系统中的功率平衡和电压调节，在不需要大量中央集中控制单元的情况下就能保证整个微电网系统的安全运行。例如，在微电网系统中采用基于下垂控制的分布式控制技术，当无功功率达到该负荷所要求的最大值时，微电网系统将自动地切除这部分负荷并将剩余容量分配给其他负荷；当无功功率不足时，微电网系统也会自动地切出部分容量以满足其他负荷的需求。

3.2 对储能设备的管理

对于微电网系统中储能设备的管理，主要包括以下几个方面：

（1）储能设备的容量配置。储能设备在系统运行过程中，需要进行充放电以维持系统的正常运行，所以储能设备容量的配置与微电网系统的可靠性具有直接联系。但由于微电网系统中，分布式电源、储能设备和负荷之间的交互比较复杂，因此在对微电网系统进行规划设计时，需要考虑到微电网系统中各个分布式电源之间的协调运行。

（2）储能设备的保护与管理。由于储能设备在充放电过程中会产生大量的热量，同时在充放电过程中也会有电能损耗，因此储能设备需要配备相应的保护装置以保护其正常运行。但是由于储能设备具有功率可调和不受控制等特点，其内部存在的隐患问题可能会造成系统无法正常运行，甚至危及到系统的安全，因此对于储能设备的保护应该通过对其进行实时监控来实现，同时对于储能设备的控制需要考虑到其在系统中的可维护性。

3.3 优化储能控制策略

为提高储能系统的可靠性，有必要对储能系统进行优化控制。本文提出了一种基于模糊控制的储能系统优化控制策略，该策略能够根据实际负荷和储能系统容量来调整其充放电功率，使储能系统工作在最优状态，从而提高整个微电网系统的可靠性。为提高储能系统可靠性，可以从以下几个方面进行：

（1）在对储能进行控制时，应综合考虑实际负荷和储能系统容量，使其工作在最优状态；

（2）当电网出现故障时，微电网可以通过对储能的控制使其工作在最优状态；

（3）对储能的充放电功率进行合理的分配，保证在必要的时候可以为负荷供电。

结束语

总而言之，智能电网中各种控制策略之间存在相互依赖和制约关系，因此在对其进行可靠性评估时需要考虑到各个控制策略之间的相互影响，以确定它们在智能电网系统中的优先级和权重。本文采用动态规划算法和蒙特卡罗仿真相结合的方法，对智能电网中各种控制策略进行可靠性评估，并通过算例验证了所提方法的有效性。

参考文献

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