智能微电网关键技术研究及应用/王致杰/研究生教材

本书编者以多年来潜心研究的成果为主线，结合国内外智能微电网的研究情况，对智能微电网的关键技术及其应用做了较为全面的介绍。本书共分7章，主要内容包括智能微电网概述、微电网优化调度、需求侧响应管理、微电网协调控制技术、主动配电网运行优化技术、微电网孤岛检测技术、复合储能技术。本书内容涉及面广，介绍深入浅出，便于读者学习掌握。

王致杰，男，教授，上海电机学院电气工程学院副院长，长期从事电力系统自动化，电力系统分析，电力系统继电保护，电力设备在线监测与故障诊断，智能电网技术，风电设备状态监测与故障诊断等方向的科研和教学工作，授课对象：电气工程及其自动化、自动化、新能源科学与工程专业的本科生和研究生。主持国家和省部级项目10项，企业委托项目30多项，授权发明专利10项，发表论文60多篇，出版教材1本，专著1本。

第一章智能微电网概述第一节微电网的概念第二节微电网的研究现状第二章微电网优化调度第一节微电网优化调度概念第二节基于混合粒子群算法的微电网优化调度第三节微电网优化调度仿真第三章需求侧响应管理第一节需求侧响应管理概述第二节基于改进粒子群算法的微电网优化运行第三节微电网优化运行仿真分析第四章微电网协调控制技术第一节微电网系统的稳定性分析第二节基于改进无功下垂控制的微电网运行控制策略第三节基于PSOIHS算法的微电网协调控制优化第五章主动配电网运行优化技术第一节主动配电网的运行优化第二节主动配电网数学模型第三节主动配电网运行优化算法第四节主动配电网的仿真分析第六章微电网孤岛检测技术第一节分布式发电并网孤岛检测的基本问题第二节基于FFT与小波变换的分布式发电并网混合孤岛检测方法第三节分布式发电并网孤岛检测系统的建模与仿真分析第七章复合储能技术第一节复合储能及微电源变流器第二节微电网系统的复合储能第三节复合储能控制策略参考文献

进入21世纪以来，世界范围内的能源供应持续紧张，合理开发利用绿色能源已经成为一项重要课题。越来越多地利用太阳能、风能、生物质能等的分布式电源（DG,Distributed Generation）被应用于现有电网。而微电网正是有效利用分布式电源的一种新型供电方式。微电网能比较完善的应对电力系统中负荷的增长，能较大地降低传统能源的消耗，提高了能源利用率，降低了系统的发电成本，实现了节能减排。同时为分布式发电单元与电网的连接提供了较好的平台，充分利用了分布式电源的发电优势。因此，对微电网关键技术进行研究和开发变得越来越重要。本书主要介绍了智能微电网的关键技术及其应用，分析了微电网系统的基本特点、组成和工作原理，阐述了当前分布式发电领域的新理论和新方法，介绍了它们在主动配电网中的应用。具体包括以下内容：针对微电网能量管理系统优化调度问题，提出了利用人工鱼群算法（AFSA,Artificial Fish Swarm Algorithm）和粒子群算法（PSO,Particle Swarm Optimization）混合求解微电网的优化调度方法。建立了考虑风速、空气密度、光照辐照强度、蓄电池充放电能力和运行效率的各发电单元的功率输出模型，并针对微电网的实际情况对各模型进行仿真，计算每小时内各发电单元的有功输出情况。建立了含维护费用、买卖电费用、燃料费用、蓄电池损耗费用和停电损失费用的微电网优化调度模型，提出了利用AFSA算法和PSO算法混合求解微电网的优化调度方法。以含有风力发电机、光伏电池、微型燃气轮机和锂电池储能的微电网系统为例，分别采用PSO算法和AFSAPSO算法，对微电网在并网和孤岛两种模式中的六种典型运行状态进行仿真，通过对两种仿真方法进行比较分析，验证了本文所提出的优化调度方法的正确性和优越性。针对微电网系统能量管理中的运行优化问题，提出了在普通运行调度中引入需求响应的优化模型，并最终用改进粒子群算法完成了优化求解。以典型可控负荷的数学模型为基础，提出了反映用户舒适度的需求响应约束条件。建立了微电网优化运行的目标函数，并利用改进粒子群算法对该函数进行了求解，对比分析了采用需求响应情况下微电网的运行经济效益更优。建立了包含逆变器模型、电力网络模型和负荷模型的微电网全阶小信号动态模型，并基于特征值法分析了系统的稳定性和下垂系数变化对系统稳态性能的影响，建立了基于PSOIHS算法的微电网系统动态切换模型，并考虑孤岛运行模式、孤岛时负荷突变、并网运行模式及孤岛和并网两种运行模式之间互相转换的四种运行模式，提出了系统控制目标函数，并使用PSOIHS算法优化了目标函数，进而提高了微电网在这四种运行模式下的稳态和动态性能，保证了微电网系统的稳定运行及在四种运行模式之间的平滑切换。以概率模型对主动配电网内的各组成元件进行建模分析，以概率的描述方式给出了可再生能源对系统节点电压、支路潮流的影响。以成本最低、网损、电压偏移水平最低为多目标，建立了主动配电网运行优化的多目标模型进行求解。针对多目标求解的粒子群算法进行了改进，使之能够满足优化的需要，并在IEEE14节电系统上做了验证，并给出了主动配电网运行过程中，考虑负荷变化的情况下各元件的最优协调组合方案。提出了基于FFT和小波变换的混合孤岛检测方法，即分别用FFT、小波变换对孤岛电压谐波信号的低、高频部分进行处理，得到特定谐波的幅值与小波系数绝对值的平均值，通过判断这两个值是否都超过各自的阈值来检测孤岛。采用基于电网电压定向的矢量控制方法对分布式发电并网逆变器进行控制，设计了其LC滤波器以及孤岛检测的RLC负载，建立了分布式发电并网孤岛检测系统的仿真模型，分别对其检测盲区内的孤岛情况、电能质量扰动情况进行仿真，结果表明，提出的孤岛检测方法无检测盲区、能有效避免因电能质量扰动引起的断路器误动作，且比高频阻抗法检测速度更快。研究了复合储能的控制策略，将不同特性的储能装置混合使用、协调控制，解决孤岛运行下微电网暂态过程中电能质量和系统不稳定等问题，建立了基于复合储能的微电网稳定性分析数学模型，并对提出的控制策略做出评价。本书共分为七章，第一章介绍了微电网控制与保护的研究背景及意义；第二章建立了含维护费用、买卖电费用、燃料费用、蓄电池损耗费用和停电损失费用的微电网优化调度模型，提出了利用AFSA算法和PSO算法混合求解微电网的优化调度方法；第三章主要针对微电网系统能量管理中的运行优化问题，提出了在普通运行调度中引入需求响应的优化模型，并最终用改进粒子群算法完成了优化求解；第四章针对微电网中分布式电源的协调控制问题展开研究，提出了一种改进的无功下垂控制策略来提高分布式电源输出的无功功率分配精度，并采用了基于粒子群算法改进的和声搜索算法对微电网协调控制问题进行了优化；第五章是主动配电网运行优化技术；第六章提出了基于FFT和小波变换的混合孤岛检测方法；第七章是微电网复合储能技术。其中，同济大学王鸿撰写了第一章、第二章；上海电机学院王致杰撰写了第三章~第五章；上海电机学院刘天羽、王致杰和泰安技师学院程丽宁老师撰写了第六章;山东科技大学泰安校区孙霞撰写了第七章。研究生刘娇娇、陈丽娟、魏丹、张卫、席攀、苏新霞、鲍祚睿同学参加了项目研究，提供了部分研究成果，研究生程亚丽、华英、韩紫薇、朱洋艳、付晓琳同学进行了文字输入和图表的整理工作，对他们的辛勤付出表示感谢。本书在编写过程中曾得到国家自然科学基金资助项目（51477099）、上海市自然科学基金资助项目（15ZR1417300，14ZR1417200）、上海市教委创新基金项目（14YZ157，15ZZ106）和上海电气集团中央研究院、北京金风科技股份有限公司、上海寰晟新能源科技有限公司、上海科梁信息工程有限公司等单位的支持。此外，本书撰写过程中参阅了国内、外相关文献，在此一并致以诚挚的感谢。限于作者水平，本书在编写中难免存在不足之处，望请广大读者指正。编者