混合微电网快速控制原型与能量管理系统平台

混合微电网快速控制原型与能量管理系统平台不仅兼容计算功能强大的Matlab软件系统，还可与已有的功率放大器联合，形成虚实结合、控制灵活、国际一流的交直流模拟微电网系统，该系统支持设计型、研究型创新实验开发，将全面向控制理论与工程、电气工程、电力电子与电力传动等专业的本科生、研究生开放，此设备可做原型验证与开发工作。平台设备主要包括快速控制原型RCP和混合微电网能量管理与硬件在环，由硬件实时模块和软件模块组成，该平台系统既具有快速控制原型功能，可与功率放大器主电路接口并进行实时控制，又具有硬件在环(HILL)功能，建立Matlab微电网模型实现模拟运行控制。

★FPGA芯片：性能不低于 Kintex-7 160T @Xilinx，FPGA核心数量≥3★快速下载验证控制算法，基于图形化编程，支持第三方仿真软件模型编译后生成文件的下载与运行（Simulink）；支持LabVIEW控制代码下载；一键编译下载。★FPGA开放可修改，用户可根据具体的要求在FPGA上自定义开发，并负责技术培训。★核心FPGA芯片性能不低于：@Xilinx Kintex-7 325T FPGA≥1个；★直接支持SimPowerSystems电路模型(*.slx文件) 且无需任何的编程或编译；★支持控制算法（50-200us）和主电路模型(0.25-1.5us)在不同仿真步长下做自闭环仿真。★支持电力电子拓扑与电机模型在FPGA上实时运行，仿真步长0.25~1.25μs，支持最大仿真规模130个关键器件（电源、L、C、开关器件）。★FPGA芯片不低于Kintex-7 160T @Xilinx；数量2★快速下载验证控制算法，基于图形化编程；支持LabVIEW控制代码下载；一键编译下载，FPGA开放可修改。

2018年6月7日，《微电网能量管理系统技术规范》发布。

2019年1月1日，《微电网能量管理系统技术规范》实施。

随着DG、储能装置和直流负荷的逐步渗透与现有交流系统的广泛存在，交直流混合微电网将是今后发展的必然趋势。主要分析交直流混合微电网中现存的问题并对未来进行展望。

(1)现有的交直流混合微电网研究主要针对典型的交直流混合微电网结构，未来的交直流混合微电网中将包含多条不同等级的交流母线和直流母线，多条母线之间的协调控制与功率管理将是今后研究的热点问题。

(2)未来的交直流混合微电网中，连接DG的电力电子装置、储能装置以及非线性负荷等导致的电能质量问题是一个重要课题。谐波、三相不平衡和电压的凹陷/膨胀等问题在配电网中备受关注，不久的将来电能质量问题将更加严峻。因此，研究辅助装置(如无功补偿，电压不平衡补偿，谐波补偿，功率因数校正等)在交直流混合微电网中的应用将是未来研究的新方向。

(3)经济性能是交直流混合微电网设计与运行的重要指标，虽然微电网相比于传统电网，在某些地区由于成本更高、用电需求多变等因素，经济性欠佳，但是随着大电网的支持作用与辅助装置成本的降低，交直流混合微电网具有更大的发展前景。不过，经济风险问题是大规模微电网渗透所需解决的必要因素。

(4)电源管理系统与单元控制策略需要确保交直流混合微电网在并网、孤岛与瞬时切换3种状态下都能稳定运行，尤其是并网和孤岛运行模式之间的过渡应该无缝和光滑。其次，需求侧响应与大电网的多时段电价等市场条件都对交直流混合微电网的运行产生不同的影响。研究主要针对某一方面调研，实际的微电网运行是一个长期的综合过程，因此，未来的研究应充分考虑多种因素。

(5)交直流混合微电网的自治管理离不开相应的通讯系统。己有的交直流混合微电网都采用简单的集中通讯或分布式通讯系统，但对其通讯系统未深入探讨。通讯系统的可靠性、安全性、鲁棒性和经济性是选择通讯技术和设计通讯拓扑需进一步考虑与研究的课题。

(6)交直流混合微电网的应用离不开保护装置的成熟应用，然而现阶段的交直流混合微电网的保护技术研究才处于起步阶段，开发具有灵活可靠的直流断路器成为未来研究的重点。2100433B

交直流混合微电网交直流混合微电网拓扑结构

微电网从交流母线和直流母线的配置角度，可分，为交流微电网、直流微电网和交直流混合微电网。交直流混合微电网因其兼备交流微电网与直流微电网的优势，能更好促进DG的消纳，同时可以提高经济效益，是微电网发展的趋势。交直流混合微电网的典型结构包括各自独立连接运行的直流微电网系统和交流微电网系统以及双向变流器，如右图1所示。图中：DG代表各类分布式电源，如光伏、风机、燃料电池、微型同步电机等；ESS代表储能装置，如蓄电池、超级电容器等，各电力电子装置根据母线类型和控制要求选择类型。该交直流混合微电网内部由各单元在其交流子微网或直流子微网内按照各自原则并联构成，外部由四象限运行的换流器连接，整个混合微电网由交流母线通过馈线并入电网。本质上，交直流混合微电网结构是在交流微电网的基础上发展而来，其核心为交流微电网系统中的交流母线，承担整个系统的连接反馈作用。而直流微电网子系统可视为逆变器作用下的特殊DG，其重点是维持直流母线电压稳定，以确保供电可靠。

图25交直流混合微电网的典型结构

考虑传统交流与直流微电网的网架结构，交直流混合微电网可以设计为辐射型、双端供电型、分段联络型、环型等拓扑结构。辐射型微电网结构简单，对控制保护要求低，但供电可靠性较低。两端供电型与辐射型配电网相比，当一侧电源发生故障时，可以通过操作联络开关，由另一侧电源供电，实现负荷转供，提高整体可靠性。环型微电网相比于两端供电型，可实现故障快速定位、隔离，其余部分电网可像两端供电型运行，供电可靠性更高。构建交直流混合微电网网架时，根据供电可靠性与经济性的不同要求，选择最合适的网架结构。

交直流混合微电网运行方式相比于单一系统的微电网而言更加灵活，可以最大程度地满足就地消纳资源、响应负荷需求等微电网规划设计的个性化需要，但同时对于技术要求偏高，现阶段而言，要将混合微电网模式大面积应用于实际电网市场还需要很长的过程。

交直流混合微电网分布式电源容量配置

交直流混合微电网的拓扑结构是微电网设计之初考虑的问题，当微电网结构设计合理完备后，交直流混合微电网的容量配置问题亚需解决。相比于传统大电网，交直流混合微电网由于DG与储能装置的存在，容量配置问题更加复杂:DG的随机性、波动性受地理环境影响较大;蓄电池的寿命增加了容量配置的约束条件。

交直流混合微电网的容量配置主要分为4部分：（1）资源、负荷、地理环境的调研与微电网网络结构的确定；（2）设备型号与设备数量的选择；（3）容量配置最优化模型的建立；（4）优化求解。容量配置最优化模型的建立主要分为目标函数的选取与约束条件的确定，目标函数主要分为可靠性指标与经济性指标2类，约束条件主要考虑系统运行约束、备用容量、蓄电池充放电约束等。容量配置优化模型的求解主要分为解析法和智能算法，由于智能算法具有计算简单、鲁棒性强、约束限制较少等优点，主要采用智能优化算法进行求解，典型代表有遗传算法、粒子群优化算法和模拟退火算法。

国内外针对微电网容量优化配置的研究主要集中在孤立微电网容量配置研究，重点研究容量配置优化模型的建立和智能算法的改进。同时，国外还开发了可用于研究微网(太阳能/风能微网)容量优化配置的软件，例如Hybrid2软件和HOMER软件。但是，近年来关于并网微电网的容量配置研究比较少，同时微电网容量配置问题的研究主要针对具体的情况，目标函数与约束条件纷繁错杂，未能形成统一的标准，因而缺少对交直流混合微电网整体的研究。