電力系統(tǒng)分層控制

電力系統(tǒng)分層控制指根據(jù)電力系統(tǒng)管理體制、組織、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和電壓等級，各級調(diào)度按職責和任務(wù)及其管轄范圍，對電網(wǎng)的有功-頻率、無功-電壓、線路潮流進行的控制和管理。

中文名稱

電力系統(tǒng)分層控制

英文名稱

hierarchical control of power system

定　　義

根據(jù)電力系統(tǒng)管理體制、組織、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和電壓等級，各級調(diào)度按職責和任務(wù)及其管轄范圍，對電網(wǎng)的有功-頻率、無功-電壓、線路潮流進行的控制和管理。

應(yīng)用學(xué)科

電力（一級學(xué)科），調(diào)度與通信、電力市場（二級學(xué)科）

借助現(xiàn)代計算機技術(shù)和通信技術(shù)實現(xiàn)電力系統(tǒng)調(diào)度分級管理的技術(shù)手段。在應(yīng)用現(xiàn)代微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)和控制理論的基礎(chǔ)上，按調(diào)度分級管理劃分的范圍，實現(xiàn)電力系統(tǒng)信息收集和交換、安全監(jiān)視和控制、經(jīng)濟運行以及保證各層控制功能的自動協(xié)調(diào)。輔助調(diào)度人員指揮電力系統(tǒng)的生產(chǎn)運行。2100433B

為了對復(fù)雜系統(tǒng)進行完善的管理和控制就必須對這些系統(tǒng)所具有的分層結(jié)構(gòu)有意識地加以利用，因為要一舉設(shè)計一個巨大的系統(tǒng)是很困難的。一般來說，多數(shù)分層方式是根據(jù)系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)來進行分層的。但也可以根據(jù)控制的復(fù)雜程度和控制目的，把控制過程從功能上進行分層，控制系統(tǒng)看作是由這些功能聯(lián)系起來構(gòu)成的。

分層控制有以下鮮明的特點 ：

（1）當控制系統(tǒng)發(fā)生局部故障時，分層結(jié)構(gòu)可有效地對故障進行隔離，將故障影響限制在局部范圍內(nèi)，這樣就更易于保證整個系統(tǒng)的可靠性。

（2）)對于經(jīng)常變更和擴大控制對象的大規(guī)模系統(tǒng)，如果把它作為子系統(tǒng)的集合來看時，則容易應(yīng)對局部系統(tǒng)的變更和擴大，因此分層控制結(jié)構(gòu)具有適應(yīng)系統(tǒng)發(fā)展的靈活性。

（3）各子系統(tǒng)為達到其控制目的可能會出現(xiàn)互相排斥或矛盾的情況，必須對各子系統(tǒng)及其功能進行統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)。

（4）若分層系統(tǒng)層次過多，會造成處理時間產(chǎn)生延遲，影響整個系統(tǒng)運行效率。

主流的微電網(wǎng)容量相對較小，但電源種類較多，間歇性能源比例較高。利用分層控制結(jié)構(gòu)在不同的時間尺度上分別實現(xiàn)電氣量控制、電能質(zhì)量調(diào)節(jié)以及經(jīng)濟運行控制，有助于實現(xiàn)微電網(wǎng)的標準化。外國一些學(xué)者將不同層次上的微電網(wǎng)控制定義為：初級控制、二級控制以及三級控制。

微電網(wǎng)的分層控制可分為3層 。每層控制的主要功能如下:第一層控制為最低的控制層，一般采用下垂控制方法，底層控制包括分布式電源和負荷控制，通過控制DG的逆變器來提供有功功率和無功功率，實現(xiàn)分配DG的功率與負荷均衡并達到功率分配最優(yōu)化。第二層控制是通過第一層所發(fā)送出的控制信號來調(diào)控逆變器的輸出頻率和電壓幅值，實現(xiàn)功率的平衡和主電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定。與此同時，第二層控制能夠確保微電網(wǎng)和主電網(wǎng)之間的同步，最大限度地減少影響微電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素。第三層控制的功能為調(diào)控微電網(wǎng)和主電網(wǎng)的功率流動方向，以確保微電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。圖1、圖2分別是分層控制結(jié)構(gòu)圖和第一層控制結(jié)構(gòu)圖。

在圖1、圖2中，微電網(wǎng)中分布式電源的接口方式可分為兩類：第一類為同步電機接口，如燃氣輪機、小型柴油發(fā)電機，內(nèi)燃機多用同步電機接口；第二類為通過逆變器接口并網(wǎng)的電源。其中，第二類微電源又分為兩種：一種是直流電源，如光伏電池、燃料電池等；另一種為交流電源，如微型燃氣輪機、風(fēng)力發(fā)電機等，須先經(jīng)過整流，所得直流電壓再經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換成工頻交流電壓。本文假定所有分布式電源己經(jīng)整流為直流電源，因此微電源并網(wǎng)須經(jīng)過逆變器，逆變器的交流輸出還須經(jīng)LC濾波器以濾除其中的高次諧波分量。