【文章內(nèi)容簡介】 換器與大電網(wǎng)和負(fù)荷相聯(lián)。圖中所示的微網(wǎng)包括 A、B、C 三條饋線和一系列的負(fù)荷。整個微網(wǎng)通過公共連接點（PCC Point of Common Coupling）與配電網(wǎng)相連接，PCC 一般位于配電變壓器的原邊側(cè)，并且在該點微網(wǎng)的各項技術(shù)指標(biāo)必須滿足 IEEE1547 的相關(guān)接口標(biāo)準(zhǔn)。圖中微電網(wǎng)內(nèi)部的三條饋線，其中饋線A和饋線B接入重要或敏感負(fù)荷，饋線C接入普通負(fù)荷。每個微電源出口處都配有斷路器和功率與電壓控制器，當(dāng)配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，隔離裝置動作，使微電網(wǎng)轉(zhuǎn)入孤島運行模式，以保證微電網(wǎng)內(nèi)重要敏感負(fù)荷的不間斷供電。 CERTS微網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微網(wǎng)靈活的運行方式和高質(zhì)量的供電服務(wù)離不開完善的穩(wěn)定與控制系統(tǒng)。但微網(wǎng)中的微源個數(shù)太多，很難要求一個中心控制點對整個系統(tǒng)作出快速反應(yīng)并進(jìn)行相應(yīng)控制，所以，微網(wǎng)的控制應(yīng)該做到能夠基于本地信息對電網(wǎng)中的事件作出自主反應(yīng)，如對于電壓跌落、故障和停電等，發(fā)電機(jī)能夠利用本地信息自動轉(zhuǎn)到獨立運行方式，而不是像傳統(tǒng)方式一樣要電網(wǎng)調(diào)度統(tǒng)一協(xié)調(diào)。微網(wǎng)的控制應(yīng)保證任一電源的接入不對系統(tǒng)造成影響；自主選擇運行點；平滑地實現(xiàn)與電網(wǎng)的并網(wǎng)、分離；對有功、無功進(jìn)行獨立控制；具有校正電壓跌落和不平衡的能力。目前，微電網(wǎng)的控制方法有以下幾類：(1)基于電力電子技術(shù)的“即插即用”與“對等”的控制方法，該方法簡單、可靠，易于實現(xiàn)，但沒有考慮系統(tǒng)電壓與頻率的恢復(fù)問題，在微網(wǎng)遭受擾動時，系統(tǒng)的頻率質(zhì)量可能無法保證，而且該方法只是針對基于電力電子技術(shù)的微電源間的控制，應(yīng)用范圍狹窄。(2)基于功率管理系統(tǒng)的控制，該方法可以對有功和無功分別進(jìn)行控制，而且還能夠滿足頻率質(zhì)量的要求，功率管理系統(tǒng)采用多種控制方法，增加了控制的靈活性并提供了控制性能，但該方法也只是討論了基于電力電子技術(shù)的機(jī)組間的協(xié)調(diào)控制，而沒有考慮它們與含有調(diào)速器的常規(guī)發(fā)電機(jī)間的協(xié)調(diào)控制。(3)基于多代理技術(shù)的控制方法，該方法將傳統(tǒng)的多代理技術(shù)應(yīng)用于微網(wǎng)的控制系統(tǒng)，代理的自治性、反應(yīng)能力及自發(fā)行為等特點正好滿足了微網(wǎng)分散控制的需要，但該技術(shù)目前還未深入到對微網(wǎng)的頻率和電壓控制方面。1 美國微網(wǎng)的研究現(xiàn)狀美國最早提出了微網(wǎng)概念，并引入了基于電力電子技術(shù)的控制方法。近年來，其微網(wǎng)研究一直在有條不紊地進(jìn)行著。美國的微網(wǎng)研究項目主要受到了美國能源部的電力提供和能源可靠性辦公室、能源委員會的資助，其研究的重點主要集中在滿足多種電能質(zhì)量的要求、提高供電的可靠性、降低成本和實現(xiàn)智能化等方面。1999年，可靠性技術(shù)解決方案協(xié)會（the Consortium for Electric Reliability Technology Solutions,CERTS）首次對微網(wǎng)在可靠性、經(jīng)濟(jì)性及其對環(huán)境的影響等方面進(jìn)行了研究，對微網(wǎng)的主要思想及關(guān)鍵問題進(jìn)行了描述和總結(jié)，系統(tǒng)地概括了微網(wǎng)的定義、結(jié)構(gòu)、控制和保護(hù)等一系列問題。后來，美國北部電力系統(tǒng)承建了第一個微網(wǎng)示范工程。CERTS微網(wǎng)的可行性研究已經(jīng)在威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的實驗室得到了初步檢驗。CERTS計劃對微網(wǎng)進(jìn)行全面檢驗，近期，美國俄亥俄州哥倫布杜蘭技術(shù)中心已經(jīng)開始了對微網(wǎng)的全面測試。CERTS的微網(wǎng)設(shè)計理念是不采用快速電氣控制、單點并網(wǎng)不上網(wǎng)、提供多樣化的電能質(zhì)量與供電可靠性、隨時可接入的DERS等。這些突出的特點使它成為世界上所提出的微網(wǎng)中最權(quán)威、認(rèn)可度最高的一個。除了上述微網(wǎng)研究之外，在美國還開展了許多在這方面的研究，它們促進(jìn)了微網(wǎng)的發(fā)展。2 歐洲微網(wǎng)的研究現(xiàn)狀歐洲微網(wǎng)的研究和發(fā)展主要考慮的是有利于滿足能源用戶對電能質(zhì)量的多種要求以及歐洲電網(wǎng)的穩(wěn)定和環(huán)保要求等。微網(wǎng)被認(rèn)為是未來電網(wǎng)的有效支撐，它能很好地協(xié)調(diào)網(wǎng)和DG之間的矛盾，充分發(fā)揮DG的優(yōu)勢。歐洲各國對微網(wǎng)的研究越來越重視，近幾年來各國之間開展了許多合作和研討。歐洲的微網(wǎng)研究主要分為兩個階段，第一個是歐盟第五框架計劃中的電網(wǎng)研究資助計劃。該項目已完成并且取得了一些很具啟發(fā)意義的研究成果，如DG的模型、可用于對逆變器控制的的低壓非對稱微網(wǎng)的靜態(tài)和動態(tài)仿真工具、孤島和互聯(lián)的運行理念、基于代理的控制策略、本地黑啟動策略、接地和保護(hù)的方案、可靠性的定量分析、實驗室微網(wǎng)平臺的理論驗證等。歐洲微網(wǎng)研究的第二個階段名為“Advancedarchitectures and control concepts for moremicrogrid”。目前，這項計劃正在進(jìn)行中。這項新計劃的研究目標(biāo)包括研發(fā)新型的分布式能源控制器、尋找基于下一代通信技術(shù)的控制策略、創(chuàng)造新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計理念、各種微網(wǎng)在技術(shù)和商業(yè)方面的整合及協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)以及微網(wǎng)對大電網(wǎng)運行的影響等。目前，歐洲的微網(wǎng)示范工程主要有希臘基斯諾斯島微網(wǎng)、德國曼海姆Wllstadt 居民區(qū)示范工程、西班牙LABEIN項目、葡萄牙EDP項目、葡萄牙Continuon項目、意大利CESI項目和丹麥ELTRA項目等。歐洲所有的微網(wǎng)研究計劃都圍繞著可靠性、可接入性和靈活性三個方面來考慮。電網(wǎng)的智能化、能量利用的多元化等將是歐洲未來電網(wǎng)的重要特點。3 日本微網(wǎng)的研究現(xiàn)狀目前，日本也展開了微網(wǎng)的研究，并在國內(nèi)建立了多個微網(wǎng)工程。日本政府十分希望可再生能源（如風(fēng)能和光伏發(fā)電）能夠在本國的能源結(jié)構(gòu)中發(fā)揮越來越大的作用，但是這些可再生能源的功率波動性降低了電能質(zhì)量和供電的可靠性。微網(wǎng)能夠通過控制原動機(jī)平衡負(fù)載的波動和可再生能源的輸出來達(dá)到電網(wǎng)的能量平衡，如配備有儲能設(shè)備的微網(wǎng)能夠補(bǔ)償可再生能源斷續(xù)的能量供應(yīng)。因此從大電網(wǎng)的角度看，該微網(wǎng)相當(dāng)于一個恒定的負(fù)荷。這些理念促進(jìn)了微網(wǎng)在日本的發(fā)展，使日本的微網(wǎng)對于儲能和控制十分重視。有日本學(xué)者提出了靈活可靠性和智能能量供給系統(tǒng)，其主要思想是在配電網(wǎng)中加入一些靈活交流輸電系統(tǒng)裝置，利用控制器快速、靈活的控制性能，實現(xiàn)對配電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，并滿足用戶的多種電能質(zhì)量需求。 日本為了較好地利用新能源而專門成立新能源與工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織(New Energy and Industrial Technology Development Organization,NEDO)，它負(fù)責(zé)統(tǒng)一協(xié)調(diào)國內(nèi)高校、企業(yè)與國家重點實驗室對新能源及其應(yīng)用的研究。NEDO在2003年的“Regional Power Grid with Renewable Energy Resource Project”項目中，開始了三個微網(wǎng)的試點項目。這三個測試平臺的研究都著重于可再生能源和本地配電網(wǎng)之間的互聯(lián)，分別在青森縣、愛知和京都。中部機(jī)場的愛知微網(wǎng)是NEDO建立的第一個微網(wǎng)示范工程，2005年日本愛知世博會時投入使用，并于2007年初開始運行。青森縣的微網(wǎng)于2005年10月投入運行，計劃作為示范工程一直運行到2008年3月，這期間進(jìn)行電能質(zhì)量和供電可靠性、運行成本等方面的評估。京都微網(wǎng)2005年12月投入運行，該系統(tǒng)的控制中心能夠在五分鐘內(nèi)實現(xiàn)系統(tǒng)能量的平衡，也可以根據(jù)需要設(shè)置更短的時限。 4 我國微網(wǎng)的研究現(xiàn)狀目前，我國對微網(wǎng)的研究還基本處在起步階段，只是在分布式發(fā)電和分布式儲能上開展了相關(guān)的研究。但微網(wǎng)的特點適應(yīng)我國電力發(fā)展的需求與方向，在我國有著廣闊的發(fā)展前景，具體表現(xiàn)在：(1) 微網(wǎng)是我國發(fā)展可再生能源的有效形式。一方面，充分利用可再生能源發(fā)電對于中國調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、保護(hù)環(huán)境、開發(fā)西部、解決農(nóng)村用能及邊遠(yuǎn)地區(qū)用電、進(jìn)行生態(tài)建設(shè)等均具有重要意義；另一方面，我國可再生能源的發(fā)展?jié)摿κ志薮?。然而，可再生能源容量小、功率不穩(wěn)定、獨立向負(fù)荷提供可靠供電的能力差以及對電網(wǎng)造成波動、影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定的缺點將是其發(fā)展中的極大障礙。若能將負(fù)荷點附近的分布式能源發(fā)電技術(shù)、儲能及電力電子控制技術(shù)等很好地結(jié)合起來構(gòu)成微網(wǎng)，則可再生能源將充分發(fā)揮其重要潛力。例如，對于中國未通電的偏遠(yuǎn)地區(qū)，充分利用當(dāng)?shù)仫L(fēng)能、太陽能等新能源，設(shè)計合理的微網(wǎng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)微網(wǎng)供電，將是發(fā)揮中國資源優(yōu)勢、加快電力建設(shè)的重要舉措。 (2)微網(wǎng)在提高中國電網(wǎng)的供電可靠性、改善電能質(zhì)量方面具有重要作用。將地理位置接近的重要負(fù)荷組成微網(wǎng)，設(shè)計合適的電路結(jié)構(gòu)和控制，為這些負(fù)荷提供優(yōu)質(zhì)、可靠的電力，可以減少重要負(fù)荷的停電經(jīng)濟(jì)損失。 (3)微網(wǎng)對于我國發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)具有極大的指導(dǎo)意思。目前，我國已建立了許多熱電聯(lián)產(chǎn)項目。如何就近選擇合適容量的熱力用戶與電力用戶組成微網(wǎng)，并進(jìn)行最佳的發(fā)電技術(shù)組合，對于我國提供能源利用效率，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，減少環(huán)境污染等具有重要意義。微電網(wǎng)的出現(xiàn)不僅有效地彌補(bǔ)了超高壓遠(yuǎn)距離超大容量交直流互聯(lián)電力系統(tǒng)的缺陷，而且能夠充分利用各種可再生能源和新能源發(fā)電技術(shù)，對于當(dāng)前能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)問題提出了從根本上解決的途徑，建立了電力行業(yè)和能源行業(yè)未來的可持續(xù)發(fā)展模式，是電網(wǎng)實現(xiàn)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和高效供電方式的極佳選擇，在將來一定具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?含有微網(wǎng)的配電網(wǎng)故障恢復(fù)重構(gòu)現(xiàn)狀 目前，雖然有很多研究提出了一系列方法解決配電網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)重構(gòu)問題，但只有很少文獻(xiàn)在配電網(wǎng)故障恢復(fù)重構(gòu)中考慮了分布式電源和微網(wǎng)的影響。 有學(xué)者提出首先用基于電壓靈敏度的方法確定分布式發(fā)電的安裝位置，然后用進(jìn)化規(guī)劃算法確定分布式發(fā)電裝置的容量，最后拓?fù)渌阉鞯姆椒ù_定故障恢復(fù)重構(gòu)所需的開關(guān)操作，仿真結(jié)果證明，通過在合適的位置安裝合適容量的分布式發(fā)電裝置可以有效的降低故障重構(gòu)后的網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)損，并提高電壓水平。也有從配電網(wǎng)運行的角度提出了使用含有分布式發(fā)電的配電網(wǎng)的故障重構(gòu)作為實時工具來來降低網(wǎng)損和故障恢復(fù)供電的運行策略，尤其是針對故障恢復(fù)重構(gòu)問題，將可控（CDG）并且具有黑啟動（BDG）能力的 DG 作為電源，從而將恢復(fù)重構(gòu)由單源搜索變?yōu)槎嘣此阉?，使更多的停電?fù)荷得到供電恢復(fù)。 文獻(xiàn)[8] 應(yīng)用多代理理論建立了一個含有微網(wǎng)的配電網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)重構(gòu)的概念模型，針對一個簡單網(wǎng)絡(luò)對其原理和實現(xiàn)方法進(jìn)行了說明。但該方法對于復(fù)雜系統(tǒng)的適應(yīng)性值得懷疑。 總之，從目前的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀來看，雖然有少量文獻(xiàn)在處理配電網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)重構(gòu)問題時考慮到了分布式發(fā)電裝置的影響，但分布式發(fā)電裝置與微網(wǎng)的外特性有很大的不同，因此它們在配電網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)重構(gòu)中的模型和作用也有很大的區(qū)別，這將直接影響到問題的處理方式和最終結(jié)果。鑒于此原因，本文將充分發(fā)掘微網(wǎng)在配電網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)重構(gòu)過程中的作用，具有一定得理論研究價值和現(xiàn)實指導(dǎo)意義。 本文的工作 第一章，文章首先介紹了課題研究的背景及意義，然后對配電網(wǎng)故障恢復(fù)的要求、特點和故障恢復(fù)的一般過程作了說明，并對國內(nèi)外故障恢復(fù)的研究算法作了一定的歸納總結(jié)；其次，介紹了微網(wǎng)的研究現(xiàn)狀現(xiàn)狀并以美國 CERTS提出的微網(wǎng)的典型結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行了說明，對于含有微網(wǎng)的配電網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)重構(gòu)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，并說明了本文的研究意義。第二章，首先介紹微網(wǎng)接入配電網(wǎng)后對配電網(wǎng)故障恢復(fù)的影響，接著提出含有微網(wǎng)的配電網(wǎng)故障恢復(fù)重構(gòu)的方案，并說明重構(gòu)方案應(yīng)遵循的原則，目標(biāo)函數(shù)和約束條件，最后針對不同的恢復(fù)方案提出不同的恢復(fù)模型。第三章，詳細(xì)地介紹遺傳算法，并將遺傳算法在配電網(wǎng)故障恢復(fù)重構(gòu)中加以運用，提出算法的流程圖。第四章，列舉算例，對本文提出的恢復(fù)策略進(jìn)行驗證，并驗證恢復(fù)策略的有效性。2 含微網(wǎng)的配電網(wǎng)故障恢復(fù)重構(gòu)的數(shù)學(xué)模型 微網(wǎng)接入對配電網(wǎng)故障恢復(fù)重構(gòu)的影響由于微網(wǎng)往往通過高速、可控的電力電子設(shè)備連接到配電網(wǎng)的饋線上，因此其與配電網(wǎng)的接口具有快速和高度可控的特點，它在配電網(wǎng)中的角色可以根據(jù)實際需要迅速轉(zhuǎn)變，例如，在正常供電情況下，微網(wǎng)可能從外部電網(wǎng)吸收一定的電能，可以看成是一個負(fù)荷，但是當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時，微網(wǎng)可以快速的增大其內(nèi)部分布式電源的出力，轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛳到y(tǒng)注入一定的功率，此時，它可以看成是一個電源。由于微網(wǎng)的接入，使得配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性的變革：由傳統(tǒng)的單端母線供電的輻射狀網(wǎng)絡(luò)變?yōu)橐粋€遍布電源和用戶的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。配電饋線上的潮流大小和方向是不固定的，而且隨時可能發(fā)生較大的變化，因此含有微網(wǎng)的配電網(wǎng)絡(luò)的潮流計算具有動態(tài)的特點，而且微網(wǎng)的建模問題需要首先得到解決。正是由于微網(wǎng)的快速高度可控性使得含有微網(wǎng)的配電網(wǎng)故障恢復(fù)重構(gòu)具有一些新的特點。（1）改善電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性電壓穩(wěn)定問題是現(xiàn)代電力系統(tǒng)特有的現(xiàn)象，不穩(wěn)定的電壓不僅嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的安全性同樣也給人們社會生活帶來了不便。一般認(rèn)為，電壓穩(wěn)定與電力系統(tǒng)無功功率的動態(tài)平衡能力有關(guān)。而目前，電網(wǎng)中靜態(tài)容性并聯(lián)裝置數(shù)量巨大，且在動態(tài)電壓失穩(wěn)過程中支撐效果大大降低,其補(bǔ)償方式已不能完全滿足動態(tài)電壓穩(wěn)定性的要求。微電網(wǎng)，其相對于上級電網(wǎng)來說可看成單一的電源，因此不僅可以提供無功，同樣也可以提供有功。由此，微電網(wǎng)可以在快速的對自身的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)的同時對電網(wǎng)吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流、抑制系統(tǒng)的電壓變，維持電壓穩(wěn)定、實現(xiàn)動態(tài)的電能補(bǔ)償。（2）減少 DG 直接接入配電網(wǎng)造成的電壓閃變DG 的快速發(fā)展已經(jīng)成為一種趨勢。但是由于單個的 DG 啟停的頻繁性，且有的分布式電源如：光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電其輸入輸出有很大的不確定性，這都將會造成配電網(wǎng)明顯的電壓閃變。因此通過微電網(wǎng)對相同區(qū)域內(nèi)的 DG 整合、協(xié)調(diào)控制，可以使多個 DG 在微電網(wǎng)內(nèi)部就完成了調(diào)度，從而減少了對上級電網(wǎng)的電壓閃變影響。 （3）減少配電網(wǎng)的網(wǎng)損 微電網(wǎng)的一個經(jīng)濟(jì)效益就是可以有效降低系統(tǒng)的有功網(wǎng)損。由于微電網(wǎng)中各DG 大都取自于當(dāng)?shù)氐淖匀毁Y源，因此其電網(wǎng)中由于輸電產(chǎn)生的損耗相對于配電網(wǎng)長距離對偏遠(yuǎn)地區(qū)供電而產(chǎn)生的網(wǎng)損來說大大減少。（4）改善環(huán)境微電網(wǎng)中的發(fā)電電源一般采用天然的可再生能源，與傳統(tǒng)火力發(fā)電相比，其排出的 COSO2 、NOX 等氣體大大減少，這將產(chǎn)生極大的社會效益。因此，在電力需求相同的條件下，通過對微電網(wǎng)中自然資源的充分利用，可以有效的減少對傳統(tǒng)火電廠的依賴，從而從減少不可再生能源的消耗和降低有害氣體排放量兩方面進(jìn)行了優(yōu)化。（5）提高配電網(wǎng)可靠性和故障恢復(fù)能力由于微網(wǎng)自身具有的頻率和電壓調(diào)節(jié)能力，因此既可以與配電網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)運行又可以孤島運行，當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時，可以充分利用具有功率外送能力的微網(wǎng)可以作為一個備用電源。在故障隔離