微網(wǎng)分層控制技術(shù)

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(fù)荷控制，通過(guò)控制DG的逆變器來(lái)提供有功功率和無(wú)功功率，實(shí)現(xiàn)分配DG的功率與負(fù)荷均衡并達(dá)到功率分配最優(yōu)化。第二層控制是通過(guò)第一層所發(fā)送出的控制信號(hào)來(lái)調(diào)控逆變器的輸出頻率和電壓幅值，實(shí)現(xiàn)功率的平衡和主電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定。與此同時(shí)，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(dòng)方向，以確保微電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)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(lèi)：第一類(lèi)為同步電機(jī)接口，如燃?xì)廨啓C(jī)、小型柴油發(fā)電機(jī)，內(nèi)燃機(jī)多用同步電機(jī)接口；第二類(lèi)為通過(guò)逆變器接口并網(wǎng)的電源。其中，第二類(lèi)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?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等，須先經(jīng)過(guò)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(guò)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。

為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)微電網(wǎng)的電能質(zhì)量調(diào)控，首先需要考慮以下各關(guān)鍵性問(wèn)題

（1）電能質(zhì)量的測(cè)量與監(jiān)控?？紤]關(guān)鍵或敏感負(fù)載區(qū)域，一套測(cè)量、通信與估測(cè)體系有其必要性。

（2）基于電力電子變換器的快速而準(zhǔn)確的電壓、電流控制。并網(wǎng)逆變器應(yīng)能快速準(zhǔn)確地跟蹤正序、零序、負(fù)序以及諧波次電壓、電流參考。

（3）多目標(biāo)控制系統(tǒng)的合理集成。針對(duì)不同控制目標(biāo)的各控制系統(tǒng)之間的協(xié)同控制關(guān)系到系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。

（4）分布式發(fā)電源之間的協(xié)同控制。考慮到分布式電源的功率限制與工作模式，其應(yīng)能協(xié)同補(bǔ)償系統(tǒng)中的電能質(zhì)量問(wèn)題。

（5）用戶(hù)自定義的電能質(zhì)量要求。根據(jù)用戶(hù)要求而進(jìn)行相應(yīng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)是合理的，且能夠降低運(yùn)行成本。

為了實(shí)現(xiàn)以上各目標(biāo)，一個(gè)多層的控制系統(tǒng)架構(gòu)是必須的，其基本組成如右圖所示。本地控制主要為一次控制，可以包括:(1)內(nèi)環(huán)電壓/電流控制，通常使用的控制方法有比例積分控制、比例諧振控制及重復(fù)控制等；(2)外環(huán)功率控制，下垂控制與主從控制是最常用的控制方法；(3)外環(huán)阻尼控制，虛擬阻抗和有源阻尼方法常用在這一控制中以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。系統(tǒng)控制可以包括二次和三次控制。二次控制主要針對(duì)系統(tǒng)電能質(zhì)量，包括電壓頻率、幅值、諧波、不平衡等。三次控制的核心通常是管理策略及優(yōu)化算法，用以實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)的高效、低成本運(yùn)行，并能夠響應(yīng)用戶(hù)需求，對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行調(diào)控。

微電網(wǎng)是包括分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量變換裝置、負(fù)荷、保護(hù)裝置集中而成的小型系統(tǒng)川。微電網(wǎng)主要有2種應(yīng)用模式:直流微電網(wǎng)和交流微電網(wǎng)。這2種微電網(wǎng)運(yùn)行模式的特有結(jié)構(gòu)使其具有某些特有的功能，針對(duì)其結(jié)構(gòu)和功能，世界上很多國(guó)家己經(jīng)提出了很多不同的微電網(wǎng)管理架構(gòu)。微電網(wǎng)中的分布式電源通過(guò)電力電子設(shè)備接入配電系統(tǒng)，其主要設(shè)備為逆變器，其控制策略可分成PQ控制和V/f控制等。微電網(wǎng)的運(yùn)行方式包括孤島運(yùn)行方式和并網(wǎng)運(yùn)行方式。在孤島運(yùn)行方式中，微電網(wǎng)通常采用V/f控制方法，這種控制方法要求微電網(wǎng)必須確保自身的電壓和頻率在規(guī)定范圍，以及有功功率和無(wú)功功率的平衡。在并網(wǎng)運(yùn)行方式中，微電網(wǎng)的穩(wěn)定主要取決于主網(wǎng)，微電網(wǎng)通常采用PQ控制方法，所發(fā)出的有功功率和無(wú)功功率需滿(mǎn)足微電網(wǎng)自身的要求；與此同時(shí)，微電網(wǎng)也能與主網(wǎng)相互傳輸功率。微電網(wǎng)的控制策略研究可以分為：主從控制、集中控制、分散控制、分層控制和下垂控制等。分層控制主要包括三層，第一層為分布式電源和負(fù)荷控制，第二層為在第一層控制信號(hào)基礎(chǔ)上的頻率和電壓幅值控制，第三層為微電網(wǎng)功率和主網(wǎng)功率控制 。

為了對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行完善的管理和控制就必須對(duì)這些系統(tǒng)所具有的分層結(jié)構(gòu)有意識(shí)地加以利用，因?yàn)橐慌e設(shè)計(jì)一個(gè)巨大的系統(tǒng)是很困難的。一般來(lái)說(shuō)，多數(shù)分層方式是根據(jù)系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)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(guò)程從功能上進(jìn)行分層，控制系統(tǒng)看作是由這些功能聯(lián)系起來(lái)構(gòu)成的。

分層控制有以下鮮明的特點(diǎn) ：

（1）當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)生局部故障時(shí)，分層結(jié)構(gòu)可有效地對(duì)故障進(jìn)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(gè)系統(tǒng)的可靠性。

（2）)對(duì)于經(jīng)常變更和擴(kuò)大控制對(duì)象的大規(guī)模系統(tǒng)，如果把它作為子系統(tǒng)的集合來(lái)看時(shí)，則容易應(yīng)對(duì)局部系統(tǒng)的變更和擴(kuò)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(dá)到其控制目的可能會(huì)出現(xiàn)互相排斥或矛盾的情況，必須對(duì)各子系統(tǒng)及其功能進(jìn)行統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)。

（4）若分層系統(tǒng)層次過(guò)多，會(huì)造成處理時(shí)間產(chǎn)生延遲，影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行效率。

主流的微電網(wǎng)容量相對(duì)較小，但電源種類(lèi)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(shí)間尺度上分別實(shí)現(xiàn)電氣量控制、電能質(zhì)量調(diào)節(jié)以及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制，有助于實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化。外國(guó)一些學(xué)者將不同層次上的微電網(wǎng)控制定義為：初級(jí)控制、二級(jí)控制以及三級(jí)控制。

微網(wǎng)分層控制技術(shù)第一層控制

（1）PQ下垂控制方法

控制微電網(wǎng)的有功功率和無(wú)功功率，需采用下垂控制方法。下垂控制方法可分成兩種類(lèi)型困:一種是根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)的頻率和逆變器的輸出電壓幅值來(lái)提出頻率和電壓參考值；另一種是根據(jù)逆變器輸出的有功功率和無(wú)功功率，提出頻率參考值和電壓幅值 。

（2）電壓和電流的控制

內(nèi)部控制環(huán)由兩部分組成，即電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制。電壓外環(huán)控制一般采用PI控制器，電流內(nèi)環(huán)控制也采用PI控制器。

微網(wǎng)分層控制技術(shù)第二層控制

第一層控制通過(guò)調(diào)節(jié)逆變器輸出的功率來(lái)控制頻率和電壓，但這會(huì)導(dǎo)致頻率和電壓的波動(dòng)。第二層控制可彌補(bǔ)頻率和電壓的波動(dòng)造成影響。在此層控制中，微電網(wǎng)的分布式電源輸出頻率和電壓幅值，與其參考值和進(jìn)行比較，得到頻率偏差占和電壓偏差。將這些偏差值反饋到第一層，來(lái)控制分布式電源的控制器，進(jìn)而使分布式電源的頻率和電壓幅值將達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值 。

在微電網(wǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，第二層控制不僅是調(diào)節(jié)、監(jiān)控微電網(wǎng)的頻率和電壓幅值，而且要將參考值與己測(cè)量到的微電網(wǎng)和主電網(wǎng)的各相的值進(jìn)行比較，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)同步化。同步過(guò)程完成之后，微電網(wǎng)可通過(guò)靜態(tài)開(kāi)關(guān)并入主電網(wǎng)。此前，微電網(wǎng)與主電網(wǎng)之間不能交換任何能量。右圖就是微電網(wǎng)并網(wǎng)的同步控制圖。

微網(wǎng)分層控制技術(shù)第三層控制

在并網(wǎng)時(shí)，可通過(guò)頻率和電壓幅值來(lái)控制微電網(wǎng)的輸出功率。三級(jí)控制作為最頂層的控制，也是時(shí)間尺度最大的控制策略。該層控制主要涉及微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

微網(wǎng)分層控制技術(shù)結(jié)論

微電網(wǎng)作為一種分布式能源接入的有效形式，在一定的供電區(qū)域內(nèi)形成多種DG協(xié)調(diào)的供電結(jié)構(gòu)，可以運(yùn)行在孤島和并網(wǎng)兩種模式下，為傳統(tǒng)的集中式供電模式提供了補(bǔ)充。這種新形式的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不但能夠滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)供電可靠性和電能質(zhì)量的更高要求，還能有效利用小規(guī)模的分布式發(fā)電資源，因此研究微電網(wǎng)控制的組織結(jié)構(gòu)具有重要的意義。

從DG經(jīng)典的本地控制出發(fā)，根據(jù)功能的不同將微電網(wǎng)控制的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行分層。通過(guò)信息交互，一些底層難以實(shí)現(xiàn)的控制功能可以利用更大時(shí)間尺度的上層控制實(shí)現(xiàn)。因此這種控制架構(gòu)可以有效地簡(jiǎn)化微電網(wǎng)底層控制的結(jié)構(gòu)，有助于微電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。在此基礎(chǔ)上，具體在無(wú)功控制、功率脈動(dòng)抑制、多DG微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等方面展開(kāi)了研究。

微網(wǎng)分層控制技術(shù)展望

(1)鑒于分布式發(fā)電的大規(guī)模發(fā)展，未來(lái)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中必將容納相當(dāng)數(shù)量的微電網(wǎng)。在這種情況下，配電網(wǎng)的潮流方向會(huì)發(fā)生改變，現(xiàn)有的保護(hù)和運(yùn)行模式都會(huì)受到影響。因此在配電網(wǎng)管理系統(tǒng)中增加微電網(wǎng)調(diào)度控制和市場(chǎng)交易的功能是十分必要的。針對(duì)配電網(wǎng)內(nèi)多微電網(wǎng)運(yùn)行模式的研究尚處于初級(jí)階段，仍需進(jìn)一步探索。

(2)在微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究中，多數(shù)方法仍然沿襲傳統(tǒng)的小時(shí)級(jí)經(jīng)濟(jì)調(diào)度。但微電網(wǎng)包含風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電以及負(fù)荷擾動(dòng)等不確定因素，大時(shí)間尺度下的優(yōu)化很難滿(mǎn)足實(shí)際的需求，因此迫切需要一種更為智能化的能量管理策略。多智能體技術(shù)是分布式人工智能研究的前沿，適合解決大型復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。智能體通過(guò)一定的學(xué)習(xí)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)燃料費(fèi)用、安全裕度以及環(huán)保指標(biāo)等方面的優(yōu)化。因此該理論非常適合用于微電網(wǎng)能量管理領(lǐng)域，是微電網(wǎng)自治化發(fā)展的重要方向。

分層簡(jiǎn)介

分層是表示將功能進(jìn)行有序的分組：應(yīng)用程序?qū)Ｓ霉δ芪挥谏蠈樱缭綉?yīng)用程序領(lǐng)域的功能位于中層，而配置環(huán)境專(zhuān)用功能位于低層。分層從邏輯上將子系統(tǒng)劃分成許多集合，而層間關(guān)系的形成要遵循一定的規(guī)則。通過(guò)分層，可以限制子系統(tǒng)間的依賴(lài)關(guān)系，使系統(tǒng)以更松散的方式耦合，從而更易于維護(hù)。子系統(tǒng)的分組標(biāo)準(zhǔn)包含以下幾條規(guī)則可見(jiàn)度。各子系統(tǒng)只能與同一層及其下一層的子系統(tǒng)存在依賴(lài)關(guān)系。

分層典型分層方法

分層表示將功能進(jìn)行有序的分組：應(yīng)用程序?qū)Ｓ霉δ芪挥谏蠈?，跨越?yīng)用程序領(lǐng)域的功能位于中層，而配置環(huán)境專(zhuān)用功能位于低層。層的數(shù)量與組成取決于問(wèn)題領(lǐng)域和解決空間的復(fù)雜程度：通常只有一個(gè)應(yīng)用程序?qū)Ｓ脤?。如果領(lǐng)域中已有先前構(gòu)建的系統(tǒng)，或有由較小的互操作系統(tǒng)構(gòu)成的大型系統(tǒng)，各設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)之間尤其需要共享信息。因此，業(yè)務(wù)專(zhuān)用層很可能部分地存在，并且為明確起見(jiàn)，可能將其分成幾個(gè)層。如果解決空間得到中間件產(chǎn)品的充分支持，并且復(fù)雜的系統(tǒng)軟件在其中起著更加重要的作用，解決空間就將具有經(jīng)過(guò)充分開(kāi)發(fā)的低層，并且還可能具有一些由中間件和系統(tǒng)軟件構(gòu)成的層。應(yīng)當(dāng)把子系統(tǒng)組織成分層結(jié)構(gòu)，構(gòu)架的上層是應(yīng)用程序?qū)Ｓ米酉到y(tǒng)，構(gòu)架的低層是硬件和操作專(zhuān)用子系統(tǒng)，中間件層是通用服務(wù)。下面是一個(gè)四層構(gòu)架的示例.頂層是應(yīng)用程序?qū)?，它包括?yīng)用程序?qū)Ｓ玫姆?wù)。下面一層是業(yè)務(wù)專(zhuān)用層，它包括在一些應(yīng)用程序中使用的業(yè)務(wù)專(zhuān)用構(gòu)件。中間件層包括各個(gè)構(gòu)件，例如 GUI 構(gòu)建器、與數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的接口、獨(dú)立于平臺(tái)的操作系統(tǒng)服務(wù)以及電子表格程序、圖表編輯器等 OLE 構(gòu)件。底層是系統(tǒng)軟件層，它包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、與特定硬件的接口等構(gòu)件。分層結(jié)構(gòu)始于最初略的功能層次，然后逐步發(fā)展成多個(gè)更為具體的功能層次。

分層分層指南

分層分層從邏輯上將子系統(tǒng)劃分成許多集合，而層間關(guān)系的形成要遵循一定的規(guī)則。通過(guò)分層，可以限制子系統(tǒng)間的依賴(lài)關(guān)系，使系統(tǒng)以更松散的方式耦合，從而更易于維護(hù)。子系統(tǒng)的分組標(biāo)準(zhǔn)包含以下幾條規(guī)則：可見(jiàn)度。各子系統(tǒng)只能與同一層及其下一層的子系統(tǒng)存在依賴(lài)關(guān)系。易變性。最上層放置隨用戶(hù)需求的改變而改變的元素。最底層放置隨實(shí)施平臺(tái)（硬件、語(yǔ)言、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等）的改變而改變的元素。中間的夾層放置廣泛適用于各種系統(tǒng)和實(shí)施環(huán)境的元素。如果在這些大類(lèi)中進(jìn)一步劃分有助于對(duì)模型進(jìn)行組織，則添加更多的層。通用性。一般將抽象的模型元素放置在模型的低層。如果它們不針對(duì)于具體的實(shí)施，則傾向于將其放置在中間層。層數(shù)。對(duì)于小型系統(tǒng)，三層就足夠了。對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，通常需要 5-7 層。無(wú)論復(fù)雜程度如何，如果超過(guò) 10 層，就需要慎重考慮了。層數(shù)越多，越需慎重。以下列出了一些經(jīng)驗(yàn)法則：特定層中的子系統(tǒng)和包只應(yīng)同一層及其下一層的子系統(tǒng)存在依賴(lài)關(guān)系。如果不這樣限制依賴(lài)關(guān)系，將會(huì)導(dǎo)致構(gòu)架退化，使系統(tǒng)脆弱并難于維護(hù)。如果子系統(tǒng)需要直接訪問(wèn)低層服務(wù)，則屬于例外：應(yīng)理智地決定如何處理整個(gè)系統(tǒng)所需的基本服務(wù)（如打印、發(fā)送消息等）。如果解決方案是在中間各層之間有效地實(shí)施調(diào)用傳遞，將消息限制在低層就毫無(wú)意義了。

分層分區(qū)模式

分層在系統(tǒng)的頂層作進(jìn)一步的分區(qū)會(huì)有助于對(duì)模型進(jìn)行組織。以下分區(qū)指南提出了需要考慮的各種問(wèn)題：用戶(hù)組織?？梢愿鶕?jù)業(yè)務(wù)組織中各種功能的組織形式來(lái)組織子系統(tǒng)，如按部門(mén)進(jìn)行分區(qū)。由于現(xiàn)有的企業(yè)模型具有嚴(yán)格的組織劃分結(jié)構(gòu)，所以這種分區(qū)通常要在設(shè)計(jì)的初期進(jìn)行。這種組織模式通常只影響到頂部少數(shù)層，即應(yīng)用程序?qū)Ｓ梅?wù)，隨著設(shè)計(jì)工作的深入，它通常會(huì)變得無(wú)關(guān)緊要。根據(jù)用戶(hù)的組織結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行分區(qū)，可以為模型提供一個(gè)良好開(kāi)端。由于用戶(hù)組織的結(jié)構(gòu)在很長(zhǎng)時(shí)間以后可能會(huì)因業(yè)務(wù)重組而變得不穩(wěn)定，因此不宜用作系統(tǒng)分區(qū)的長(zhǎng)期基礎(chǔ)。系統(tǒng)的內(nèi)部組織應(yīng)該使系統(tǒng)便于開(kāi)發(fā)和維護(hù)，而不受它所支持的業(yè)務(wù)組織的影響。技能領(lǐng)域。在開(kāi)發(fā)組織中，可以對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)組織，以便將模型中的各個(gè)部分分派給不同的開(kāi)發(fā)組。這通常發(fā)生在系統(tǒng)的中低層，它反映了在開(kāi)發(fā)和支持復(fù)雜的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)技術(shù)時(shí)，需要有專(zhuān)門(mén)化的技能。這類(lèi)技術(shù)包括網(wǎng)絡(luò)與分布管理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、通信管理，進(jìn)程控制等等。根據(jù)能力來(lái)進(jìn)行分區(qū)也可以在上層進(jìn)行。在這些層需要具備問(wèn)題領(lǐng)域內(nèi)的特殊能力，以便了解和支持關(guān)鍵的業(yè)務(wù)功能；這樣的例子有：電信呼叫管理、證券交易、保險(xiǎn)申報(bào)處理和航空交通控制。系統(tǒng)分布。在系統(tǒng)的任何層中，都可以將層作進(jìn)一步的“水平方向”細(xì)分，以反映功能的物理分布情況。反映分布情況的分區(qū)有助于預(yù)見(jiàn)到在系統(tǒng)執(zhí)行過(guò)程中將發(fā)生的網(wǎng)絡(luò)通訊。但是，如果配置模型發(fā)生顯著改變，反映分布情況的分區(qū)則會(huì)使系統(tǒng)難以作出相應(yīng)的改變。保密領(lǐng)域。有些應(yīng)用程序，特別是那些要求有關(guān)人員通過(guò)安全審查才能進(jìn)行開(kāi)發(fā)和/或支持的應(yīng)用程序，需要根據(jù)安全訪問(wèn)權(quán)限來(lái)進(jìn)行分區(qū)。控制保密區(qū)域訪問(wèn)權(quán)的軟件必須由通過(guò)相應(yīng)審查的個(gè)人來(lái)開(kāi)發(fā)和維護(hù)。如果項(xiàng)目中具有這種背景的人員有限，要求特殊審查的功能必須分區(qū)為子系統(tǒng)，并將獨(dú)立于其他子系統(tǒng)單獨(dú)開(kāi)發(fā)。對(duì)其他子系統(tǒng)言，唯一可見(jiàn)的將是與該保密領(lǐng)域的接口?？勺冃灶I(lǐng)域。某些功能可能會(huì)用作可選功能，從而只在系統(tǒng)的某些變體中交付，這些功能應(yīng)組織成獨(dú)立的子系統(tǒng)，獨(dú)立于系統(tǒng)的必需功能進(jìn)行開(kāi)發(fā)和交付。

分層網(wǎng)絡(luò)層次的劃分

分層ISO提出的OSI（Open System Interconnection）模型將網(wǎng)絡(luò)分為七層，即物理層（ Phisical ）、數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link）、網(wǎng)絡(luò)層（Network）、傳輸層（Transport）、會(huì)話層（Session）、表示層（Presentation）和應(yīng)用層（Application）。

1. 物理層（Physical layer）是參考模型的最低層。該層是網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)，由連接不同結(jié)點(diǎn)的電纜與設(shè)備共同構(gòu)成。主要功能是：利用傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接，負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)傳輸并監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)出錯(cuò)率，以便數(shù)據(jù)流的透明傳輸。

2. 數(shù)據(jù)鏈路層（Data link layer）是參考模型的第2層。主要功能是：在物理層提供的服務(wù)基礎(chǔ)上，在通信的實(shí)體間建立數(shù)據(jù)鏈路連接，傳輸以“幀”為單位的數(shù)據(jù)包，并采用差錯(cuò)控制與流量控制方法，使有差錯(cuò)的物理線路變成無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路。

3. 網(wǎng)絡(luò)層（Network layer）是參考模型的第3層。主要功能是：為數(shù)據(jù)在結(jié)點(diǎn)之間傳輸創(chuàng)建邏輯鏈路，通過(guò)路由選擇算法為分組通過(guò)通信子網(wǎng)選擇最適當(dāng)?shù)穆窂?，以及?shí)現(xiàn)擁塞控制、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等功能。

4. 傳輸層（Transport layer）是參考模型的第4層。主要功能是向用戶(hù)提供可靠的端到端（End-to-End）服務(wù)，處理數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)包次序，以及其他一些關(guān)鍵傳輸問(wèn)題。傳輸層向高層屏蔽了下層數(shù)據(jù)通信的細(xì)節(jié)，因此，它是計(jì)算機(jī)通信體系結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵的一層。

5. 會(huì)話層（Session layer）是參考模型的第5層。主要功能是：負(fù)責(zé)維擴(kuò)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的傳輸鏈接，以便確保點(diǎn)到點(diǎn)傳輸不中斷，以及管理數(shù)據(jù)交換等功能。

6. 表示層（Presentation layer）是參考模型的第6層。主要功能是：用于處理在兩個(gè)通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式，主要包括數(shù)據(jù)格式變換、數(shù)據(jù)加密與解密、數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)等功能。

7. 應(yīng)用層（Application layer）是參考模型的最高層。主要功能是：為應(yīng)用軟件提供了很多服務(wù)，例如文件服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)、電子郵件與其他網(wǎng)絡(luò)軟件服務(wù)。

微網(wǎng)并/離網(wǎng)運(yùn)行方式故障電流差距較大，微源投退、布局容量、控制方式等影響故障電流大小和方向，因此基于固定值的傳統(tǒng)過(guò)流保護(hù)方案不再適用于微網(wǎng)。

微網(wǎng)線路保護(hù)微網(wǎng)不同運(yùn)行方式

微網(wǎng)的運(yùn)行方式不同，故障電流的大小不同，因此微網(wǎng)保護(hù)整定值也應(yīng)不同。微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，右圖2(a)中F1處短路，流過(guò)2處保護(hù)的故障電流由系統(tǒng)(Is)和微源提供，其中主要由系統(tǒng)提供;而離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，圖2(b)中F1處短路，PCC點(diǎn)靜態(tài)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，流過(guò)2處保護(hù)的故障電流只有微源提供，其幅值較小。當(dāng)DG1是逆變器型的微源時(shí)，故障電流更小。這是由于含逆變器型的微源故障電流注入能力被限制在兩倍額定電流以?xún)?nèi)，且衰減迅速。

綜上，微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，故障電流較大;離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，只有微源為其提供故障電流，故障電流較小。這使得基于固定值的傳統(tǒng)保護(hù)方案不能正確動(dòng)作，因此微網(wǎng)線路保護(hù)的配置必須能適應(yīng)微網(wǎng)不同的運(yùn)行方式 。

微網(wǎng)線路保護(hù)微源投退

單個(gè)微源在微網(wǎng)中具有“即插即用”的特點(diǎn)，意味著微源可以隨時(shí)接入或者退出微網(wǎng)，這導(dǎo)致微網(wǎng)線路故障時(shí)故障電流的不確定性，使得傳統(tǒng)保護(hù)方案不適用于微網(wǎng)。如圖3(a)F2處發(fā)生短路故障時(shí)，流過(guò)保護(hù)4處的故障電流由系統(tǒng)和微源提供提供;如圖3(b)，當(dāng)DG3退出運(yùn)行時(shí)，F(xiàn)2處發(fā)生短路故障，流過(guò)保護(hù)4處的故障電流只有Is, IDG1。DG的投退影響了故障電流的大小。而傳統(tǒng)無(wú)源配電網(wǎng)F2處短路時(shí)，右側(cè)無(wú)故障電流因此也無(wú)保護(hù)安裝，DG接入配網(wǎng)后F2處短路時(shí)向故障點(diǎn)提供反向故障電流，在右側(cè)無(wú)保護(hù)的情況下會(huì)造成故障持續(xù)甚至繼續(xù)發(fā)展，影響供電的可靠性 。

微網(wǎng)線路保護(hù)微源布局、容量

配電網(wǎng)85%左右的故障都是瞬時(shí)故障，廣泛采用三段式電流保護(hù)。當(dāng)前由于微網(wǎng)接入容量較小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，多接入中低壓配電網(wǎng)，故在保護(hù)方面多配以簡(jiǎn)單的過(guò)電流保護(hù)國(guó)川」。但是微源接入微網(wǎng)饋線中的位置不同、容量不同，對(duì)線路過(guò)電流保護(hù)的影響不同 ：

（1）DG接入微網(wǎng)饋線始端母線，下游線路中間點(diǎn)故障時(shí)，DG產(chǎn)生的助增電流使流過(guò)保護(hù)的故障電流增大，保護(hù)范圍也因此增大，可能延伸到所在保護(hù)下一段，使保護(hù)失去選擇性。而且DG輸出功率越大，影響越嚴(yán)重。

（2）DG接入微網(wǎng)饋線中間母線，當(dāng)下游線路中間點(diǎn)故障時(shí)，由于微源的助增作用，使流過(guò)下游保護(hù)的短路電流增大，使得末端保護(hù)靈敏性得到增強(qiáng);同時(shí)由于微源的汲流作用，流過(guò)DG上游保護(hù)的故障電流減小從而使保護(hù)的靈敏性降低，保護(hù)范圍縮小，如果相應(yīng)保護(hù)沒(méi)有動(dòng)作切除故障，則相應(yīng)遠(yuǎn)后備可能拒動(dòng)。

（3）DG接入微網(wǎng)饋線末端母線，當(dāng)相鄰線路中間點(diǎn)故障時(shí)，DG向上游保護(hù)提供反向故障電流，可能引起保護(hù)誤動(dòng)作。

微網(wǎng)線路保護(hù)微源控制方式

逆變型微源在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)一般采用恒功率(PQ)控制方式，在孤島運(yùn)行時(shí)根據(jù)需要可選擇PQ控制、恒壓恒頻(V /f)控制或Droop控制。因此控制目標(biāo)不同，在不同的控制方式下逆變型電源提供的短路電流差別較大。且當(dāng)DG輸出功率具有波動(dòng)性和間歇性時(shí)，故障電流數(shù)值也隨之發(fā)生變化。

與大電網(wǎng)不同，微網(wǎng)的保護(hù)與運(yùn)行具有自己的特殊性。

微網(wǎng)線路保護(hù)微網(wǎng)潮流

內(nèi)部的結(jié)構(gòu)決定了微網(wǎng)的雙向潮流特性，傳統(tǒng)保護(hù)中的選擇性原則在微網(wǎng)保護(hù)中較難滿(mǎn)足。

微網(wǎng)中一般根據(jù)不同電源的特點(diǎn)采取不同的控制方式，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電這些輸出功率受天氣影響比較大的電源，若通過(guò)配備儲(chǔ)能裝置的方法使這類(lèi)電源根據(jù)負(fù)荷需求調(diào)整發(fā)電量，則需要配備較大容量的儲(chǔ)能裝置，這會(huì)降低系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，因此這類(lèi)可再生能源的目標(biāo)是保持最大的利用率，分布式電源能輸出多少功率就輸出多少功率，微網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)一般會(huì)滿(mǎn)足此類(lèi)電源“即插即用”的特點(diǎn)。這就加劇了微網(wǎng)中潮流流動(dòng)的不確定性，設(shè)計(jì)保護(hù)方法時(shí)應(yīng)盡可能做到不受潮流的影響。

微網(wǎng)線路保護(hù)通信

在同等電壓等級(jí)配電網(wǎng)中一般較少采用基于通信的保護(hù)。微網(wǎng)中，故障的判斷較為復(fù)雜，有時(shí)需要利用多點(diǎn)的信息;為了維持微網(wǎng)的穩(wěn)定，也需要確保故障能夠及時(shí)地切除?；谕ㄐ诺谋Ｗo(hù)可以很好地完成這些功能。

微網(wǎng)線路不會(huì)太長(zhǎng)，為幾百米左右，方便信息信道的鋪設(shè)。如將微網(wǎng)作為具有孤島運(yùn)行功能的智能配電網(wǎng)一部分的角度來(lái)考慮，應(yīng)裝設(shè)MMS(智能微網(wǎng)管理系統(tǒng))。MMS為確保微網(wǎng)最經(jīng)濟(jì)有效地運(yùn)行需同微網(wǎng)的各個(gè)部分保持聯(lián)系，在合理設(shè)置MMS功能的情況下，可考慮將保護(hù)裝置同其相結(jié)合或者直接利用其通信信道減少系統(tǒng)的投資 。

微網(wǎng)線路保護(hù)保護(hù)在不同運(yùn)行方式下的適應(yīng)性

微網(wǎng)既可以并網(wǎng)運(yùn)行又可以獨(dú)立運(yùn)行的特點(diǎn)給保護(hù)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，孤島運(yùn)行條件下，短路電流由DG提供，基于逆變器的DG無(wú)法提供足夠大的短路電流。并網(wǎng)條件下，短路電流可通過(guò)迭加定理來(lái)分析，電網(wǎng)能提供很大的短路電流，逆變器DG提供的短路電流只占短路電流很小的一部分。在這兩種運(yùn)行方式下短路電流差別很大，在一種運(yùn)行方式下可行的保護(hù)方法在另一種運(yùn)行方式下可能變得不再可行。

對(duì)于短路電流的這些特點(diǎn)一般有兩種應(yīng)對(duì)方法:一是設(shè)置限制條件使保護(hù)可以針對(duì)不同的運(yùn)行方式;二是設(shè)計(jì)可以適用于兩種運(yùn)行方式的保護(hù)策略。其中前者可通過(guò)不同運(yùn)行方式下故障電流的計(jì)算來(lái)整定，相對(duì)較容易實(shí)現(xiàn)，但是因限制條件的加入使得保護(hù)變得復(fù)雜。后者可以通過(guò)一套保護(hù)作用于不同的運(yùn)行方式，但是對(duì)保護(hù)適應(yīng)性的要求比較高。

微網(wǎng)線路保護(hù)故障切除時(shí)間

微網(wǎng)中的分布式電源多采用電力電子接口，這使得微網(wǎng)具有缺少慣性、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。若采用配電網(wǎng)相同電壓等級(jí)下的故障切除時(shí)間，容易使微網(wǎng)系統(tǒng)失去穩(wěn)定。

故障切除時(shí)間還應(yīng)該考慮到負(fù)荷的敏感程度，保證故障切除后系統(tǒng)還能保持穩(wěn)定。例如，電動(dòng)機(jī)負(fù)荷所占的比例越大，臨界故障切除時(shí)間越短；三相短路故障點(diǎn)離感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷點(diǎn)越近，臨界故障清除時(shí)間越短。

微網(wǎng)線路保護(hù)DG不同控制方式與保護(hù)的對(duì)應(yīng)

DG的控制是微網(wǎng)控制的基礎(chǔ)，關(guān)于DG的控制方法的研究比較多，常見(jiàn)的有恒壓恒頻控制、PQ控制、P-f, Q-V下垂控制、f-P , VQ下垂控制等。不同方法的控制模塊輸入量及其所控制DG的輸出量不同，當(dāng)控制方式中沒(méi)有加入任何針對(duì)故障的模塊時(shí)，故障情況下，控制方式也會(huì)使所控制DG的輸出量向參考值靠近，從而引起可以用以保護(hù)的電氣量例如電壓、電流等發(fā)生失常變化。

在對(duì)分布式電源控制方法進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮到故障情況并采取必要措施，例如數(shù)值限幅，跳閘時(shí)間配合等;同時(shí)保護(hù)方式也應(yīng)該充分地考慮到DG控制方式的影響，設(shè)計(jì)與對(duì)應(yīng)控制方式相協(xié)調(diào)的保護(hù)或是可適用于任何控制方式的保護(hù) 。