摘要

微电网分布式运行体系结构包括能量管理、电源管理、电力电子管理和故障检测与恢复。由于可靠性和所有权的问题，微电网的集中控制在概念上和实际上可能是不可行的。提出了一种分布式操作系统体系结构，以FREEDM系统体系结构为模型，在智能网格中管理电力和计算资源。

1.介绍

微电网是一个固有的分布式实体，在本文中，它指的是一个完整的一次配电系统，有时可以在一个或多个配电变电站通电，有时作为一个隔离系统通电。在后一种情况下，假定可再生能源为系统提供动力。这些能源包括光伏资源(PV)、风力涡轮机;储能设备，包括电池、超级电容器和插电式混合动力汽车(PHEV);以及客户使用，这些都是固有的分布。微电网可以在多种基础设施中进行管理，包括传统的垂直一体化电力公司、配电公司，或包括个人消费者在内的一些基础设施组合。传统上，监控和数据采集(SCADA)体系结构一直用于管理能源资源，但这些集中的体系结构在微网格的应用中，它们的功能可能有限。本文重点讨论的是一个未来配电系统的概念:在这个概念中，存在着传统配电系统中一般不存在的控制要素。并且，分布初级假定是联网的。该基础设施归功于未来可再生电力能源交付和管理(FREEDM)工程研究中心[1]。FREEDM分配制度的显著特点是:

一个网络系统．

在某些负载和某些线路上有电子控制．

发电资源存在于系统中典型的可再生资源

FREEDM配电系统可以被视为一个微电网，是一个以电力和能源管理和可靠性提高为目标的智能微电网。FREEDM微电网由先进的固态变压器(SST)、分布式可再生能源(DRER)和分布式储能装置(DESD)等电力电力技术组成。FREEDM微电网没有采用集中式SCADA方法，而是采用分布式电网智能(DGI)进行管理，DGI包含配置管理、电源管理、故障检测、配置和重新配置等功能。FREEDM微电网被组织成智能能源管理(IEM)节点。FREEDM微电网中的每个IEM节点包括SST、住宅或工业负荷、光伏发电和固定电池或插电式混合动力汽车。DGI是FREEDM微网的一个主要计算方面，DGI的一部分运行在嵌入在每个IEM节点的计算机上，通过嵌入的SST管理能源资源。

2.分布式电网相关

DGI操作系统体系结构包含一个集成插件软件模块的“代理”(图1).它们包括组管理器、状态集合和电源管理子系统。这样，FREEDM系统配置的变化可以反映在电源管理和状态采集模块中。下面给出了这些组件的详细信息。

broker

broker作为一个进程运行，管理调用CBroker类的POSIX线程，CBroker类实例化每个软件模块。ConnectionManager对象维护与对等IEM节点的网络连接。该对象通过在第一次执行时为每个主机生成的唯一标识符(UUID)跟踪新的和现有的连接。这个UUID允许ConnectionManager唯一地将连接映射到组管理器中跟踪的特定对等节点。这允许由于短暂故障和ΙΕΜ的初始激活而进入和离开网络的节点。

各个连接由一个事件触发系统管理，该系统响应消息传输、接收和可配置的计时器。每个软件模块在运行时注册它想要发送和接收的消息类型。CDispatcher类解析传入的消息并将它们分派到已注册的模块。每个消息可能包含一种以上的子消息类型，允许由代理管理的模块以协调的方式进行交互。传入消息被传递给模块消息处理程序，以便它们被注册。如果需要，CDispatcher还为模块提供了处理传出消息的选项。状态收集模块就是这种情况，如下所述。在所有情况下，CDispatcher都提供了消息的优先级选择，并按照指示将它们发送到各自的目的地。

组管理器

组管理器维护系统的状态，包括每个IEM节点的状态、活动状态、禁用状态、请求进入状态和请求离开FREEDM系统状态。当IEM节点故障或系统完全故障恢复时，组管理器协同IEM节点，使用Garcia-Molina[2]的邀请算法重构FREEDM系统。通过这种方式，IEM节点成为FREEDM微电网的即插即用成员。

这部分对于我来说：老师要求的是做一个即插即用的端口，涉及到linux系统的话，做一个能够实现即插即用的的端口的话，需要涉及到组管理器。一方面你通过S485可以实现开关，这一根是控制信号线，但是你要做到即插即用的话。至少满足这样的：

a.当一个设备插入到能源路由器上去的时候，能源路由的系统要显示这个设备已经插入到能源路由器的端口上。

b.就此检测插入的可移动设备是否有故障，故障检测。

c.当拔出的时候，你这个设备要在组管理器中删除，这是涉及到即插即用技术的实现。

基于北京交通大学的硕士论文思路去解决即插即用端口

1.深入了解三种技术协议自动识别，实时监测，电子表单

2.将用户侧的需求进行数学建模，然后对其进行matlab仿真，进行网络验证。

3.进行实现。基于嵌入式linux进行上位机对下位的控制，即插即用。

{

怎么显示。

怎么控制。

怎么修改驱动层代码。

}

4.测试设备，利用逆变器，光伏阵列板进行。

5.将所做的工作移植到鸿蒙上去。

状态集合

DGI的状态由每个IEM的状态、它们的软件模块和任何正在传输的消息组成。当需要系统的一致状态时(例如用于故障诊断)，将调用状态收集模块。Chandy-Lamport[3]状态收集算法用于收集逻辑上一致的状态(保存操作之间的因果关系)。

如果说要做这个，你需要基于Linux将所有设备的信息收集起来。大概会涉及到数据库，数据结构的知识。

电源管理

电源管理模块是一个分布式应用，可以实现IEM节点间的电源负载调度和均衡。电力管理算法通过与FREEDM系统内IEM节点的消息传递进行协商，控制单个sst在共享电力互连总线上增加或减少电力，从而平衡微电网上的电力，以满足净需求/供应[4]。为此，我们引入了区域边际价格(LMP)的概念。lmp在传输系统中用于提供以每小时美元计价的信号，该信号用于实现某些目标。在传动工程应用中，目标是经济调度，减轻线路负荷超出额定，并可能确保整个系统在失去关键传动元件(N-1稳定)的情况下保持稳定。在配电工程应用中，提出了一种配电类LMP，即D-LMP，用于优化配电网络中的储能、可再生能源控制、线路负荷管理和电力使用。制定D-LMP是为了使FREEDM分配系统具有经济可操作性。D-LMP由[4]中描述的电源管理算法实现。

故障检测

DGI负责检测内部软硬件故障，接收报告并向FREEDM的IFM (Integrated Fault

Management)系统发送命令。故障检测使用状态集合算法来获得一致的系统状态，并使用正确性谓词来确定正确/错误的行为。如果检测到故障，则一致联系系统和组管理器，以启动针对故障组件的重新配置。实际上，这个特性就是自动恢复。一个自动分配系统恢复算法的示例显示在[5][6]中。在这个应用中使用数字控制器和使用电子电路中断使网络配电系统总线的可靠性有可能大幅度提高。

共识系统

共识系统采用分布式协议[7]的变体，主要基于局部信息，对增量成本等适当的措施达成近似共识。通过在IEM节点之间通过一轮又一轮的迭代传递消息，IEM节点聚合到各自合适的共识值。这种共识的方法可以扩展到不同的操作场景，包括电网上的各种干扰和故障。

共识的概念依赖于FREEDM架构的实现:在这种情况下，配电系统控制仅在10 MVA配电馈线的0.5到3 MVA水平上使用，配电系统应用的控制可能不会影响传输lmp，甚至负载总线的d -lmp。这是因为在分布式发电普及率较低的配电系统中，对该发电的控制不会明显影响变电站供应点的能源成本。另一方面，在能源渗透率较高的情况下，例如超过约30%，可再生能源管制可能会对供应点的输电点灯管产生影响。在这种高渗透情况下的共识概念确保了d - lmp在整个配电网中以更高的抽样率计算。为了进行模究，D-LMP的计算比传输LMP的计算具有更快的时间分辨率。例如，d - lmp的计算可能每分钟进行一次。

增量成本共识算法

经济调度问题(EDP)的目标是使运行的总成本最小化。通常情况下，发电机的所有参数都要发送到微网外的控制中心，根据整个系统获取的信息计算出系统的最优运行点。在使用拉格朗日乘子法求解EDP时，假设不存在达到发电极限的发电机，那么在最优运行点，每个发电机的增量成本A是相同的。一个适当的共识该算法能保证微电网内所有共识变量渐近收敛到一个公共值[7]。因此,。是共识变量。图2说明了这一点。

考虑图2中所示的3总线系统。每个总线都有自己的发电机和负载。图2(a)显示了使用传统中央控制时的系统通信拓扑。控制中心获取所有的信息(如负载、发电机输出功率)并进行计算。每个发电机(G1、G2和G3)。采用共识算法，选取l作为共识变量，可以实现分布式求解。图2(b)显示了分布式控制共识网络:本地控制器(嵌入在每个发电机中)将更新自己的控制器。基于它邻居的λ。在这里，一个总线可以被视为一个IEM节点。此外，还需要选择一个“领导发电机”来控制a组的增减，即总发电量的总和大于实际荷载，则降低组l;反之亦然。在图2(b)所示的例子中，G1被选择为leader generator。通过遵循共识算法，系统将渐近收敛到一个共同的。

3.未来的配电系统

毫无疑问，未来的配电系统将更多地利用分布式电网智能代理的半导体开关控制。上述控制要求分布式基础设施的新范式，包括所有组成部分(例如，数字控制、导体本身、分布式计算机算法和分布式模块所在的计算机)，以及它们的正确和安全操作[8]。所有这些领域都需要对配电工程进行重大的反思，同时也需要对配电工程教育和培训(如[9])进行重组。为此目的已经提出了各种各样的试验台(例如[10])。电子控制所需的一些组件有:配电类统一潮流控制器:为配电服务重新设计的灵活的交流输电系统设备，能够在几种不同的运行模式下进行有功和无功潮流控制。这些设备存在于商业化的场馆中。

•固态变压器:一种DC / AC / AC控制的变换器，能够高速控制负载和用户连接的发电源。

•固态故障中断器:与被保护电路串联的固态开关。

•故障电流限制器的开发和使用，包括有源和无源设备。[11]中讨论了其中一些设备及其潜在的应用。

4.结论

本文捕捉了与未来电力分配系统有关的几个数字控制问题。术语“微电网”是用来表示这种电子控制配电系统。分布式微电网比传统的配电系统需要更多的管理。本文描述了一种分布式微电网的体系结构。这种架构包括关键的网络和物理组件，以执行经济调度和系统管理。为了实现该系统，需要在分布式算法、电力系统和电力系统经济方面进行工作。为此，描述了一种增量成本分析和算法。

5.PEFERENCES