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user: 3. 基于CSMA/CD机制的微源分时调节策略 分时调节策略的核心内容是基于CSMA/CD的竞争机制，该机制可以实现微电网没有通信网络的情况下，从多个CMG中选择出最优调节电源，并根据系统状态级别切换至相应的控制策略，从而保证CMG有序竞争，降低多个电源同时改变控制策略对系统的冲击，提高系统运行稳定性。 3.1. CSMA/CD竞争机制 CSMA/CD是一种应用于以太网、争用型的介质访问控制协议，它主要通过载波侦听、冲突检测、退避重发等环节实现多个通信节点在没有实现商议的前提下有序使用公用信道。在微电网中，可将CMG看作通信节点，将CMG竞争最优调节电源等效为通信节点占用公用信道，通过冲突检测、微源调节策略、退避等待等环节，在无通信情况下确定微电网最优调节电源控制权。 表2为CSMA/CD竞争机制在微电网与传统以太网中的比较。通信系统与微电网具有显著的差异，这种比较不能一一对应，例如在传统以太网中信息通道发生占用冲突时，节点信息随机延时后重发即可，不会对以太网造成危害，但是在微电网失去主电源后，其他电源判断系统无主电源时刻几乎相同，此时多个CMG会同时成为主电源，微源调节策略环节可能会同时退出主电源模式，将危及系统稳定性。本文规定分时调节策略启动后，各CMG先退避再检测，即各CMG首先退避一段时间，退避期间控制策略维持不变，退避结束后再次判断系统健康状态是否改善，最后根据判断结果确定是否需要改变控制策略。 3.2. 微源分时调节策略 如图3所示，分时调节策略由退避等待、冲突检测、微源调节策略三个模型组成。退避等待模型包括退避时间算法和延时模块，CMG在退避等待阶段维持控制策略不变，经冲突检测模块判断系统健康状态是否发生改善，结合判断结果确定微源控制策略。 Table 2 Analogies and comparisons of CSMA/CD in microgrid and Etherne 应用 模型 功能 微电网 冲突检测 判断系统状态是否改善 微源调节策略 避免系统振荡与降低统不稳定性 退避等待 与CMG特性相关延时时间 传统以太网 载波侦听 判断信道是否空闲 冲突停发 保证信息不紊乱 退避重发 随机延时 表2. CSMA/CD竞争机制在微电网和以太网的对比 图3. 分时调节流程示意图 3.2.1. 退避等待模型 退避时间算法的主要内容是用退避时间的长短来描述CMG参与系统调节能力的优先级的高低。该时间与系统状态级别、CMG经济成本、容量、运行状态等因素相关。这样，使功率分配既考虑可调微电源的经济性，也考虑了系统稳定运行的合理性。一般来说，系统状态级别为IV时，系统运行状态最恶劣，为了实现微电网快速恢复安全稳定运行，各单元退避时间最短。由于系统状态级别变化至IV的过程中，会经过级别II或者级别III，为了避免CMG调节紊乱，退避时间可以较长。 据上所述，退避时间表达式如式(1)所示。 T delay [ m ， n ] = { 0                                                                                   Ι t 0 + k ⋅ T [ m ， n ] + t R                               II t 0 + k ⋅ ( T max − T [ m ， n ] ) + t R       III T [ m ， n ] + t R                                                   IV (4) 其中，t 0 、k是为了避免分时调节误动所设的时间常数和增益系数，t 0 、k越大，系统稳定性越好。T max 是CMG退避时间的最大值，T[m，n]为CMG退避时间的基本单元，n为CMG的数量，m是CMG的退避次数 t R 是为了防止多个CMG的退避时间是出现相同。虽然通过增加t R 冲突的概率可以降低，但每个CMG的响应时间会相应增加，从而影响系统的稳定性。相反通过减少t R ，可以减少每个CMG的响应时间，但是冲突的可能性会增加。因此，考虑响应时间和系统稳定性，t R 设置如下。 t R = r a n d o m ( 0 ， 0.002 ) s 其中，0.002设置为响应时间和系统稳定性的折中。T[m，n]可以表示成形式： T [ m ， n ] = { A m ⋅ ( 1 − K I T L ) ⋅ T max − T response [ n ] ​         A m ≥ T response [ n ] ( 1 − K I T L ) ⋅ T max 0                                                                   A m < T response [ n ] ( 1 − K I T L ) ⋅ T max ， f ≥ f min (5) 其中，K m 为逆时判断法的值，A m 为退避因子，取值范围为(0，1)；T response [n]为CMG逆变器响应时间，与实际系统的参数有关。式(3)、(4)为约束条件，系统频率跌至f min 最低标准线时，停止退避，CMG立即参与系统调节。 具体来说，K m 定义了系统电压和频率的偏差，从之前的TSRS完成动作t 0 时刻到当前时刻t 1 ，K m 表示如下： K I T L = 0.5 t 1 − t 0 ∫ t = t 0 t = t 1 | U ( t ) − U N ( t ) k 1 U N + f ( t ) − f N ( t ) k 2 f N | d t (6) 对于储能单元， A m = − α × P P N − β × S O C × S N S Total − γ × P N P Total + 1 (7) α + β + γ = 1 (8) 式中，P N 为储能单元额定功率，P为当前输出功率值，SOC为储能单元的荷电状态，P Total 为系统CMG总额定功率，S Total 为存储单元的总额定容量。α为功率裕度因子，表征逆变器工作状态对退避时间的影响；β为能量裕度因子，表征储能剩余容量对退避时间的影响；γ为稳定裕度因子，表征CMG额定功率对退避时间的影响。上述参数涉及特征参数、价格等因素，与实际系统相关。 由于微型燃气轮机、柴油机等单元为传统发电单元，经济性较差、启动时间比较长，在参与主电源竞争时优先级最低，置A m = 1。为了减少传统能源的使用，此类电源在初始运行时一般为停机状态，系统首次调整时才启动进入热备用状态，等待下一次调节。 3.2.2. 冲突检测模型 冲突检测模型的主要作用是帮助CMG辨识微电网中是否已经优先级较高的CMG被选为最优调节电源。将t k 时刻系统状态指标与t k-1 时刻状态指标比较，若系统指标变好，则说明已经有其他单元参与到系统调节，该CMG维持控制策略不变，否则该CMG可以动态调节系统状态。 在系统确实主电源的特殊情况下，从最优调节电源切换控制策略到系统频率、电压特性开始恢复存在一定的延迟，在这段时间内，可能仍有CMG判断系统状态正在恶化而切换至主电源模式，系统将出现频率振荡。将系统频率振荡作为冲突检测的判断依据，当系统出现频率振荡，后投入下垂控制的电源退出主电源运行模式，保证微电网主电源的唯一性。 3.2.3. 微源调节策略 系统状态级别I：各单元控制策略不变。 系统状态级别II：最优调节电源切换至倒下垂控制策略，反相微调电压、频率。 系统状态级别III：最优调节电源退出倒下垂控制策略，切换至最小功率控制策略。 系统状态级别IV：最优调节电源切换至下垂控制策略，支撑微电网恢复稳定。 为了保证微电网运行安全、延长储能类CMG寿命，主电源出现以下情况退出主电源运行模式： 1) 主电源持续输出大于等于额定功率，切换至额定功率输出； 2) 主电源为储能单元时，荷电状态达到安全下限SOC min ，切换至最小功率输出。