《微电网并离网控制与仿真系统工程理论基线（Baseline v1.0）》
封存级 TOC（连续树状结构）

0. 文档定位、封存声明与使用边界
├─ 0.1 文档性质与工程级别定义
│  ├─ Baseline / Design Basis / Control Constitution 的工程含义
│  ├─ 原则层 / 机制层 / 参数层 / 实现层的分层定义
│  └─ 本文档在 EMS / 仿真系统 / EPC 审图中的地位
├─ 0.2 封存原则
│  ├─ 允许演进：参数、实现方式、UI 表达
│  ├─ 禁止推翻：控制哲学、保护优先级、失败定义
│  └─ 版本升级触发条件（控制逻辑或保护逻辑变化）
└─ 0.3 适用系统边界
   ├─ 适用：AC Microgrid（Grid + Diesel + BESS + PV + Wind）
   ├─ 必须具备 PCC 且 PCC 可控
   └─ 不覆盖：纯并网、HVDC-only、无 PCC 拓扑

1. 微电网的物理本质与控制问题重述
├─ 1.1 微电网与大电网的本质差异
│  ├─ Infinite Bus 假设在岛网侧的失效
│  ├─ 低惯量系统的敏感性来源
│  └─ 控制对象由“电压源”转为“功率平衡”
├─ 1.2 三大不可逃避工程约束
│  ├─ 功率平衡不可违反
│  ├─ 惯量缺失或不足
│  └─ 控制延迟（采样 / 滤波 / 执行）
└─ 1.3 稳定的工程定义
   ├─ 稳定 ≠ 静止
   ├─ 稳定 = 可控的动态过程
   └─ 稳定 = Correct Failure（允许失败但必须正确）

2. 功率平衡：唯一的一阶控制真理
├─ 2.1 瞬时功率平衡方程（工程级）
│  ├─ 多电源并列功率求和
│  ├─ P_grid / P_dg / P_bess / P_load 符号体系
│  └─ 损耗项在仿真中的工程处理原则
├─ 2.2 功率不平衡的系统后果
│  ├─ 功率不平衡 → 频率漂移（df/dt）
│  ├─ 功率不平衡 → 电压下陷
│  └─ UVLS 触发的物理合理性
└─ 2.3 “不自动变稳”是正确设计
   ├─ 反对硬编码稳定
   ├─ 反对 UI 稳定而内核不守恒
   └─ 稳定必须付出功率代价

3. 频率：状态量，而非控制目标
├─ 3.1 频率动态的物理来源
│  ├─ 等效摆动方程
│  ├─ df/dt 与等效惯量 H_eq
│  └─ 测量与滤波对频率显示的影响
├─ 3.2 RoCoF 的工程意义
│  ├─ 频差与变化率的本质区别
│  ├─ RoCoF 作为失稳先兆
│  └─ RoCoF 保护的合理性
└─ 3.3 稳频的真实手段
   ├─ 频率控制是功率控制的投影
   ├─ 强拉频率的系统风险
   └─ 频率不可被命令，只能被响应

4. 惯量、虚拟惯量与频率支撑
├─ 4.1 真实机械惯量（柴油机）
│  └─ 慢响应但可持续
├─ 4.2 虚拟惯量（VSG / Grid-forming）
│  ├─ Droop 项
│  ├─ 阻尼项
│  └─ 慢积分恢复
└─ 4.3 虚拟惯量的工程边界
   ├─ SOC 约束
   ├─ 功率限幅
   └─ 短期救场，长期回归调度

5. BESS：最强控制器，也是最危险的错觉
├─ 5.1 BESS 的双重身份
│  ├─ 快速功率平衡器
│  └─ 有限能量缓冲器
├─ 5.2 功率模型与符号约定
│  ├─ P_BESS > 0 放电
│  └─ P_BESS < 0 充电
├─ 5.3 SOC 动态与长期稳定性
│  ├─ SOC 演化公式
│  └─ 饱和与边界处理
└─ 5.4 常见工程错误
   ├─ 将电池当作无限电源
   └─ 忽略 SOC 饱和导致假稳态

6. 柴油机系统：被低估的系统核心
├─ 6.1 柴油机真实工程约束
│  ├─ 启动延迟
│  ├─ 最小稳定负载
│  ├─ 爬坡率限制
│  └─ 热备用油耗
├─ 6.2 Droop 控制与参数范围
│  └─ 工程默认区间
└─ 6.3 柴油机与 BESS 的职责边界
   ├─ 瞬态由 BESS 承担
   └─ 稳态由柴油机兜底

7. 可再生能源工程建模
├─ 7.1 光伏（PV）模型
│  ├─ 日内曲线
│  ├─ 云影扰动
│  └─ 可预测性假设
├─ 7.2 风电（Wind）模型
│  ├─ 随机过程
│  ├─ 高频扰动
│  └─ Gust 事件
└─ 7.3 可再生能源不承担的责任
   ├─ 不主稳频
   └─ 不做并机裁决

8. 负载建模：真实系统的起点
├─ 8.1 负载非恒定的工程事实
├─ 8.2 随机波动建模（OU 过程）
│  ├─ τ（时间尺度）
│  ├─ σ（波动强度）
│  └─ 极值 Clamp
└─ 8.3 设备级负载事件
   ├─ Motor Start
   ├─ Crusher Cycle
   └─ 阶跃与脉冲建模

9. PCC 并离网控制状态机
├─ 9.1 PCC 的电气与控制意义
├─ 9.2 状态机定义
│  ├─ Grid-connected
│  ├─ Islanded
│  ├─ Sync-check
│  ├─ Reclosing
│  └─ Tripped
└─ 9.3 “点了没合上”作为正确失败
   └─ 条件不满足必须失败

10. 同步检查（Sync-check）
├─ 10.1 频率同步条件 |Δf| ≤ Δf_max
├─ 10.2 电压与相位条件 |ΔV| ≤ ΔV_max
└─ 10.3 合闸失败的解释框架
   ├─ Failure Mode 分类
   └─ 日志与 UI 原则

11. Sync Assist：EMS 的行为边界
├─ 11.1 EMS 不强合闸原则
├─ 11.2 Sync Assist 控制逻辑
│  ├─ 调功率
│  ├─ 拉频率
│  └─ 达标后允许合闸
└─ 11.3 常见错误模式
   ├─ 过强控制导致振荡
   └─ 忽略 SOC / DG 约束

12. 保护系统：高于 EMS 的最终裁决者
├─ 12.1 保护优先级
│  └─ Protection > Control > Dispatch > UI
├─ 12.2 保护机制集合
│  ├─ UF / OF
│  ├─ UV / OV
│  ├─ RoCoF
│  └─ UVLS
└─ 12.3 保护与 EMS 的协同边界
   └─ EMS 不得对抗保护

13. Allow all-off 与热备用的工程取舍
├─ 13.1 Allow all-off = YES
│  ├─ 低油耗
│  └─ 高恢复风险
├─ 13.2 Allow all-off = NO
│  ├─ 热备用
│  └─ 更强恢复能力
└─ 13.3 工程默认选择逻辑
   └─ 可控性优先于极致省油

14. 仿真系统工程设计原则（封存）
├─ 14.1 仿真不是为了“好看”
├─ 14.2 Correct Failure 的仿真定义
└─ 14.3 仿真与真实系统差异边界
   ├─ 允许差异
   └─ 危险差异

15. Baseline v1.0 封存声明
├─ 15.1 不可变条款
├─ 15.2 演进规则
└─ 15.3 工程责任与使用声明

附录
├─ 附录 A｜符号、变量与工程参数表
├─ 附录 B｜常见错误建模方式清单（反例）
└─ 附录 C｜工程默认参数建议区间（投标口径）

第 0 章｜文档定位、封存声明与使用边界

(Baseline v1.0 · Mandatory Chapter · Must Not Be Skipped)

0.1 文档性质与工程级别定义

0.1.1 文档类型定义

本文档定义为：

• 工程理论基线（Engineering Baseline）
• 控制设计依据（Design Basis）
• 系统控制宪法（Control Constitution）

其性质明确 不是：

• 使用手册（User Manual）
• 教学材料（Tutorial）
• 学术论文（Academic Paper）
• 单一项目的临时设计说明

本文件的目标对象为：

• 微电网仿真系统设计者
• EMS 控制策略设计者
• EPC / 业主 / 审图工程师
• 产品级 EMS / 控制系统架构师

0.1.2 “Baseline”的工程含义

在本文档中，“Baseline”具有严格工程含义：

Baseline = 一组被明确封存的系统假设 + 控制原则 + 物理约束
           任何实现、代码、参数调整
           均不得违背该组原则

其核心特征包括：

• 可被引用（Referenced）
• 可被审计（Auditable）
• 可被继承（Inheritable）
• 不可被随意推翻（Non-negotiable）

任何后续系统版本（v2.0 / v3.0）：

• 只能在 Baseline 基础上 演进（Evolution）
• 不允许在未声明的情况下 否定（Negation）

0.1.3 本文档在系统体系中的地位

在完整系统工程中，本文档所处位置如下：

┌─────────────────────────────┐
│  Regulatory / Grid Codes     │
│  (IEEE, UL, IEC, etc.)       │
└───────────────▲─────────────┘
                │
┌───────────────┴─────────────┐
│  This Document               │
│  (Microgrid Control Baseline)│
└───────────────▲─────────────┘
                │
┌───────────────┴─────────────┐
│  EMS Control Logic           │
│  (Algorithms / State Machine)│
└───────────────▲─────────────┘
                │
┌───────────────┴─────────────┐
│  Simulation / Code / UI      │
└─────────────────────────────┘

即：

• 代码必须服从本文档
• UI 不得“美化”违反本文档的行为
• 仿真失败若符合本文档逻辑，应被视为正确结果

0.2 封存原则（Baseline Lock Rules）

0.2.1 允许演进 vs 禁止推翻

本文档定义两类修改行为：

Allowed:
- 参数范围细化
- 控制算法实现优化
- 数值稳定性改进
- UI / 可视化增强（不改变内核逻辑）

Forbidden:
- 改写功率守恒逻辑
- 绕过并离网状态机
- 强制合闸忽略同步条件
- 通过硬编码“消除不稳定”

0.2.2 Baseline 版本升级触发条件

只有在以下情况出现时，才允许升级 Baseline 版本号：

• 系统控制哲学发生变化

  （例如：从 Grid-following 转为 Grid-forming）

• 保护与控制的优先级关系发生变化
• 系统适用边界发生变化

  （例如：从 AC-only 扩展至混合 AC/DC）

单纯的实现改进，不构成版本升级理由。

0.2.3 原则层 vs 实现层的严格区分

Principle Layer (Locked):
- 功率平衡是唯一一阶真理
- 频率是状态量，不是控制命令
- 合闸是结果，不是指令
- 保护系统高于 EMS

Implementation Layer (Flexible):
- 数值积分方法
- 控制参数具体取值
- UI 表现形式
- 日志与可视化方式

0.3 适用系统边界与明确不覆盖范围

0.3.1 本 Baseline 适用范围

本文档适用于以下系统类型：

- AC 微电网（50 / 60 Hz）
- 单 PCC 并离网系统
- 资源组合：
  - Diesel Generator
  - Battery Energy Storage System (BESS)
  - Photovoltaic (PV)
  - Wind
  - Utility Grid
- 存在 EMS 级调度与控制
- 存在独立保护系统

0.3.2 明确不覆盖的系统类型

为避免误用，以下系统 明确不在本文档讨论范围内：

- 纯并网系统（无 Island mode）
- HVDC-only 微网
- 无明确 PCC 的分布式并列系统
- 单一电源 UPS 架构
- 仅用于演示或教学的理想化模型

0.3.3 仿真系统与真实系统的边界声明

本文档适用于：

• 工程级仿真
• 控制逻辑验证
• 策略与边界分析

但必须明确：

Simulation ≠ Reality
但：
违反物理直觉的仿真结果 ≠ 合格仿真

仿真允许简化，但 不允许违背守恒与控制因果关系。

0.4 强制阅读与引用声明

0.4.1 强制阅读条款

任何人若试图：
- 修改控制逻辑
- 扩展仿真功能
- 对系统行为作出解释

在未通读第 0 章的情况下，
其结论与实现均视为无效。

0.4.2 引用与责任声明

• 本 Baseline 可作为：
  • 内部工程依据
  • EPC 技术说明附件
  • EMS 产品控制哲学文档
• 任何偏离本 Baseline 的实现：
  • 必须显式声明
  • 并承担由此产生的工程责任

第 1 章｜微电网的物理本质与控制问题重述

(Baseline v1.0 · Core Theory Chapter)

1.1 微电网与大电网的本质差异

1.1.1 “无限母线”假设在微电网中的失效

在传统大电网分析中，常采用“无限母线（Infinite Bus）”假设：

- 频率恒定
- 电压幅值恒定
- 相角变化可忽略

该假设的工程前提是：

系统等效惯量 → 无穷大
系统短路容量 → 极大
单个扰动 → 对系统状态影响可忽略

微电网不满足上述任何一条。

在微电网中：

- 惯量低或不存在
- 短路容量有限
- 单个资源/负载的变化即可主导系统状态

因此，任何将大电网分析方法直接移植到微电网的做法都是工程错误。

1.1.2 低惯量系统的直接后果

低惯量意味着：

功率不平衡 → 频率立即响应

其工程表现为：

• 频率对负载/风功率扰动高度敏感
• RoCoF（df/dt）显著放大
• 传统“慢调度”策略失效

这也是为何在仿真中：

- 系统“看起来不稳”
- 频率持续摆动

并不代表系统设计错误，而是物理真实。

1.2 微电网的三大不可逃避约束

微电网控制问题可被压缩为三条不可绕开的工程约束。

1.2.1 约束一：功率平衡（Power Balance）

在任意时间尺度（ms–s–min）：

$$∑Psources(t)=∑Ploads(t)+Ploss(t)\sum P_{\text{sources}}(t) = \sum P_{\text{loads}}(t) + P_{\text{loss}}(t)$$

工程解释：

- 不存在“先稳定、后补功率”
- 功率守恒不是策略，是物理定律

在仿真代码中，该约束体现为：

- 所有资源功率参与同一求和
- 频率由不平衡积分得到
- UI 不得掩盖不平衡

1.2.2 约束二：惯量缺失（Low / Zero Inertia）

资源惯量对比（工程视角）：

Diesel Generator  : 有限机械惯量
BESS (Inverter)  : 电子惯量（可控）
PV / Wind        : 零惯量

直接结论：

- 可再生资源不能“天然稳频”
- 所有稳频行为必须由控制系统显式提供

1.2.3 约束三：控制延迟（Control Latency）

任何控制闭环都存在：

- 测量延迟
- 滤波延迟
- 计算延迟
- 执行器延迟

7.5.3 风险预留

7.6 资金释放与里程碑绑定

7.7 决策层结论（可直接引用）