微電網控制運行及對電壓穩定性的影響研究

蔣穎

摘要伴隨著社會經濟的進一步發展，建設微電網已經逐漸成為發展新能源的必經之路，微電網控制與運行以維持內部電壓、頻率為主要目的，具有其獨特性，技術難度相對更高。微電網通過微電源控制策略、綜合控制策略，實現并網、獨立運行兩種模式自由切換，保障電網穩定性、安全性與適用性。

關鍵詞微電網；控制運行；電壓穩定性

中圖分類號：TM732 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0036-01

石油、煤炭等非可再生能源逐漸枯竭，火力發電逐漸被水電、風電、太陽能發電等可再生能源發電取代。近年來，分布式發電成為研究熱點，其具有投入少、靈活多變等優點，隨著再生能源發電技術的發展，分布式發電已成為未來新能源發展重要發展方向。新能源發電具有波動性、間歇性、不確定性，若大規模并網可能對電網的安全性、穩定性與適應性帶來負面影響[1]。微電網主要構成包括新能源發電裝置與儲能系統，既可脫離大電網單獨運行，也可與大電網并行，通過儲能系統可最大程度的減輕并網對微電網帶來的負面影響。本次研究對微電網控制運行及對電壓穩定性的影響進行概述。

1微電網控制策略

微電網具有多種分布式電源結構，各種電源特性存在較大差異，電源特性決定控制策略。若以燃料電池、蓄電池等可控性電源作為分布式電源構成，電源本身即可承擔內外網控制任務，在并網運行時，微電網可調節分布式電源功率完成控制，若獨立運行，可在保障電源負荷下對微電網電壓、頻率進行調節完成控制。微電網控制策略據控制范圍可分為各微電源控制策略、微電網總體控制策略，據技術路徑可分為最大功率控制、下垂控制、恒壓頻控制。

1.1 微電源控制策略

1）最大功率控制策略。最大功率控制策略是微電網最常用的控制策略，新能源發電均具有一定間歇性，為維持發電容量，需采用最大功率跟蹤控制，以保證微電網容量與穩定運行。最大功率跟蹤控制主要形式包括有功控制、無功控制，一般通過解耦控制實現分布式電源輸出。

2）恒壓恒頻控制策略。微電網在進行獨立運行時，須有一個主控制單元，以維持系統頻率與母線電壓恒定，保障系統穩定性、安全性[2]。主控單元一般由高質量恒定直流源擔任，或直接由微電網中主儲能裝置承擔主控任務。恒壓恒頻控制策略優點：不受系統負荷功率影響，可維持穩定的電源輸出。缺點：儲能裝置與分布式電源容量、功率存在上限。

3）下垂控制策略。下垂控制主要應用于多個并聯逆變器能量管理以維持能量平衡，保障分布式電源運行或退出時，不會影響其他電源，做到“即插即用”。下垂控制是一種集控技術，可保障分布式電源之間形成“無縫連接”，實現負荷分擔，合理分配功率，提高電網運行穩定性、可靠性，減少投資。

1.2 微電網的綜合控制策略

1）主從控制。主從控制是指對分布式電源進行主從設計，選取其中一個作為主控單位，其余作為從屬單位，實現各分布式電源之間的有效通信是進行主從控制的關鍵[3]。

微電網與大電網并網運行時，微電網電壓、頻率均由大電網提供支撐，當微電網處于獨立運行狀態時，采用主從控制，主控單元須承擔維持系統電壓、頻率穩定任務。一般來說，分布式電源主從控制中的主單元在并網時采用PQ控制，輸出制定功率，在獨立運行時，采用V/f控制。

2）對等控制。對等控制區別于主從控制，所有分布式電源處于對等關系，對等控制中分布式電源無需主從通信，可減少相關投入，各分布式電源均可據微電網運行狀況調節控制電網頻率、電壓。對等控制其優勢在于當部分分布式電源并網或脫網后，無需對其他電源進行控制，分布式電源具備“即插即用”特性[4]。

1.3 微電網控制策略協調

微電網運行模式主要包括并網、獨立、并網與獨立相互轉化三種模式。三種模式的轉換與微電網負荷有關，微電網負荷過大，并網時可向大電網輸出功率，若負荷過小，則輸入功率。微電網通過有計劃的控制分布式電源儲能，維持網內電壓、頻率穩定性，保障用電質量。應注意的是，在進行三種模式切換的過程中，可能會造成微電網系統不穩定，合理控制非常關鍵。近年來，分布式電源種類日益增多，給微電網控制帶來了一定的困難。

2微電網電壓穩定性分析

2.1 微電網電壓穩定性概述

微電網存在并網、獨立、并網與獨立相互轉化三種運行模式，兩種網絡存在較大差異，給微電網電壓調節增加了困難。

并網運行時，微電網內部潮流呈現雙向流動的特點，微電網據負荷狀況，在雙向流動中承擔壓配或補償角色，其內部電壓也會發生相應的改變。微電網并網、獨立運行相互轉化過程非常關鍵，在轉化的一瞬間，微電網無法獲得補償功率，加之規模、容量較小，易產生電壓不穩定。微電網一般采用電子切口，后者具有調節電壓的功能，微電網自身補償裝置可彌補切斷外網所帶來的缺失，維持電壓恒定。當微電網獨立運行時，若負荷過載超出其自身調節能力，也可能產生電壓不穩。微電網自身調節能力受儲能原件容量與性能等因素影響，其調節能力存在固有缺陷，當內部負荷過大時，可出現電壓變化，甚至電壓崩潰，若無功負荷變化也可能出現電壓波動[5]。

2.2 微電網電壓控制策略

以上介紹的微電網控制主要意義在于維持電壓、頻率穩定性，從本質上看也屬于電壓控制策略。微電網容量小、負荷變化快、運行模式可變，內部故障對電網影響較大，均增加了電壓控制的技術難度。微電網電壓控制主要通過微電網分布式電源控制、微電網綜合控制實現。

3 小結

綜上所述，伴隨著社會科學技術水平的不斷進步，筆者相信隨著新能源開發利用率不斷提高，微電網必將邁向小型化、家庭化，如何實現微電網智能化控制，降低家庭微電網建設與運行費用，將成為未來微電網控制運行研究熱點。

參考文獻

[1]嚴鳳，王建美.智能配電網中微電網運行方式的研究[J].電工電氣，2014，15（2）：63-64.

[2]郝雨辰，竇曉波，吳在軍，等.微電網分層分布式能力優化管理[J].電力自動化設備，2014，42（1）：154-162.

[3]付曉偉，王進，郭偉，等.風電集中并網運行對系統電壓穩定性的影響研究[J].電氣技術，2012，11（30）：89-92.

[4]林順江，李欣然，劉陽華.基于逆變器下垂控制的微電網運行特性及其控制系統研究[J].電力系統及其自動化學報，2013，10（12）：115-117.

[5]朱紅平，徐峰.感應濾波換流變壓器及直流調制改善交流系統穩定性研究[J].北京交通大學學報，2011，12（05）：231-233.

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