新能源電力微網(wǎng)控制策略

陳月勝

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山三水供電局，廣東 佛山 528100）

0 前言

隨著工業(yè)用電和民間用電的不斷增加，電力建設(shè)的速度不斷增加。由于某些區(qū)域比較偏僻，對(duì)供電的需求也較低，如果使用大區(qū)域供電的方式，會(huì)造成很大的資源浪費(fèi)，從而增加供電的成本，對(duì)供電技術(shù)的要求也比較高。為了有效解決這些問(wèn)題，對(duì)微網(wǎng)供電的應(yīng)用越來(lái)越多，其可以有效提高供電的效率，減少供電過(guò)程中的過(guò)多消耗，還可以提高供電的安全性和可靠性，在新能源電力事業(yè)不斷發(fā)展的今天，對(duì)微網(wǎng)供電的應(yīng)用越來(lái)越多。

1 微網(wǎng)

為了有效緩解電力緊張的問(wèn)題，對(duì)新能源電力事業(yè)的建設(shè)不斷加強(qiáng)，采用分布式電網(wǎng)對(duì)這些電源進(jìn)行并網(wǎng)，由于新能源發(fā)電的隨機(jī)性和波動(dòng)性容易給電網(wǎng)帶來(lái)沖擊，為了有效解決這些問(wèn)題，提出了微網(wǎng)的概念。微網(wǎng)是由微電源和用戶負(fù)荷構(gòu)成的系統(tǒng)，整個(gè)微網(wǎng)結(jié)構(gòu)使用了大量的電力電子設(shè)備，其可以對(duì)電力進(jìn)行有效的變換。微網(wǎng)本身就是一個(gè)整體可控的小型電力系統(tǒng)，可以有效地使電力變換輸出，還負(fù)責(zé)對(duì)供電的平穩(wěn)性進(jìn)行控制，還能有效降低電網(wǎng)在供電過(guò)程中的線損。

隨著城市綜合體建設(shè)的不斷加強(qiáng)，其更加強(qiáng)調(diào)對(duì)資源的合理分配，降低資源的消耗損失，采用微電網(wǎng)技術(shù)可以正好與之對(duì)應(yīng)。采用微電網(wǎng)技術(shù)不僅降低了各種常規(guī)電網(wǎng)布置對(duì)電能的過(guò)多消耗，還由于采用了電能局部調(diào)節(jié)控制技術(shù)，進(jìn)一步提高了供電的質(zhì)量。微電源是微電網(wǎng)技術(shù)的研究重點(diǎn)，目前像燃料電池、光伏電池等電源的價(jià)格還比較高，我們應(yīng)該加大對(duì)這些技術(shù)的研究，還需要降低微電網(wǎng)運(yùn)行的成本，增加微電網(wǎng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，有效推動(dòng)該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

2 微網(wǎng)的組成

微網(wǎng)根據(jù)其運(yùn)行的實(shí)際需要，其通常是由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、電氣變換設(shè)備組成的。其中分布式電源比較常見(jiàn)的有光伏發(fā)電電池組、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)，在一些對(duì)穩(wěn)定性要求高的微網(wǎng)中會(huì)含有一些數(shù)量的儲(chǔ)能設(shè)備如蓄電池，這些儲(chǔ)能裝置的應(yīng)用可以讓微網(wǎng)供電更加穩(wěn)定。為了有效地對(duì)電源進(jìn)行變換，微網(wǎng)中會(huì)包括一些電力變換設(shè)備，如整流器和逆變器等，此外在系統(tǒng)中還包括大量的隔離開(kāi)關(guān)、斷路器、繼電保護(hù)設(shè)備等。

微電網(wǎng)中的負(fù)荷可以分為敏感負(fù)荷、非敏感負(fù)荷和可調(diào)度負(fù)荷。在微電網(wǎng)中，負(fù)荷和供電部分經(jīng)常是作為一個(gè)整體的，整個(gè)微電網(wǎng)也具有獨(dú)立運(yùn)行的功能，其可以根據(jù)電網(wǎng)外部或者內(nèi)部的變化進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)整。當(dāng)外部電網(wǎng)產(chǎn)生故障，或者其供電質(zhì)量下降時(shí)，微網(wǎng)就會(huì)自動(dòng)脫離與主網(wǎng)的耦合狀態(tài)，并進(jìn)入獨(dú)立運(yùn)行模式，從而保證微網(wǎng)的正常供電。在微電網(wǎng)不同工作狀態(tài)的切換過(guò)程中，由于采用的全電子器件控制方法，對(duì)微電網(wǎng)與主網(wǎng)的并網(wǎng)和分離切換非常方便和高效，在電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)較大的情況下，依然能夠穩(wěn)定工作。

3 微電網(wǎng)的控制

微網(wǎng)分為孤島、并網(wǎng)、并網(wǎng)過(guò)渡、解列過(guò)渡4種運(yùn)行狀態(tài)，微網(wǎng)會(huì)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行的狀況，在這幾個(gè)運(yùn)行狀態(tài)下自如地進(jìn)行切換。只有采取完善的控制方法，才能保證微電網(wǎng)在各個(gè)狀態(tài)下，都可以穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

微網(wǎng)根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)的不同可以分為分離網(wǎng)運(yùn)行控制和并網(wǎng)運(yùn)行控制。并網(wǎng)運(yùn)行模式有并網(wǎng)充電狀態(tài)、并網(wǎng)放電狀態(tài)、待機(jī)狀態(tài)、故障狀態(tài)和緊急停機(jī)狀態(tài)等5種工作狀態(tài)。離網(wǎng)運(yùn)行模式有獨(dú)立逆變狀態(tài)、待機(jī)狀態(tài)、故障狀態(tài)和緊急停機(jī)狀態(tài)等4種工作狀態(tài)。

在對(duì)微網(wǎng)對(duì)控制過(guò)程中，應(yīng)該有效地保證微網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性，在實(shí)際運(yùn)行控制中應(yīng)該滿足以下指標(biāo)：1）整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)該具有較強(qiáng)的擴(kuò)容能力，在不添加任何設(shè)備的情況下，就可以具有較強(qiáng)的擴(kuò)充新電源的能力。2）其能夠方便和及時(shí)實(shí)現(xiàn)與主網(wǎng)的并網(wǎng)和解離。3）其對(duì)內(nèi)部供電的控制穩(wěn)定性強(qiáng)，能夠滿足局部供電的基本要求。

4 孤島運(yùn)行的控制

孤網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行主要采用的是不間斷電源結(jié)構(gòu)，目前常用的有集中控制結(jié)構(gòu)、主從式控制結(jié)構(gòu)和對(duì)等控制結(jié)構(gòu)。

集中控制。在該控制方式中，會(huì)對(duì)母線電壓的實(shí)際情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并采取對(duì)電流進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的策略，將電流值平衡分配給所有的電源。這種控制方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，主網(wǎng)和配網(wǎng)之間容易匹配。其缺陷是整個(gè)電壓控制系統(tǒng)在控制的過(guò)程中存在較為嚴(yán)重的滯后性，且系統(tǒng)的魯棒性較差，容易受到意外因素的干擾。

主從站控制策略。其在微網(wǎng)的獨(dú)立運(yùn)行控制中的應(yīng)用較多，分別對(duì)每個(gè)微電源進(jìn)行獨(dú)立的控制，控制獨(dú)立電源的電壓和頻率，有效控制各供電單元的供電質(zhì)量和功率。其采用的是V/f控制的電源控制器作為主控制器，各種分布式電源直接受到主控制器的控制。采用該種控制方式，可以有效降低電壓和頻率與設(shè)定值之間的偏差，從而大大提高了供電的質(zhì)量。從控制器的工作完全依賴主控器的工作，如果微網(wǎng)采用非分布式電源結(jié)構(gòu)，這大大提高了主控制器的選擇余地，各種儲(chǔ)能設(shè)備也可以作為主控制器。

對(duì)等控制策略。在該控制模式下，每個(gè)電源在電網(wǎng)中的作用都是平等的，其主要對(duì)供電電壓的幅值額相位進(jìn)行控制，如果電網(wǎng)的負(fù)載的容抗性發(fā)生了變化，需要對(duì)輸出電壓的相位角進(jìn)行調(diào)整，對(duì)無(wú)功量進(jìn)行補(bǔ)償，有效提高供電的品質(zhì)因素，降低電網(wǎng)的線損。這種控制方式的抗干擾能力強(qiáng)，電源之間的通信非常可靠，但是對(duì)電網(wǎng)控制的同步性往往要求較高，需要提高電網(wǎng)設(shè)備通信之間的實(shí)時(shí)性，需要有高效的通信協(xié)議來(lái)保證通信的同步性。

下垂控制策略。在該控制模式下，各供電電源的地位將更加均衡，對(duì)負(fù)載的要求也不高。在下垂控制中，需要機(jī)組進(jìn)行平衡的供電，主網(wǎng)運(yùn)行模式和孤網(wǎng)運(yùn)行模式之間的切換密度更高，對(duì)電網(wǎng)切換技術(shù)要求較高。該控制方式的硬件結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，控制技術(shù)要求不是很高，由于微網(wǎng)的操作比較頻繁，供電質(zhì)量往往會(huì)波動(dòng)較大，因此該控制方法主要用于電力電子接口和電源之間的操作。

5 并網(wǎng)控制策略

在該控制方法中，微網(wǎng)需要和公網(wǎng)進(jìn)行并聯(lián)運(yùn)行，因此系統(tǒng)的頻率應(yīng)該和主網(wǎng)保持一致，還應(yīng)該有效保證電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性。根據(jù)IEEE1547標(biāo)準(zhǔn)，其各個(gè)供電節(jié)點(diǎn)都能達(dá)到有效的同步，微電網(wǎng)才能并入主網(wǎng)運(yùn)行。因此，對(duì)各供電節(jié)點(diǎn)的供電參數(shù)一致性要求較高，尤其體現(xiàn)在微網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定性，還需要最大程度地保證運(yùn)行的同步性。

在整個(gè)控制過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)采集系統(tǒng)各部分實(shí)際的工作參數(shù)，并將其統(tǒng)一傳送到控制中心，通過(guò)控制中心對(duì)供電參數(shù)的監(jiān)測(cè)來(lái)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的異常，如果存在異常的情況，就會(huì)及時(shí)對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，讓系統(tǒng)可以更加平穩(wěn)的運(yùn)行。在微網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中，運(yùn)行控制中心還會(huì)對(duì)無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，不僅提高了供電質(zhì)量，還能降低線損的發(fā)生。在整個(gè)并網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中，一定要注意減少并網(wǎng)造成的沖擊電流。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著時(shí)代的發(fā)展，城市在發(fā)展過(guò)程中，越來(lái)越追求發(fā)展的合理性，為了更進(jìn)一步對(duì)資源的利用進(jìn)行優(yōu)化，很多城市都提出了打造城市綜合體的發(fā)展理念。城市綜合體建設(shè)的過(guò)程中，一定要處理好對(duì)電能的利用問(wèn)題，尤其處理好對(duì)城市偏遠(yuǎn)地區(qū)供電的問(wèn)題。為此，我們應(yīng)該有效地對(duì)微網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行利用，并根據(jù)實(shí)際的情況，采用針對(duì)性的控制方法，讓微網(wǎng)技術(shù)充分發(fā)揮出自己的作用。