基于風(fēng)-光-儲多能微網(wǎng)運(yùn)行控制策略的研究

潘博 潘煦 祁思揚(yáng)

嘉興國電通新能源科技有限公司 浙江 嘉興 314000

引言

隨著能源消耗不斷增加，生態(tài)環(huán)境日益惡化，可再生能源的開發(fā)利用越來越受到人們的重視。我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中明確指出：大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)，積極探索推動試驗示范光熱電站建設(shè)，增加清潔能源供應(yīng)；開展新能源發(fā)電的系統(tǒng)仿真、功率預(yù)測和并網(wǎng)運(yùn)行控制等先進(jìn)技術(shù)研發(fā)及推廣；加強(qiáng)電網(wǎng)對新能源的消納能力和技術(shù)保障，積極推動智能電網(wǎng)運(yùn)行體系建設(shè)，提高智能電網(wǎng)管理運(yùn)行水平；重點發(fā)展儲能器件制造和儲能系統(tǒng)集成，以及儲能技術(shù)在智能電網(wǎng)、太陽能發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)等方面的示范應(yīng)用。

1 微網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行模式及控制策略

微網(wǎng)高級控制策略保證微網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行時的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化，離網(wǎng)運(yùn)行時的穩(wěn)定可靠。微網(wǎng)控制策略主要針對并網(wǎng)運(yùn)行、離網(wǎng)運(yùn)行以及離并網(wǎng)切換狀態(tài)。

1.1 并網(wǎng)運(yùn)行控制策略

微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)新能源發(fā)電易受天氣等自然因素的影響，功率輸出具有間歇性和隨機(jī)性的特點，針對可再生能源的功率波動，結(jié)合功率調(diào)度指令，協(xié)調(diào)運(yùn)用能量管理策略，對儲能、負(fù)荷、發(fā)電源等單元進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度，以實現(xiàn)微網(wǎng)與市電公共連接點（PCC）的并網(wǎng)功率優(yōu)化控制。具體流程如圖1所示。

圖1 并網(wǎng)運(yùn)行控制流程

給出了協(xié)調(diào)控制模塊的控制框圖，圖中的期望交換功率根據(jù)運(yùn)行模式的不同，由配網(wǎng)調(diào)度給定或是優(yōu)化計算產(chǎn)生給定。

（1）調(diào)度模式

該模式將PCC功率調(diào)整為常量或調(diào)度指定值。當(dāng)微網(wǎng)接收到與市電功率交換指令時，儲能系統(tǒng)結(jié)合光伏發(fā)電量與負(fù)荷的實際用電量，更新輸出功率值，并將指令分解至各儲能單元，實現(xiàn)微網(wǎng)與市電的能量交互跟隨功率指令的變化。該模式的優(yōu)點在于，相對市電而言，微網(wǎng)能夠等效為一個可調(diào)度的負(fù)荷（或電源）。

（2）單目標(biāo)優(yōu)化-削峰填谷模式

考慮到太陽日照特性與負(fù)荷的峰荷特性存在一定程度的重合，將光伏發(fā)電設(shè)置為峰荷電源，儲能系統(tǒng)根據(jù)PCC的實際功率流向，并結(jié)合光伏發(fā)電量與實際用電情況，更新輸出功率值。當(dāng)PCC功率流向微網(wǎng)超過10kW時啟動策略，儲能系統(tǒng)釋放能量，實現(xiàn)削峰優(yōu)化運(yùn)行；當(dāng)PCC功率流向市電超過10kW時啟動策略儲能系統(tǒng)存儲能量，實現(xiàn)填谷優(yōu)化運(yùn)行。

（3）單目標(biāo)優(yōu)化-儲能優(yōu)化管理模式

支持手動輸入功率調(diào)度指令，為儲能系統(tǒng)緊急狀態(tài)干預(yù)、臨時性人工調(diào)度等應(yīng)用需求提供在線、友好的信息交互[1]。

1.2 離網(wǎng)負(fù)荷控制策略

在并網(wǎng)運(yùn)行模式下，微網(wǎng)的交流母線由市電提供穩(wěn)定的電壓與頻率，電源與儲能等單元均以并網(wǎng)方式運(yùn)行。當(dāng)市電停電或發(fā)生故障時，微網(wǎng)轉(zhuǎn)入孤網(wǎng)運(yùn)行模式，由儲能單元實現(xiàn)負(fù)荷的快速分擔(dān)、電壓及頻率調(diào)節(jié)、保障用戶電能質(zhì)量等功能，即儲能單元控制器不僅具備基本的功率控制功能，還應(yīng)具備按各自容量比例分擔(dān)負(fù)荷、抑制干擾等特性。相應(yīng)的控制策略主要包括：

（1）蓄電池儲能工作在電壓/頻率控制模式，建立并維持系統(tǒng)電壓及頻率，在電源、負(fù)荷等單元功率波動的情況下，自動平衡微網(wǎng)功率流動，系統(tǒng)輕載時，風(fēng)電，光伏在發(fā)電高峰期所產(chǎn)生的剩余電能由儲能系統(tǒng)儲存。

（2）當(dāng)發(fā)電功率不能滿足負(fù)荷需求或市電長時間故障時，蓄電池儲能容量無法長時間支撐微網(wǎng)的電力供應(yīng)，繼續(xù)投入尚未投運(yùn)的發(fā)電支路，并根據(jù)負(fù)荷的重要性進(jìn)行分級，微網(wǎng)內(nèi)共設(shè)3級負(fù)載，其中1級負(fù)荷為最重要負(fù)載，2級次之，3級負(fù)荷為最不重要負(fù)載，嚴(yán)重時依靠減載設(shè)備的動作進(jìn)行3級負(fù)載的分步分級減載，使保留運(yùn)行的負(fù)荷量與運(yùn)行中的發(fā)電量相適應(yīng)，保持系統(tǒng)繼續(xù)安全穩(wěn)定運(yùn)行，保證向重要負(fù)荷不間斷供電，使系統(tǒng)在實際可能的各種運(yùn)行方式下，不發(fā)生頻率崩潰，也不使頻率長期懸浮在某一過低或過高的數(shù)值。但當(dāng)系統(tǒng)電壓頻率下降不大，頻率電壓雖低但不危及系統(tǒng)運(yùn)行時，保持負(fù)荷的正常供電。

1.3 并離網(wǎng)切換策略

（1）微網(wǎng)啟動后工作在離網(wǎng)運(yùn)行模式，當(dāng)其離網(wǎng)運(yùn)行轉(zhuǎn)換至并網(wǎng)運(yùn)行時：

1）主電源控制器檢測到電網(wǎng)電壓正常后，以當(dāng)前電網(wǎng)電壓作為控制器的輸出電壓參考，不斷調(diào)整其輸出使靜態(tài)開關(guān)兩側(cè)的電壓相位和幅值相同。

2）當(dāng)主電源控制器滿足并網(wǎng)條件后，下達(dá)合閘指令，同時主電源器控制器由電壓控制切換至電流控制策略。在微網(wǎng)運(yùn)行模式切換過程中，從電源始終運(yùn)行在電流控制模式下。當(dāng)微網(wǎng)運(yùn)行模式切換完成后，根據(jù)微網(wǎng)出力特性逐步調(diào)整微網(wǎng)內(nèi)分布式電源出力與負(fù)荷用電[2]。

2 結(jié)束語

本文的風(fēng)－光－儲多能微網(wǎng)系統(tǒng)已應(yīng)用于四川某110kV變電站內(nèi)，目前已進(jìn)行了多次離并網(wǎng)切換，運(yùn)行良好。在運(yùn)行中，離網(wǎng)向并網(wǎng)切換暫態(tài)時間不超過80ms，并網(wǎng)向離網(wǎng)切換暫態(tài)時間不超過500ms，并離網(wǎng)切換過程中雙向變流實現(xiàn)不停機(jī)過渡。