基于運(yùn)行模式分析的微電網(wǎng)控制系統(tǒng)研究

姚岳 周茜

摘 要：微電網(wǎng)作為智能電網(wǎng)的一種類型，其系統(tǒng)構(gòu)成包括微電源、儲(chǔ)能裝置、負(fù)荷以及控制裝置。按照可控性，將微電源分為三種類型：部分可控、不可控和全控電源。本文基于微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)微電網(wǎng)的運(yùn)行模式以及控制策略展開(kāi)分析。事實(shí)證明，在并網(wǎng)和孤島共同運(yùn)行的模式下，采取科學(xué)、合理的策略，對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行有效控制，就能夠確保電壓和頻率處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；結(jié)構(gòu)；運(yùn)行模式；控制系統(tǒng)；控制策略

0 前言

微電源大多使用電力電子裝置的接入方式，安裝在用戶側(cè)，其結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)有所區(qū)別，需要將微電網(wǎng)自身具備的一些特殊性考慮在內(nèi)。一般情況下，微電網(wǎng)的基礎(chǔ)研究?jī)?nèi)容是電能質(zhì)量，但在研究微電網(wǎng)電能質(zhì)量之前，還需要分析微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，并且了解微電網(wǎng)的基本運(yùn)行模式和相關(guān)控制策略。

1 微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析

微電網(wǎng)負(fù)荷，按照可控性分為：可控和不可控；按照重要程度分為：一般和重要；按照敏感度分為：敏感和非敏感。其中，有部分非敏感負(fù)荷屬于可控負(fù)荷范疇，主要用于平滑和削峰負(fù)荷的波形。饋線在微電網(wǎng)中的功能主要是供給負(fù)荷、提供電壓以及支撐頻率，增強(qiáng)負(fù)荷抵御電壓干擾的能力；微電網(wǎng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，使用的是并網(wǎng)工作模式；當(dāng)配電網(wǎng)出現(xiàn)故障、電壓處于非正常狀態(tài)或電能質(zhì)量未達(dá)要求的時(shí)候，靜態(tài)開(kāi)關(guān)會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)，在故障恢復(fù)前，微電網(wǎng)會(huì)一直處于孤島運(yùn)行模式。由上分析，可以看出微電網(wǎng)具有如下特點(diǎn)：

（1）一般采用單點(diǎn)接入的方式，接入大電網(wǎng)，即從側(cè)面看配電網(wǎng)，可以將微電網(wǎng)看成發(fā)電單元或一種可控負(fù)荷。微電網(wǎng)"即插即用"的功能，使得各種分布式電源能夠相互作用，并被充分利用，減少直接接入電源給大電網(wǎng)造成的干擾，提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率；將電網(wǎng)升級(jí)引發(fā)的投資成本降到最低，同時(shí)也有效降低輸電線路的損耗率；將負(fù)荷電壓維持在平穩(wěn)狀態(tài)。

（2）具有兩種工作模式：并網(wǎng)與孤島。當(dāng)微電網(wǎng)處于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，配電網(wǎng)和微電網(wǎng)都可以提供電能負(fù)荷，此時(shí)微電網(wǎng)與配電網(wǎng)之間能夠?qū)崿F(xiàn)能量交換。當(dāng)電能運(yùn)行不正常或質(zhì)量欠佳，無(wú)法滿足用戶需求的時(shí)候，微電網(wǎng)為了將其內(nèi)部能量維持在供需平衡狀態(tài)，就會(huì)切換為孤島運(yùn)行模式，與主網(wǎng)隔離開(kāi)來(lái)。

2 微電網(wǎng)運(yùn)行模式分析

微電網(wǎng)的運(yùn)行模式一共有四種，其中有兩種為過(guò)渡狀態(tài)運(yùn)行模式，另外兩種為穩(wěn)態(tài)運(yùn)行模式：并網(wǎng)與孤島。所謂過(guò)渡狀態(tài)，即：在正常的狀態(tài)下，微電網(wǎng)會(huì)與主網(wǎng)并列運(yùn)行；利用黑啟動(dòng)恢復(fù)電網(wǎng)運(yùn)行之后，微電網(wǎng)會(huì)切換為穩(wěn)態(tài)運(yùn)行模式。

微電網(wǎng)在正常狀況下使用的是并網(wǎng)運(yùn)行模式，即：微電網(wǎng)會(huì)與與配電網(wǎng)并列運(yùn)行；當(dāng)大電網(wǎng)出現(xiàn)故障、電能質(zhì)量無(wú)法滿足用戶要求的時(shí)候，為了不中斷對(duì)敏感與重要負(fù)荷的供電，靜態(tài)開(kāi)關(guān)會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)，此時(shí)微電網(wǎng)會(huì)切換為孤島運(yùn)行模式，與大電網(wǎng)隔離。

3 微電網(wǎng)控制系統(tǒng)研究

就控制狀況來(lái)看，微電網(wǎng)分為主從與對(duì)等控制兩種類型。主從控制指的是：微電源在微電網(wǎng)中發(fā)揮的作用不同，其中一個(gè)微電源控制器被設(shè)置為主控制單元，其余微電源為從控制單元。對(duì)等控制又可以稱為分散控制，即：微電網(wǎng)中的每個(gè)分布式電源都是平等的，不存主從控制系統(tǒng)下的那種主從關(guān)系。依據(jù)本地信息，獨(dú)立控制每個(gè)微電源，促使微電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)"即插即用"。當(dāng)前，微電源控制方法有：下垂、恒功率以及恒壓恒頻控制等幾種類型。

（1）Droop控制（下垂控制）

微電源輸出電壓、輸出頻率的下垂獨(dú)立控制，是借助傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的多種功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的，例如，頻率特性、有功或無(wú)功功率、電壓特性等等。當(dāng)系統(tǒng)對(duì)有功和無(wú)功兩種功率的需求明顯增加的時(shí)候，微電源的頻率與電壓都會(huì)有所下降，自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行點(diǎn)，將新的功率維持在平衡狀態(tài)。此過(guò)程可以不通過(guò)微電源取得通信聯(lián)系，因此，對(duì)電源接口逆變器進(jìn)行控制的時(shí)候，一般會(huì)使用此方法。

（2）V/f控制（恒壓恒頻控制）

恒壓恒頻控制方式不會(huì)受微電源輸出功率變化的影響，一般用于主微電源的控制過(guò)程，維持輸出電壓和頻率的穩(wěn)定。微電源有功和無(wú)功功率輸出發(fā)生變化時(shí)，其頻率不會(huì)變，始終維持在50Hz的水平，電壓也會(huì)保持在固定幅值。

（3）PQ控制（恒功率控制）

在并網(wǎng)運(yùn)行模式下，配電網(wǎng)是微電網(wǎng)頻率與電壓的決定因素，而微電網(wǎng)本身的作用在于調(diào)節(jié)局部電壓，防止電網(wǎng)內(nèi)部出現(xiàn)無(wú)功電流現(xiàn)象，此時(shí)可以采用PQ方式控制微電源。PQ控制方式，一般是用保證微電源可以向系統(tǒng)正常輸入用功和無(wú)功這兩種功率，這也是其最終控制目標(biāo)。

4 小結(jié)

本文立足于智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)微電網(wǎng)的概念與特點(diǎn)展開(kāi)分析，隨后探討了微電網(wǎng)的幾種運(yùn)行模式和控制方式，從中我們可以看出，采取科學(xué)、合理的策略控制微電網(wǎng)，可以維持電壓和頻率的穩(wěn)定，有效調(diào)節(jié)負(fù)載突然增加引發(fā)的功率差額，并與大電網(wǎng)并列運(yùn)行，平滑過(guò)渡電網(wǎng)故障。

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