含新能源發(fā)電的配電網(wǎng)負(fù)荷建模的分析

摘 要：面對能源危機(jī)，新能源開始廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，電力行業(yè)自然也不例外，含新能源發(fā)電的配電網(wǎng)得以建設(shè)起來。含新能源發(fā)電的配電網(wǎng)的規(guī)劃運(yùn)行，需要充分滿足據(jù)當(dāng)前的電力需求，結(jié)合其負(fù)荷特性進(jìn)行分析，但難以通過由傳統(tǒng)綜合負(fù)荷模型予以描述，這就需要建立統(tǒng)一的、規(guī)范的指標(biāo)體系，其仿真分析結(jié)果能夠作為電力平衡的控制提供重要的參考。

關(guān)鍵詞：新能源發(fā)電；配電網(wǎng)；負(fù)荷建模

含風(fēng)能、水能以及太陽能等新能源發(fā)電的配電網(wǎng)的規(guī)劃運(yùn)行，能夠代替和補(bǔ)充部分的火力發(fā)電，減少了化石能源的消耗，降低環(huán)境污染，同時(shí)減輕了環(huán)境壓力，充分貫徹了可持續(xù)發(fā)展的理念。當(dāng)含新能源發(fā)電的配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，為了滿足等效負(fù)荷要求，需要通過負(fù)荷建模來準(zhǔn)確描述負(fù)荷特性，并符合實(shí)際情況，其對于含新能源發(fā)電的配電網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展有著積極的影響。

1 新能源配電網(wǎng)的建模

當(dāng)含新能源發(fā)電的配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)， 需要結(jié)合其負(fù)荷特性進(jìn)行分析，建立科學(xué)的負(fù)荷模型，予以仿真設(shè)計(jì)。本文以光伏發(fā)電系統(tǒng)建模為例進(jìn)行研究，光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括光伏電池、逆變器和控制部分，分別進(jìn)行建模。

1.1 光伏陣列

光伏電池的輸出特性受到電池結(jié)溫和日照強(qiáng)度的影響。光伏電池的輸出伏安特性可以利用電流源和二極管的并聯(lián)電路來進(jìn)行描述，其中串聯(lián)一電阻，擁有更為準(zhǔn)確的反映出光伏電池的伏安特性。從中可以了解到，在光伏電池模型當(dāng)中，光照越強(qiáng)，則光伏陣列匯集電流越大。溫度越高，則二極管飽和電流也會受到影響。根據(jù)電路接入負(fù)載的情況，電流部分流入負(fù)載（接入）或經(jīng)二極管分流（不接入）。進(jìn)而建立光伏陣列數(shù)學(xué)模型和光伏陣列仿真模型，然后進(jìn)行升壓電路設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)Boost升壓變換器，在升壓電路的作用下，光伏列陣輸出電壓可以轉(zhuǎn)變?yōu)槟孀兤餍枰闹绷麟妷褐担鸬綄斎腚妷旱恼{(diào)控作用，其控制范圍明顯增加[1]。

1.2 逆變器

逆變器具有單相全橋脈寬調(diào)制的作用，根據(jù)電流反饋控制方案，通過對功率開關(guān)通斷的控制，調(diào)節(jié)單位功率因數(shù)的變化，進(jìn)而控制功率器件的運(yùn)行，可有效處理誤差信號。逆變器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，行外環(huán)控制和內(nèi)環(huán)控制，并輸出（外環(huán)控制）和調(diào)節(jié)（內(nèi)環(huán)控制）有功電流分量和無功電流分量指令。電網(wǎng)電壓的電流方式具有矢量、定向的特點(diǎn)。結(jié)合瞬時(shí)無功理論，對有功輸出和無功輸出

進(jìn)行解耦控制。逆變器暫態(tài)運(yùn)行時(shí)，其輸出電流會出現(xiàn)峰值，需要在逆變器中設(shè)置電流限幅模塊，進(jìn)而提高其元器件過流能力，建立暫態(tài)模型，應(yīng)以妥善處理并解決光伏發(fā)電系統(tǒng)的故障[2]。

1.3 最大功率跟蹤方案

根據(jù)光伏組件的伏安特性，分析其最大功率點(diǎn)與輻射強(qiáng)度和溫度之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)最大功率跟蹤方案，可通過對逆變器指令電流大小的調(diào)節(jié)來控制最大功率跟蹤方案的實(shí)施。根據(jù)光伏電池功率電壓關(guān)系曲線的變化，從中了解指令電流、可用功率對電壓的變化率表征，能夠在很大程度上反映出反映出光伏發(fā)電配電網(wǎng)的負(fù)荷特性。在該方案當(dāng)中，如果功率和電壓變化率的比值增加，則需要觀察指令電流的變化。另外，為了保證并網(wǎng)電流和電壓的同頻、同相，需要設(shè)計(jì)鎖相環(huán)方案。

2 運(yùn)行特性仿真

2.1 離網(wǎng)獨(dú)立供電

光伏發(fā)電系統(tǒng)的離網(wǎng)獨(dú)立供電是一種不穩(wěn)定和不連續(xù)的供電方式，不獨(dú)立帶負(fù)載時(shí)，可直接對負(fù)載供電。直流負(fù)載和交流負(fù)載分別接在升壓變換器和逆變器的輸出端。獨(dú)立帶載時(shí)，在逆變器的作用下，電壓源輸出穩(wěn)定，將使用電壓控制為恒定額度，輸出功率、輸出電壓相位以及輸出電流相位均受到負(fù)載大小的影響。電壓電流雙閉環(huán)反饋是光伏發(fā)電系統(tǒng)離網(wǎng)獨(dú)立供電中常用的輸出電壓控制方法。根據(jù)輸出電壓的檢測值，計(jì)算與標(biāo)準(zhǔn)正弦輸出電壓之間的差值，然后利用比例積分進(jìn)行調(diào)節(jié)，補(bǔ)償差值后得到電流基準(zhǔn)。電流誤差信號的獲取，是通過計(jì)算電流基準(zhǔn)和輸出濾波電感電流瞬時(shí)值的差值來得到的，經(jīng)調(diào)節(jié)后獲得脈沖寬度調(diào)制波，與恒頻三角載波對照，觀察系統(tǒng)輸出電壓和電流波形，均呈現(xiàn)為正弦波形。當(dāng)負(fù)載過高時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)不穩(wěn)定，輸出電壓降低。而負(fù)載過低時(shí)，則輸出功降低，電池的利用率并不高[3]。

2.2 并網(wǎng)供電仿真

當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)時(shí)，則需要考慮電能質(zhì)量能否達(dá)標(biāo)，滿足等效負(fù)荷要求。逆變器的運(yùn)行穩(wěn)定、高效，并根據(jù)日照、溫度、負(fù)載的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。并網(wǎng)電流是逆變器輸出電流與負(fù)載電流的差值。電流幅值是否發(fā)生變化與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。電阻性負(fù)載下，在鎖相的作用下，指令電流的幅值變化對其不構(gòu)成影響。而在電感性負(fù)載下，負(fù)載電流保持恒定，輸出電流幅值受到指令電流的幅值變化的影響，進(jìn)而引起并網(wǎng)電流的變化。根據(jù)光伏陣列、逆變器以及最大功率跟蹤方案所建立的模型，設(shè)計(jì)光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的仿真圖。在光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)供電當(dāng)中，能夠根據(jù)并網(wǎng)所需電壓，利用并網(wǎng)變壓器來調(diào)控逆變器的電壓等級，同時(shí)還具有電氣隔離的作用功能。其電壓電流波形呈正弦波形，光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)保持同相和同幅值。在仿真設(shè)計(jì)的過程中，初始階段，指令電流和電壓不同相，然后在光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)工作后，利用鎖相環(huán)鎖定電壓電流相位，進(jìn)而控制電流輸出，滿足等效負(fù)荷要求，進(jìn)而明確其負(fù)荷特性。對含新能源發(fā)電的配電網(wǎng)進(jìn)行科學(xué)，確保其良好運(yùn)行，充分滿足據(jù)當(dāng)前的電力需求[4]。

3 結(jié)論

風(fēng)能、水能以及太陽能等新能源發(fā)電是電力行業(yè)發(fā)展的重要趨勢，以此來降低化石能源的消耗，減少污染物的排放，節(jié)能環(huán)保，對于電力行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展有著積極的影響。含新能源發(fā)電的配電網(wǎng)接入電網(wǎng)后，為了保證并網(wǎng)電流和電壓的同頻、同相，需要對新能源配電網(wǎng)的負(fù)荷特性予以了解，通過建模仿真，進(jìn)行科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)，為含新能源發(fā)電的配電網(wǎng)的良好運(yùn)行提供重要的保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁明，石雪梅.新能源接入對主動配電網(wǎng)的影響[J].電力建設(shè)，2015，（01）：7684.

[2]勵文偉，蔡振華，鄭瑜.含新能源發(fā)電的配電網(wǎng)負(fù)荷建模研究[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015，（07）：229230.

[3]李欣然，李小菊，馬亞輝，徐振華，王玲.一種含燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的廣義綜合負(fù)荷模型[J].電力系統(tǒng)自動化，2012，（22）：4449+107.

作者簡介：劉圣成（1990），男，江西贛州人，助理工程師，研究方向：配電網(wǎng)及光伏。