交直流混合微電網(wǎng)運(yùn)行控制策略的思考

陳曉忱

摘 要：近年來(lái)，人類對(duì)交直流混合微電網(wǎng)的利用逐年增多，國(guó)家也對(duì)其運(yùn)行控制逐步重視起來(lái)，本文首先闡述了交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)關(guān)鍵部分的作用，然后從直流側(cè)光伏發(fā)電、交流側(cè)光伏發(fā)電、蓄電池充放電和AC/DC變換器這四方面提出了交直流混合微電網(wǎng)運(yùn)行的控制策略。希望通過此思考對(duì)相關(guān)人員帶來(lái)啟示，從而更加提高交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制水平。

關(guān)鍵詞：交直流混合微電網(wǎng)；交流側(cè)光伏發(fā)電；蓄電池；AC/DC變換器

引言：現(xiàn)階段，國(guó)家越來(lái)越重視可再生能源的作用，這些能源可以通過微電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)有效的利用，而微電網(wǎng)主要分為直流、交流與交直流混合微電網(wǎng)三種。在當(dāng)今社會(huì)中，直流用電設(shè)備較多，而交直流混合微電網(wǎng)將是未來(lái)的一種發(fā)展趨勢(shì)，但是目前其在控制方面還需要繼續(xù)改進(jìn)，下面就來(lái)分析一下交直流混合微電網(wǎng)運(yùn)行的控制策略。

1.交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

交直流混合微電網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要是由四部分組成的，第一部分是交流子系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過逆變器達(dá)成MPPT，從而控制單位功率上的因數(shù)。第二部分是直流子系統(tǒng)，該系統(tǒng)中的光伏發(fā)電單元有跟蹤功能，其中的蓄電池儲(chǔ)能可以進(jìn)行充電與放電。第三部分是功率交換系統(tǒng)，主要包括變換器與隔離變壓器兩項(xiàng)裝置，此系統(tǒng)中的并網(wǎng)接口有著較為強(qiáng)大的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)孤島模式與并網(wǎng)的自由切換。最后一部分就是微電網(wǎng)控制器，這部分不僅可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)并網(wǎng)、孤島檢測(cè)，還可以控制光伏與負(fù)荷控制器等各分部系統(tǒng)，從而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行控制，以促進(jìn)其切換與安全運(yùn)行[1]。

1.2系統(tǒng)關(guān)鍵部分的作用

交直流混合微電網(wǎng)中的各系統(tǒng)都有一定的作用，其中交流與直流子系統(tǒng)的分別起到控制功率與跟蹤監(jiān)督微電網(wǎng)運(yùn)行的作用。電網(wǎng)中的蓄電池可以對(duì)系統(tǒng)起到平抑的影響，進(jìn)而增強(qiáng)直流側(cè)光伏利用率，同時(shí)，在微電網(wǎng)處于孤島運(yùn)行的期間，其還可以充當(dāng)系統(tǒng)中的平衡節(jié)點(diǎn)，對(duì)直流兩側(cè)的功率發(fā)生作用，使二者趨近于平衡，最終聯(lián)合變換器共同維護(hù)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。而AC/DC變換器可以保證頻率與電壓的平穩(wěn)，也可以在并網(wǎng)運(yùn)行期間使伏發(fā)電功率定額進(jìn)入電網(wǎng)內(nèi)部，從而進(jìn)一步使系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。

2.交直流混合微電網(wǎng)運(yùn)行的控制策略

2.1對(duì)直流側(cè)光伏發(fā)電的控制

在微電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行光伏發(fā)電的時(shí)候，可以實(shí)現(xiàn)大功率全程控制的功效，這一流程也被稱為MPPT控制。要想有效的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，首先就要控制好直流測(cè)光發(fā)電單元，該部分中的直流母線可以與Boost 變換器連接在一起。圖1則是對(duì)直流側(cè)光伏發(fā)電的控制流程。在具體控制時(shí)可以使用電壓環(huán)控制模式進(jìn)行處理。首先系統(tǒng)中的光伏電池會(huì)輸出壓電壓Upv，之后會(huì)進(jìn)行MPPT的系列計(jì)算，從而得出電壓Um，這就是最大功率出所在的電壓值，這個(gè)數(shù)值可以作為電池出口電壓的參考標(biāo)準(zhǔn)。之后再進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，最后將其中的載波和調(diào)制波進(jìn)行比較分析，系統(tǒng)就可以自動(dòng)得到信號(hào)驅(qū)動(dòng)開關(guān)管。通過這樣的流程，就可以跟蹤直流側(cè)光伏發(fā)電中的最大功率，從而對(duì)直流側(cè)光伏發(fā)電運(yùn)行進(jìn)行有效的控制。

2.2對(duì)交流側(cè)光伏發(fā)電的控制

在交流側(cè)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，交流母線是與變化器直接聯(lián)系在一起的。如圖2是對(duì)交流側(cè)光伏發(fā)電的控制流程，主要是采用電壓-無(wú)功控制策略，具體控制時(shí)，可以把無(wú)功功率的數(shù)值設(shè)置為0，其就會(huì)與電壓發(fā)生作用，對(duì)系統(tǒng)的外環(huán)加以控制，而所產(chǎn)生的電流也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)環(huán)的控制，具體流程可見圖2。首先，電池出口壓Upv和Um之間的差值會(huì)先得到PI的調(diào)控，同時(shí)，系統(tǒng)中的實(shí)測(cè)值和無(wú)功功率的參考值也會(huì)被PI影響，進(jìn)而會(huì)得到交軸性的電流。之后，直流與交流會(huì)進(jìn)行解耦，進(jìn)而得到dq 的值，而該值會(huì)被傳送進(jìn)PWM發(fā)生器中，從而作用與開關(guān)管，達(dá)到對(duì)系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)的目的，這一流程就是對(duì)交流側(cè)光伏發(fā)電的具體控制。

2.3對(duì)蓄電池充放電的控制

對(duì)于混合微電網(wǎng)中的蓄電池，一般是對(duì)其充電和放電的功能進(jìn)行控制，這項(xiàng)功能主要由 DC/DC變化器來(lái)實(shí)現(xiàn)，用于蓄電池中的變換器一般是雙向的，圖3是其拓?fù)錂C(jī)構(gòu)圖，由該圖可以分析到，當(dāng)K1斷開而K2通暢時(shí)，蓄電池就可以向內(nèi)充電，Buck變換器發(fā)揮主要作用。而當(dāng)K2斷開而K1通暢時(shí)，蓄電池就可以向外放電，其中的Boost變換器發(fā)揮主要作用[2]。在具體進(jìn)行充放電控制時(shí)，可以用電流與電壓結(jié)合的方式進(jìn)行控制，具體流程可見圖4，電壓外環(huán)可以對(duì)系統(tǒng)中的母線電壓產(chǎn)生影響，從而使母線平穩(wěn)運(yùn)行，而電池充電是的電流會(huì)受到系統(tǒng)內(nèi)環(huán)的作用。母線電壓和Udc首先經(jīng)由PI調(diào)節(jié)，之后得到充放電流的參考值，其再與實(shí)際值的差值再次通過PI，最終進(jìn)入到發(fā)生器的開關(guān)內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)蓄電池的充電與放電。

2.4 對(duì)AC/DC變換器的控制

AC/DC變換器與直流和交流的子系統(tǒng)直接相連，可以使整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行功率達(dá)到平衡。對(duì)于V/f 部分可以使用電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)環(huán)共同作用的策略，而對(duì)于P/Q 部分，則與之正好相反。在具體運(yùn)行時(shí)，只單獨(dú)對(duì)系統(tǒng)的外環(huán)進(jìn)行切換處理就可以達(dá)到效果。具體的控制流程包涵以下兩種控制方式。第一種就是在V/f 控制期間，由正弦電壓能夠決定出科學(xué)的用于dq 變換作用的相位角，而電壓外環(huán)可以通過PI的調(diào)改為電流內(nèi)環(huán)提供一定的參考依據(jù)。而第二種就是在P/Q 控制期間，網(wǎng)側(cè)相位角由50Hz 電壓提供，電流內(nèi)環(huán)的參考是通過PI調(diào)動(dòng)后的功率外環(huán)所得出。當(dāng)交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)的并網(wǎng)點(diǎn)出現(xiàn)信號(hào)時(shí)，這兩種不同的控制模式就可以發(fā)揮作用，從而順利的發(fā)出信號(hào)，對(duì)AC/DC變換器進(jìn)行控制。

結(jié)束語(yǔ)：綜上所述，交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)在人類生產(chǎn)生活中可以起到非常大的作用，其主要由四個(gè)部分組成，各部分都發(fā)揮一定的作用，通過對(duì)各部分系統(tǒng)控制，就可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，從而促進(jìn)其平穩(wěn)、安全的運(yùn)行。在未來(lái)，相關(guān)技術(shù)人員一定要進(jìn)行進(jìn)一步的研究與分析，從而科學(xué)的提高系統(tǒng)的使用效果和控制水平，為社會(huì)的發(fā)展貢獻(xiàn)出力量。

參考文獻(xiàn)：

[1]蒲天驕，李燁等.基于電力電子變壓器的交直流混合系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行控制關(guān)鍵技術(shù)及研究框架[J].電網(wǎng)技術(shù)，2018，42（09）：2752-2759.

[2]謝文超，朱永強(qiáng)等.交直流混合微電網(wǎng)中互聯(lián)變流器功率控制[J].電力建設(shè)，2016，37（10）：9-15.