基于直流微電網并網控制技術分析

趙耀

摘要：本文采用文獻資料法、訪談法等研究方法，首先對直流微電網并網技術的意義進行了闡述，然后對低壓直流微電網組成與體系結構進行了介紹，之后從三個方面對直流微電網并網控制技術進行了研究，希望為電力事業發展提供有益參考。

關鍵詞：直流微電網;并網控制技術;技術分析

引言：

隨著經濟的快速發展，很多國家都大力開展了交流微電網方面的研究，微電網示范工程覆蓋范圍逐漸增加。在交流微電網的角度來講，直流微電網在結構方面更加簡單，資源利用率相對較高，具有的能源轉換環節較為簡單，因此直流微電網得到了大力推廣，用電設備和發電需求日益增加，也成為了需要解決的主要問題。相對于交流微電網而言，直流微電網不用考慮相位同步和頻率問題，在系統控制中具有一定的便捷性。

1 直流微電網的組成與體系結構

本文針對直流微電網的組成結構進行了深入研究，具體的微電網結構如圖1所示。

通過對圖1進行觀察可以看出，直流微店網在日常運轉過程中，主要采用了兩種不同的運營方式，分別為離網運行模式和并網運行模式。在并網運行模式的角度來講，微電網為了保證電力供應量，會通過合理的方式和大電網進行直接連接，從而達到電網系統電能轉換的要求。離網運行其實就是，在電網運行出現問題的情況下，會將局域網絡進行隔離，并且電網系統進行隔斷，之后通過儲備裝置和復合裝置進行協同能源供應，這種隔離的問題處理方法還可以叫成孤島運行。通過對以上兩種運行方法進行對比分析得出，并行網絡在運行結構上更加便捷，離網運行方法在內部結構上比較復雜[1]。在直流微電網運行過程中，主要包含的電壓等級負載分別為48伏、直流400伏以及交流220伏等不同的形式，負載類型還可以劃分為重要負載以及次重要負載兩種。在次重要負載中，加熱與照明設備屬于基礎部分，這些設備運行都需要得到足夠的電量支撐，在系統能量缺乏的情況下，需要合理應用負載的轉換器，對實際的功率進行調節，保證運行的合理性與完善性。

2 直流微電網并網相關問題控制技術

2.1 并網接口控制

在對并網接口進行控制的過程中，需要使用VSC作為電網的并網接口，通過這種方式可以完成能量的雙向轉換，同時也能完成功率因數的合理控制，保證了直流側電壓的穩定性，但是在應用三相VSC過程中依然存在著局限。直流電壓的穩定性和測電電壓以及轉換設備之間都有著一定的關系，使用不同的電壓設備會產生不同的電流功率，若是出現的調制比具有相同性，應用傳統的SVPWM算法就能得出，直流電壓實際的利用率為1/2，通過以上情況可以看出，電流器直流電壓下限可以達到電網峰值，并且調制算法，電壓的利用率也會逐漸提升。在合理應用SVPWM調制方法的情況下，雖然直流電壓會出現明顯的下降，但是仍然會達到直流電壓穩定性下限，在很多部分依然存在著問題[2]。為了解決并網接口方面存在的局限性，需要將VSC作為基礎，在串聯模式的上方連接相應的轉換器，通過這種方式可以逐漸增加母線電壓的可控性。在負載電壓不具有平衡性的情況下，使用DC測電壓依然會增加系統的波動性，所以需要合理應用轉換器控制系統電壓，為直流電壓運行提供良好環境。另外，在應用變壓轉換器的情況下，母線電壓很難達到下限，還可以將這種情況解釋為，結構輸出環境中母線電壓覆蓋范圍逐漸增加。在控制網絡結構的角度來講，需要逐漸提升電壓控制的合理性，讓直流電壓逐漸接近波動幅度，降壓轉換器的響應速度需要在三相轉換速度之上，只有這樣才能保證電網連接的穩定性與安全性。

2.2 基于母線電壓的協調控制

在母線電壓協調控制過程中，需要有計劃性的開展切換，切換指令最早由上乘控制系統發出，由于實際的系統內部供應量出現變化，所以離網和并網之間需要完成合理的轉化。為了保證系統運行的穩定性，需要在電網控制，和離網設計等方面進行分析，將離網和并網進行有效結合，完成系統協調自主控制，嚴格按照離網切換準則進行操作。交流電源會根據能量流動發生轉變，一定要實現網絡之間的切換操作，在這種情況下就能在發生網絡故障時自動進入離線運營狀態。同時也充分利用了可再生能源。在故障發生時通過關閉極端系統，可以保證運行模式與開關模式之間保持功率的一致性，完成了不同電壓環境中系統的合理調節[3]。

2.3 微電網離網的協調控制

由于受區域環境的影響，許多地區的微電網不能被常規網絡所覆蓋，因此，在特定環境下，需要采用離網方式運行微電網，以實現高效供電。這類微網具有較強的滲透性，從內部結構來看，主要是由三態控制系統組成。離網微電網可分為三大部分，即集中控制部分、就地控制部分和主站調度部分，通過三大控制系統的有機結合，達到信息共享的最終目的。在主站調動部分來看，系統功能主要分為以下幾個方面，分別是前置數據服務器、外部系統接口服務器，通過這些服務器的合理應用，實現了經濟化調度。其中控制部分主要包含了動態穩定設備、網絡集中控制設備，這些設備都是為系統動態穩定運轉提供良好環境，在電網運行中還可以通過集中控制系統對重要數據進行采集，對采集后的信息進行整體分析，從而找出系統存在的問題，同時還能完成電力系統的實時監控。就地控制層主要組成部分則分別是CT與PT采集單元、電網智能終端、分布式電源逆變設備等方面，其主要的作用就是對數據進行采集，同時對設備進行本地控制與保護。

結論：

綜上所述，直流微電網具有多方面的優勢，通過集中管理的方法與大型電網進行連接，可以實現孤島運行與并網運行，和常規的交流微電網相比，直流微電網的優勢非常明顯，日常運營中可以降低能量耗損，達到了理想的無功調節和無頻率穩定目標。本文首先對低壓直流微電網組成與體系結構進行了介紹，之后對直流微電網并網控制技術進行了相關研究，從三個方面對直流微電網并網相關問題控制技術進行了探討。直流微電網在未來的發展中，會長期發揮重要作用，一定要合理應用、深入研究直流微電網，讓其為我國的經濟發展提供技術支持，保證電力事業持續穩定發展。

參考文獻：

[1]楊晨， 謝少軍， 毛玲，等. 基于雙管Buck-Boost變換器的直流微電網光伏接口控制分析[J]. 電力系統自動化， 2018， 36（13）.

[2]邢小文， 張輝， 支娜，等. 基于DBS的直流微電網控制策略仿真[J]. 電力系統及其自動化學報， 2017， 26（011）：23-27.

[3]張輝， 閆海明， 支娜，等. 基于母線電壓微分前饋的直流微電網并網變換器控制策略[J]. 電力系統自動化， 2019， 043（015）：166-171.

（武漢理工大學航運學院，湖北 武漢 430063）