直流微電網的效率和經濟性

鐘文靜

摘 ? 要：能源是人類賴以生存的必要條件，隨著我國經濟建設的發展，傳統能源已經無法滿足工業需求，因此新能源及分布式電源得到了廣泛使用。在將分布式電源投入到電力系統的過程中發現其具有隨機性和間接性等問題出現。為了改善此類問題加大了對直流微電網系統的研究。通過加大直流微電網的應用發現傳統保護約束了其發展，因襲傳統保護不能在微電網系統中使用。同時，直流微電網既可獨立運轉，又可與外部電網并網運轉。直流微電網的特性為其自身的繼電保護措施增加了困難度。因為電流信號在時間上會有一定的差距，可以依據此原理對微電網進行保護。在智能電網飛速進步的時代，對電流差保護方案的應用范圍也逐漸廣泛。鑒于此，本文結合筆者多年工作經驗，對直流微電網的效率和經濟性提出了一些建議，僅供參考。

關鍵詞：直流微電網 ?影響因素 ?效率和經濟性

中圖分類號：TM727 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）02（b）-0085-02

直流微電網的潮流不可直接測量，具有隨機性的特點，其網絡結構又有輻射型網絡和環型網絡。為提高直流微電網的供電能力，直流微電網的電流差動保護，無論是高阻性故障還是低阻性故障，該電流保護方案均可以正確判斷其位置，并做出迅速的反應，切除故障。通過設置不同位置和不同故障類型的實驗，來檢測該保護方案的科學性，從而保證直流微電網的穩定運行。

1 ?直流微電網系統結構概述

在光伏發電的基礎上經過研究創建了直流微電網系統，此系統較為龐大，主要包含光伏發電單元、蓄電池儲能單元、制氫負載單元、燃料電池單元及負荷單元。

1.1 光伏發電單元

光伏發電單元作為直流微電網系統的重要組成部分，經由DC/DC的單向轉換器與直流母線相連。為了保障直流微電網的正常運轉，光伏發電單元必須在恒壓、無壓和功率處于最大值時三種條件下互相轉換，此三種條件分別對應的是跟蹤模式、恒壓模式和停機模式，經由此三種模式的互相轉換可以有效的保持電壓平穩。

1.2 燃料電池單元

燃料電池單元作為能量的供給單元，當其處于待機模式下蓄電池儲能單元能夠將直流母線電壓控制在平穩狀態;當其處于放電模式下，蓄電池會因自身容量不足導致直流母線電壓波動，此時就需要燃料電池單元運行以增加功率的輸出。

1.3 負荷單元

負荷單元主要分為主要負荷和次要負荷。在該系統中制造氫氣的設備作為主要負荷為氫氣站和工業生產提供氫氣，同時可在直流母線電壓不穩定時作為備用能源供給燃料電池的正常運行，以此來保證直流母線的電壓平穩，且在燃燒過程中可以產生水，水經過處理可以產生氫氣，重復此步驟可以節約能源。除此之外，在直流母線電壓不穩時次要負荷也會開始運轉，其亦可提供能源保證直流母線電壓平穩。

2 ?直流微電網的影響因素

2.1 直流母線電容對系統穩定性的影響

直流母線的變化會帶動那奎斯特曲線的變化，其穩定性與直流母線電容的變化成正比，其中直流母線電容的改變會對附加虛擬慣性控制的側換源流器帶來一定程度的改變。除此之外，經過橫軸對比發現在同等電容條件下，將慣性控制策略通過蓄電池的側方接入可以將直流微電網系統的穩固系數達到最大化;經過縱軸對比發現通過AVSG控制的直流微電網系統的穩固系數達到最大化。

2.2 虛擬慣性系數對系統穩定性的影響

隨著虛擬慣性系數的增大，四條那奎斯特曲線在虛擬慣性系數發生變化時四條曲線也會發生相應的改變，通過對比發現使用附加虛擬慣性的源側換流器所代表的那奎斯特曲線改變最大。除此之外，通過橫軸對不同源側換流器進行對比，發現在控制系數一樣的情況下虛擬慣性系數也相等，但是對蓄電池進行側引慣性控制操作可以增加直流微電網的穩定裕度;通過縱軸對相同源側換流器進行對比，發現控制不同穩定裕度也不同，其中進行AVSG控制的穩定裕度更強。

2.3 負荷功率對系統穩定性的影響

在對直流微電網系統進行控制時，積分型的虛擬同步發電機較微分環節的虛擬慣性發電機能夠發揮更好的效果，能最大程度上控制系統的動態性和穩定性。同時在其影響因素發生改變的條件下，將虛擬慣性控制在蓄電池側換流器上運行較在網側換流器上運行得到的效果更加顯著。所以，在結合系統的動態性、穩定性和離網工作時慣性供給等條件，最終確定使用AVSG技術來操控B-DC，以此來保證低慣性條件下直流微電網的正常運行，同時能夠依據需求在下垂控制和定直流電壓控制之間確定G-VSC的操控方式。

3 ?直流微電網的效率和經濟性分析

3.1 直流微電網的安全可靠性

直流微電網系統在應用過程中最重要的保證其安全性和可靠性，主要目的是在保證安全的前提下加強配電設備的供電容量及解決斷電或者其他特定條件下電容量的需求，解決辦法大致包新能源發電、市電供電能源、儲能系統及交流電等。這些都是直流微電網的重要組成部分，同時也是事故易發點。

3.2 直流微電網穩定性、保護理論基礎和技術

儲能系統是直流微電網中不可或缺的部分，其具有調節設備的功能，其使用的前提是直流微電網系統可以雙向流通。但因直流微電網系統囊括的新型能源較多，且所需新能源的數量及類型又參差不齊，所以在核算直流微電網系統時計算過程相對繁瑣，為了更加快速準確的進行系統核算必須要借助新型設備，以此來確保系統的運轉。

3.3 多能源協調和需求側管理

直流微電網系統作為系統性的電網機構，其包含眾多的供電電源和能源類型，在運行過程中可以滿足離網、并網、黑啟動、孤島、防逆等多種條件。光伏、風力、儲能等能源因為發電方式和發電時間不同致使發電量也各不相同，為了能夠更好的應用到實際中則需直流微電網對其進行協調管理，也可稱為多能源協調或者需求側管理。

3.4 分析對比

通過建立模型在較弱的信號下對并網換流器及恒功率負載進行研究，通過解決抗阻性提高了直流微電系統的穩定性。經過將頻域分析法與阻抗匹配準則結合進行研究發現在采用虛擬慣性控制的條件下電源側輸出阻抗也會相應增加，進而影響直流微電網的穩定性，同時在虛擬慣性參數和恒功率負載任意條件過大時都會引起直流微電網出現高頻震蕩的現象。基于此基礎對串聯條件下對虛擬阻抗技術進行了改善，結果顯示改善后能在一定程度上減少電源側輸出的阻抗值，增加直流微電網的平穩性。因為虛擬阻抗只會在較弱的信號情況下出現，所以在直流微電網處于平穩狀態下不會發揮效果。在以后的試驗過程中，會根據工業生產需要繼續對直流微電網進行研究與改進。

4 ?結語

作為一種新型的電網形式，直流微電網囊括了光伏發電、水利發達、風力發電等新型能源，其使用的能源皆為可再生能源，既對傳統資源起到了保護性作用又不會對環境造成破壞。直流微電網與傳統電網相比能更好的利用能源，降低浪費，節約成本，同時具有超高的可靠性和獨立運轉性。本文通過對直流微電網系統進行研究與闡述，發現系統運轉過程中使用的設備和相關理論方向還存在諸多問題，特別是能源調控、技術接口的標準和運轉的安全性問題較多亟待改進。

參考文獻

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