直流微電網(wǎng)的效率和經(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，傳統(tǒng)能源已經(jīng)無法滿足工業(yè)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(tǒng)的過程中發(fā)現(xiàn)其具有隨機(jī)性和間接性等問題出現(xiàn)。為了改善此類問題加大了對(duì)直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的研究。通過加大直流微電網(wǎng)的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)保護(hù)約束了其發(fā)展，因襲傳統(tǒng)保護(hù)不能在微電網(wǎng)系統(tǒng)中使用。同時(shí)，直流微電網(wǎng)既可獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)，又可與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)。直流微電網(wǎng)的特性為其自身的繼電保護(hù)措施增加了困難度。因?yàn)殡娏餍盘?hào)在時(shí)間上會(huì)有一定的差距，可以依據(jù)此原理對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)。在智能電網(wǎng)飛速進(jìn)步的時(shí)代，對(duì)電流差保護(hù)方案的應(yīng)用范圍也逐漸廣泛。鑒于此，本文結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)直流微電網(wǎng)的效率和經(jīng)濟(jì)性提出了一些建議，僅供參考。

關(guān)鍵詞：直流微電網(wǎng) ?影響因素 ?效率和經(jīng)濟(jì)性

中圖分類號(hào)：TM727 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）02（b）-0085-02

直流微電網(wǎng)的潮流不可直接測(cè)量，具有隨機(jī)性的特點(diǎn)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)又有輻射型網(wǎng)絡(luò)和環(huán)型網(wǎng)絡(luò)。為提高直流微電網(wǎng)的供電能力，直流微電網(wǎng)的電流差動(dòng)保護(hù)，無論是高阻性故障還是低阻性故障，該電流保護(hù)方案均可以正確判斷其位置，并做出迅速的反應(yīng)，切除故障。通過設(shè)置不同位置和不同故障類型的實(shí)驗(yàn)，來檢測(cè)該保護(hù)方案的科學(xué)性，從而保證直流微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 ?直流微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述

在光伏發(fā)電的基礎(chǔ)上經(jīng)過研究創(chuàng)建了直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，此系統(tǒng)較為龐大，主要包含光伏發(fā)電單元、蓄電池儲(chǔ)能單元、制氫負(fù)載單元、燃料電池單元及負(fù)荷單元。

1.1 光伏發(fā)電單元

光伏發(fā)電單元作為直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，經(jīng)由DC/DC的單向轉(zhuǎn)換器與直流母線相連。為了保障直流微電網(wǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，光伏發(fā)電單元必須在恒壓、無壓和功率處于最大值時(shí)三種條件下互相轉(zhuǎn)換，此三種條件分別對(duì)應(yīng)的是跟蹤模式、恒壓模式和停機(jī)模式，經(jīng)由此三種模式的互相轉(zhuǎn)換可以有效的保持電壓平穩(wěn)。

1.2 燃料電池單元

燃料電池單元作為能量的供給單元，當(dāng)其處于待機(jī)模式下蓄電池儲(chǔ)能單元能夠?qū)⒅绷髂妇€電壓控制在平穩(wěn)狀態(tài);當(dāng)其處于放電模式下，蓄電池會(huì)因自身容量不足導(dǎo)致直流母線電壓波動(dòng)，此時(shí)就需要燃料電池單元運(yùn)行以增加功率的輸出。

1.3 負(fù)荷單元

負(fù)荷單元主要分為主要負(fù)荷和次要負(fù)荷。在該系統(tǒng)中制造氫氣的設(shè)備作為主要負(fù)荷為氫氣站和工業(yè)生產(chǎn)提供氫氣，同時(shí)可在直流母線電壓不穩(wěn)定時(shí)作為備用能源供給燃料電池的正常運(yùn)行，以此來保證直流母線的電壓平穩(wěn)，且在燃燒過程中可以產(chǎn)生水，水經(jīng)過處理可以產(chǎn)生氫氣，重復(fù)此步驟可以節(jié)約能源。除此之外，在直流母線電壓不穩(wěn)時(shí)次要負(fù)荷也會(huì)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，其亦可提供能源保證直流母線電壓平穩(wěn)。

2 ?直流微電網(wǎng)的影響因素

2.1 直流母線電容對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

直流母線的變化會(huì)帶動(dòng)那奎斯特曲線的變化，其穩(wěn)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(huì)對(duì)附加虛擬慣性控制的側(cè)換源流器帶來一定程度的改變。除此之外，經(jīng)過橫軸對(duì)比發(fā)現(xiàn)在同等電容條件下，將慣性控制策略通過蓄電池的側(cè)方接入可以將直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)固系數(shù)達(dá)到最大化;經(jīng)過縱軸對(duì)比發(fā)現(xiàn)通過AVSG控制的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)固系數(shù)達(dá)到最大化。

2.2 虛擬慣性系數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

隨著虛擬慣性系數(shù)的增大，四條那奎斯特曲線在虛擬慣性系數(shù)發(fā)生變化時(shí)四條曲線也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)使用附加虛擬慣性的源側(cè)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(duì)不同源側(cè)換流器進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在控制系數(shù)一樣的情況下虛擬慣性系數(shù)也相等，但是對(duì)蓄電池進(jìn)行側(cè)引慣性控制操作可以增加直流微電網(wǎng)的穩(wěn)定裕度;通過縱軸對(duì)相同源側(cè)換流器進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)控制不同穩(wěn)定裕度也不同，其中進(jìn)行AVSG控制的穩(wěn)定裕度更強(qiáng)。

2.3 負(fù)荷功率對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響

在對(duì)直流微電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行控制時(shí)，積分型的虛擬同步發(fā)電機(jī)較微分環(huán)節(jié)的虛擬慣性發(fā)電機(jī)能夠發(fā)揮更好的效果，能最大程度上控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性和穩(wěn)定性。同時(shí)在其影響因素發(fā)生改變的條件下，將虛擬慣性控制在蓄電池側(cè)換流器上運(yùn)行較在網(wǎng)側(cè)換流器上運(yùn)行得到的效果更加顯著。所以，在結(jié)合系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性、穩(wěn)定性和離網(wǎng)工作時(shí)慣性供給等條件，最終確定使用AVSG技術(shù)來操控B-DC，以此來保證低慣性條件下直流微電網(wǎng)的正常運(yùn)行，同時(shí)能夠依據(jù)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(wǎng)的效率和經(jīng)濟(jì)性分析

3.1 直流微電網(wǎng)的安全可靠性

直流微電網(wǎng)系統(tǒng)在應(yīng)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(qiáng)配電設(shè)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(fā)電、市電供電能源、儲(chǔ)能系統(tǒng)及交流電等。這些都是直流微電網(wǎng)的重要組成部分，同時(shí)也是事故易發(fā)點(diǎn)。

3.2 直流微電網(wǎng)穩(wěn)定性、保護(hù)理論基礎(chǔ)和技術(shù)

儲(chǔ)能系統(tǒng)是直流微電網(wǎng)中不可或缺的部分，其具有調(diào)節(jié)設(shè)備的功能，其使用的前提是直流微電網(wǎng)系統(tǒng)可以雙向流通。但因直流微電網(wǎng)系統(tǒng)囊括的新型能源較多，且所需新能源的數(shù)量及類型又參差不齊，所以在核算直流微電網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)計(jì)算過程相對(duì)繁瑣，為了更加快速準(zhǔn)確的進(jìn)行系統(tǒng)核算必須要借助新型設(shè)備，以此來確保系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.3 多能源協(xié)調(diào)和需求側(cè)管理

直流微電網(wǎng)系統(tǒng)作為系統(tǒng)性的電網(wǎng)機(jī)構(gòu)，其包含眾多的供電電源和能源類型，在運(yùn)行過程中可以滿足離網(wǎng)、并網(wǎng)、黑啟動(dòng)、孤島、防逆等多種條件。光伏、風(fēng)力、儲(chǔ)能等能源因?yàn)榘l(fā)電方式和發(fā)電時(shí)間不同致使發(fā)電量也各不相同，為了能夠更好的應(yīng)用到實(shí)際中則需直流微電網(wǎng)對(duì)其進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，也可稱為多能源協(xié)調(diào)或者需求側(cè)管理。

3.4 分析對(duì)比

通過建立模型在較弱的信號(hào)下對(duì)并網(wǎng)換流器及恒功率負(fù)載進(jìn)行研究，通過解決抗阻性提高了直流微電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。經(jīng)過將頻域分析法與阻抗匹配準(zhǔn)則結(jié)合進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)在采用虛擬慣性控制的條件下電源側(cè)輸出阻抗也會(huì)相應(yīng)增加，進(jìn)而影響直流微電網(wǎng)的穩(wěn)定性，同時(shí)在虛擬慣性參數(shù)和恒功率負(fù)載任意條件過大時(shí)都會(huì)引起直流微電網(wǎng)出現(xiàn)高頻震蕩的現(xiàn)象?；诖嘶A(chǔ)對(duì)串聯(lián)條件下對(duì)虛擬阻抗技術(shù)進(jìn)行了改善，結(jié)果顯示改善后能在一定程度上減少電源側(cè)輸出的阻抗值，增加直流微電網(wǎng)的平穩(wěn)性。因?yàn)樘摂M阻抗只會(huì)在較弱的信號(hào)情況下出現(xiàn)，所以在直流微電網(wǎng)處于平穩(wěn)狀態(tài)下不會(huì)發(fā)揮效果。在以后的試驗(yàn)過程中，會(huì)根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)需要繼續(xù)對(duì)直流微電網(wǎng)進(jìn)行研究與改進(jìn)。

4 ?結(jié)語

作為一種新型的電網(wǎng)形式，直流微電網(wǎng)囊括了光伏發(fā)電、水利發(fā)達(dá)、風(fēng)力發(fā)電等新型能源，其使用的能源皆為可再生能源，既對(duì)傳統(tǒng)資源起到了保護(hù)性作用又不會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞。直流微電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比能更好的利用能源，降低浪費(fèi)，節(jié)約成本，同時(shí)具有超高的可靠性和獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)性。本文通過對(duì)直流微電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行研究與闡述，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中使用的設(shè)備和相關(guān)理論方向還存在諸多問題，特別是能源調(diào)控、技術(shù)接口的標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性問題較多亟待改進(jìn)。

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