風能和光伏智能微電網并網分析

劉耿博，曹彥哲，張 路

（西安麥格米特電氣有限公司，陜西 西安710075）

光伏通過搭配風能等能源搭建成智能微電網，逐漸發展為一種趨勢，相關研究人員通過實踐分析驗證，提出了在并網狀態下更好均衡風能和光伏智能微電網能量管控辦法，并在并網智能微電網系統設計過程中搭建了風光柴儲智能電網系統，保證并網管理的有效性。因此，相關研究人員認為，有必要對風能和光伏智能微電網并網設計展開深入研究，不斷提高智能微電網能力管理能力。

1 風能與光伏微電網系統組成

相關研究人員對風能和光伏智能微電網并網問題展開深入研究，相關系統開發者根據風能與光伏混合微電網系統開發需要，搭建了智能微電網模型，進一步優化風能與光伏智能電網系統內部結構，設置了驅動型變速風力發電機、變壓器等相關裝置，借助光伏逆變器將光伏列陣并入配網內，通過操作實現光伏逆變器現有功率雙向流通目標。變速器與風力機耦合過程中，對風力發電系統的運行要求不高，大大降低了風電機后期維護難度，為保證風能和光伏發電系統運行性能，需要采用效率較高的單級逆變式光伏并網發電系統。

1.1 風力發電機變流器

風力發電機變流器在實際工作中，直驅同步發電機在勵磁調節過程中，實現對發電機電壓的有效控制。在能與光伏智能電網系統設計方面，應用的變流器采取的是二極管整流器設計，設置了6個功率開關，系統后端設計了濾波器，有效抑制了諧波對系統運行狀態的影響。

1.2 風力發電機變流器控制

系統開發者在模型搭建支持下，加強對風力發電機組控制策略的設計，切實提高了可再生能源的利用率，精準計算出系統的運行功率，并在模型中輸入風力發電機變流器各項參數信息，加強對相關信息的驗證，保證各項信息的準確性，并在模型試驗分析下，搭建風力發電機變流器內部控制框架，優化風力發電機變流器整體性能。

1.3 光伏逆變器

為保證光伏列陣最大功率的運行點，需要充分考量光照、溫度等相關要素條件，尤其要保證電壓的穩定性，加強對電壓穩定性的監控。相關設計人員采用了電導增量法等方法，獲取到帶電導的變化量，進而實現了對光伏逆變器電導變化量的追蹤和控制。

1.4 蓄電池逆變控制

設計人員加強對綜合要素的考量，儲能蓄電池采用的是直流電壓源；低網絡頻率需要依靠無功功率，并依靠有功功率解決。當風能和光伏智能微網并行運行時，網絡外部的電網提供支持，將蓄電池調節為輸出有功，進而起到抑制風力發電機光伏列陣有功波電壓浮動的目標，避免出現微電網鼓搗運行效應，一旦發現此類問題，需要將蓄電池調節為主控單元，保證蓄電池有功輸出和無功輸出的順暢性。

2 微電網在智能電網中的作用

微電網屬于局部的電力系統，通過局部操作控制會增加微電網連接數和網絡分布情況，微電網并網運行的關鍵是控制技術的應用。從微電網功能服務模式看，可靠性較強，支持網絡改造和安裝，運行中具有較高的安全性，直接關系著供電質量問題；通過對資源的利用控制，大大提高了可再生能源所占的份額，尤其對于偏遠的山區地帶，構建智能微電網降低了經濟運輸成本，并在能源占有足夠份額的情況下加強對環境的保護，加快推動生態文明建設。

當前，世界各地積極采用微電網，并在不斷試驗過程中加快對可再生資源發電的普及，整體的穩定性、保護性較高，相關設計人員根據微電網的可再生能源發電原理進行優化設計，構建了光伏陣列輸出曲線圖，并通過實驗分析確保實際功率經由微電網設施輸出，保證發電效率和質量，研究人員基于模型和實際數據對比分析光伏發電輸出情況，將微電網中的不平衡假定為凈進口，并經由平衡出口到電網[1]。

微電網作為規模更細化的電力系統，在智能電網中的作用優勢顯著。從電源實用角度看，微電網配電設施具有一定的潛力，支持再生一體化，可有效避免私人運營商處理，更好維護用戶的合法權益；在微電網運行狀態下，實現了對電能質量的控制，提供了高質量的供電服務，支持在多個行業內提供負載。從智能電網運行情況看，在網絡連接支持下，實施分布式的控制形式，大大提高了能源利用率，保證了電能質量，優化可再生資源的使用，有效把控消費者的用電成本問題，最大程度上滿足了消費者用電需求問題；提高電力系統用電效率，保證用電質量。

3 光伏發電并網對電網的影響

3.1 電能質量

風能和光伏智能微電網并網運行時，風力發電機和光伏陣列是按照最大功率輸出的，無功功率恒定參考值為“0”；同時，在并網運行期間蓄電池參與到有功功率調節中，并將無功功率的輸出也指定為“0”；相關研究人員對風能與光伏智能微電網并網運行狀態進行深入研究分析，發現并網運行時，風力發電機、光伏列陣、蓄電池等功率的輸出可精確地計算出來，實驗發現，當風速緩慢時，風力發電機轉子和轉速頻率也會隨之下降，此時風力發電機輸出的無功功率在“0”附近；當光照強度上升時，光伏陣列也會隨之發生變化，并在控制直流母線電壓后，更加精準地追蹤到光伏陣列功率的運行點[2]。基于時間因素決定著風力發電機在和光伏陣的波動情況，可通過調節蓄電池下垂特性進行有功調節，最大程度上保持電壓穩定。風能和光伏電源輸出無功為“0”，此時配電網會為變壓器等相關設備提供無功功率；一旦有功功率發生相應的變化，則發揮蓄電池電壓調節作用，確保電壓的穩定性。

3.2 孤島效應

孤島運行效應出現時，蓄電池對主控單元進行控制，進而將電壓控制在穩定范圍內；當風能和光伏智能電網并網孤島效應出現時，風電發電機、光伏電池以及配電網輸出的有功功率呈現的是波形，此時的負荷消耗功率會增加；將本地的光伏電池輸出功率和蓄電池輸出功率控制在標準范圍內時，滿足風能和光伏功率需求后，其余的有功功率會注入到配電網中。

3.3 低電壓穿越

一旦出現電網故障，甚至電場并網點電壓跌落時，風機可不間斷地保持并網運行；當光伏電站遭遇電力系統故障，引起并網電壓下降時，光伏發電站仍能保證在不脫網狀態下持續運行。

3.4 電能計量

光伏發電電能的計量較傳統電能計量方式具有顯著的優勢，生產電能滿足電荷后仍有盈余，支持將盈余的電能輸送到電網中，更好支持電網的運行。

4 風能和光伏智能電網一體化設計方案

相關設計人員從風能和光伏智能微電網運行效率和質量提高視角進行分析，結合實際情況制定了風能和光伏智能電網一體化設計方案，系統結構包括太陽能電池組件、充電站以及電站內各項負責能量控制管理的監控系統。支持光伏系統獨立運行，提供了多種運行供電模式；一體化設計方案中采用的是低電壓單母線形式，可將光伏列陣由太陽能轉化為直流電能，在并網逆變器支持下，將低電壓單母線并入配網中，大大提高了儲能系統的備用電功能，可隨時為充電機提供電，進而保證充電站電力供應質量。

4.1 光伏發電系統設計

從光伏發電系統設計看，系統設計人員將光伏組件功率設定為320 Wp的太陽電池組件，系統運行狀態下的電壓為36.5 V。光伏組件的配置作為系統新能源生產單位，要求光伏列陣在串聯過程中，保證輸出功率的穩定性和準確性，并將直流匯入到并網逆變器中，經由逆變器輸送到電網母線中。

4.2 儲能系統設計

系統性能的優化直接關系著系統整體運行狀態，設計人員從系統靈活性和多樣性角度出發，深化智能并網系統設計，最大程度上提高系統聯合運行性能，保證系統運行的協調性，更好地提高風能和光伏智能微電網系統在實際應用中的可行性和適應性[3]。在本系統設計中，設計人員將鐵鋰電池作為智能微電網運行的主電源，保證系統運行頻率；在能量儲能模塊中，將超級電容作為功率型儲能，加強對系統外部故障問題的優化，進而實現了并網和離網之間的轉換，發揮了外部電網母線電壓作用，優化了風能和光伏智能微電網運行狀態。

4.3 能量管理調度系統設計

能量管理控制系統是智能微電網系統較為核心的控制單元，為保證系統在最佳狀態下運行，相關人員在一體化方案設計過程中，充分考慮充電站用電情況，系統可將多余的電能通過儲能系統靈活地調動起來，進而保證光伏發電系統運行的經濟性。在以太網和光伏發電系統逆變器支持下，更好地控制通信系統運行，對接收到的信息數據集中進行控制管理，并有效調動相關設備執行控制器。

5 結論

綜上所述，風能和光伏智能微電網并網設計，有效提高了配電網運行速率，提高電力供應的穩定性，保證相關電力系統的運行狀態，減少故障因素出現，相關設計人員結合新能源配置和利用率情況，切實制定了一體化設計方案，優化風能和光伏智能微電網并網系統設計，大大提高了電網運行效率，切實為新能源推廣和應用貢獻力量。