引言

我國(guó)光伏發(fā)電分布范圍較廣泛,總量已經(jīng)突破了7萬(wàn)Mw,其中接入了較多的分散式、間歇式的分布式發(fā)電裝置（DistributedGeneration,DG）,無(wú)形中加大了微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度,增加了管理人員的控制難度,無(wú)法保障電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)效益。而在電網(wǎng)中接入微電網(wǎng),可以穩(wěn)定電網(wǎng)運(yùn)行功率,控制電網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)性能,為電網(wǎng)后期發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

1微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及變流器在光儲(chǔ)系統(tǒng)中的模型構(gòu)建

1.1微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

微電網(wǎng)（MiCro-Grid）也被稱為微網(wǎng),是由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、負(fù)荷、監(jiān)控和保護(hù)裝置等組成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以光儲(chǔ)系統(tǒng)為主,由光伏源頭的兩端輸送電流和電壓,傳送到直流設(shè)備中,經(jīng)電容器和變壓設(shè)備的改裝,優(yōu)化了微電網(wǎng)的輸出功率。此外微電網(wǎng)中還有許多電子配件,如傳感器、儲(chǔ)能設(shè)備、光儲(chǔ)聯(lián)合單元設(shè)備、下垂單元設(shè)備等,這些設(shè)備由每個(gè)分支的開(kāi)關(guān)控制。光伏源頭需要選擇類型匹配的變壓器,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定電壓、升降電壓的功能,再利用AC變壓器與PCC公共連接點(diǎn)的母線連接,完成交流指令。儲(chǔ)能系統(tǒng)則由較多串聯(lián)單體電池組成,疊加后的功率、容量和電壓都有了較大的拓展,再通過(guò)變壓器與PCC相連,儲(chǔ)能設(shè)備需要以聯(lián)合單元設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)為基準(zhǔn),切換PO和VF控制方式,即微電網(wǎng)在并網(wǎng)狀態(tài)時(shí)應(yīng)用PO控制方式,微電網(wǎng)在孤島狀態(tài)時(shí)應(yīng)用VF控制方式。微電網(wǎng)還需要根據(jù)DG的運(yùn)行特點(diǎn),對(duì)不同類型的單元進(jìn)行混合調(diào)控,除了光伏控制需要應(yīng)用最大功率點(diǎn)跟蹤（MaximumPowerPointTraCking,MPPT）,儲(chǔ)能控制需要PO和VF方式外,還需要引入DG的下垂控制方式。此外,微電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)還受開(kāi)關(guān)閉合影響,開(kāi)關(guān)未閉合,處于孤島運(yùn)行狀態(tài):開(kāi)關(guān)閉合,處于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。

1.2逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

目前針對(duì)逆變器的輸出控制方式主要有兩種,分別是電流控制和電壓控制。這兩種控制方式能夠?qū)δ孀兤鞯妮敵鲭娏骱洼敵鲭妷哼M(jìn)行控制,而在控制逆變器輸出電流時(shí)還需要鎖相回路或鎖相環(huán)(PhaseLoCkedLoop,PLL）進(jìn)行配合,以提高功率穩(wěn)定性。從輸出端角度來(lái)看,這兩種控制方式可以簡(jiǎn)化為電壓源頭控制和電流源控制。

1.3光伏轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)及修正存儲(chǔ)放電限制的策略

DC/DC光伏轉(zhuǎn)換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,在分析時(shí)常常將最大放電功率設(shè)為最大充電功率,該系統(tǒng)中包含了較多的電容設(shè)備,如光伏電容、并網(wǎng)電容等。若光伏轉(zhuǎn)換器的最大放電功率大于儲(chǔ)能設(shè)備的放電功率,輸出功率值為0,光伏設(shè)備按最大功率實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行。若光伏轉(zhuǎn)換器的最大放電功率小于儲(chǔ)能設(shè)備的放電功率,輸出功率值為負(fù)數(shù),這個(gè)數(shù)據(jù)可以修正光伏設(shè)備偏離功率的最大運(yùn)行點(diǎn),繼而降低功率輸出值,滿足儲(chǔ)能最大功率需求。此外,儲(chǔ)能設(shè)備的最大充電功率由自身負(fù)荷狀態(tài)決定。

2基于分散自律架構(gòu)下的微電網(wǎng)系統(tǒng)功率管理具體策略

2.1基于并網(wǎng)環(huán)境下的功率管理手段

當(dāng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行閉合操作時(shí),微電網(wǎng)需要在并網(wǎng)環(huán)境下運(yùn)行,這種模式下的下垂單元沒(méi)有功率輸出,只需要內(nèi)部光儲(chǔ)設(shè)備和外網(wǎng)配合對(duì)系統(tǒng)的供電狀態(tài)、儲(chǔ)能狀態(tài)應(yīng)用Po方式進(jìn)行控制,其中外網(wǎng)主要為系統(tǒng)提供穩(wěn)定性較高的電壓和頻率,具有良好的支撐效果。另外,在并網(wǎng)工作環(huán)境下,DG在協(xié)調(diào)控制手段的配合下PCC(策略控制和計(jì)費(fèi)）的交互功率處于恒定值,為微電網(wǎng)的融合創(chuàng)造良好環(huán)境。因此,儲(chǔ)能設(shè)備需要參考電網(wǎng)內(nèi)部負(fù)荷值和光伏設(shè)備運(yùn)行變化值,及時(shí)做出反饋,在功率變化的第一時(shí)間開(kāi)展控制工作。

2.2由并網(wǎng)環(huán)境轉(zhuǎn)向孤島環(huán)境的功率管理手段

當(dāng)電網(wǎng)外部運(yùn)行發(fā)生故障時(shí),PCC端電線內(nèi)的電壓超過(guò)了配電電壓的最低值或最高值,開(kāi)關(guān)就會(huì)觸發(fā)斷開(kāi)指令,這時(shí)處于并網(wǎng)狀態(tài)的微電網(wǎng)開(kāi)始轉(zhuǎn)變成孤島狀態(tài),觸碰下垂單元設(shè)備的運(yùn)行開(kāi)關(guān),儲(chǔ)能控制方式由Po轉(zhuǎn)向VF,幫助微電網(wǎng)在復(fù)雜的模式切換工作中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3基于孤島環(huán)境下的功率管理手段

當(dāng)開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)時(shí),微電網(wǎng)處于孤島運(yùn)行狀態(tài),光儲(chǔ)系統(tǒng)的變化趨勢(shì)可以分成3個(gè)階段:(1）功率小于最大輸出功率階段,即負(fù)荷值小于光伏系統(tǒng)的最大功率,儲(chǔ)能充電效果最佳:當(dāng)儲(chǔ)能充電功率的最大值小于充電功率時(shí),改變光伏設(shè)備的輸入電壓即可脫離功率的最大運(yùn)行點(diǎn),實(shí)現(xiàn)減少功率輸出的終極目標(biāo),維持電網(wǎng)內(nèi)部環(huán)境的平衡狀態(tài)。(2）功率處于最大功率和最小功率范圍內(nèi)階段,儲(chǔ)能設(shè)備處于浮動(dòng)充電狀態(tài)。(3）功率大于最大輸出功率階段,儲(chǔ)能設(shè)備處于放電狀態(tài)。

當(dāng)儲(chǔ)能設(shè)備的系統(tǒng)芯片處于正常工作狀態(tài)時(shí),系統(tǒng)的PF曲線變化如下:隨著負(fù)荷量的不斷增加,下垂單元和儲(chǔ)能設(shè)備開(kāi)始向系統(tǒng)輸入電壓。若光伏設(shè)備間歇的輸出功率明顯增加或減少時(shí),對(duì)應(yīng)曲線需要整體向左平移。若儲(chǔ)能設(shè)備的系統(tǒng)芯片運(yùn)行狀態(tài)較差,就需要對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行充電處理,同時(shí)在負(fù)荷不斷增加的情況下,下垂單元和儲(chǔ)能設(shè)備開(kāi)始輸出功率。另外當(dāng)儲(chǔ)能設(shè)備的功率值較小時(shí),需要對(duì)其進(jìn)行充電,在這個(gè)過(guò)程中要控制光伏設(shè)備的輸出頻率,保障功率的合理輸出。

3仿真計(jì)算及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

基于上述3種管理措施,建立了微電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的仿真模型,并給出了變流器相應(yīng)的參考數(shù)據(jù),設(shè)定了幾種環(huán)境來(lái)驗(yàn)證上文理論。

(1）微電網(wǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下,為了保障PCC端口功率處于恒定交換值,需要儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行充電和放電處理。(2）微電網(wǎng)在并網(wǎng)轉(zhuǎn)孤島的運(yùn)行狀態(tài)下,對(duì)內(nèi)網(wǎng)中的DG進(jìn)行控制協(xié)調(diào),維持電網(wǎng)內(nèi)部穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。(3）微電網(wǎng)處于孤島運(yùn)行狀態(tài)時(shí),負(fù)荷值發(fā)生了較大變化。(4）微電網(wǎng)處于孤島運(yùn)行狀態(tài)下,光伏設(shè)備的功率發(fā)生了較大變化。(5）微電網(wǎng)處于孤島原型狀態(tài)下,光伏設(shè)備校驗(yàn)值對(duì)功率的控制等。

由于篇幅有限,本文只選擇了這些運(yùn)行場(chǎng)景中的兩個(gè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。當(dāng)微電網(wǎng)處于孤島運(yùn)行狀態(tài)的第一場(chǎng)景時(shí),SOC值處于最小值和最大值中間,光伏設(shè)備輸出功率不變,模擬負(fù)荷發(fā)生了突變現(xiàn)象:當(dāng)微電網(wǎng)處于孤島運(yùn)行狀態(tài)的第二場(chǎng)景時(shí),負(fù)荷值沒(méi)有變化,光伏設(shè)備的輸出值變化較大。將這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果以圖形方式進(jìn)行展現(xiàn),可以看出第一環(huán)境微電網(wǎng)的負(fù)荷值先上升后下降,在分散自律式框架的支撐下,每個(gè)單元需要根據(jù)負(fù)荷功率的變化而變化,即系統(tǒng)頻率的變化趨向先降低后增加。第二環(huán)境微電網(wǎng)下光伏設(shè)備的功率變化比較明顯,若需要對(duì)其進(jìn)行控制,就必須有其他單元配件的配合,將工作頻率控制在合理范圍內(nèi)。這兩種環(huán)境的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真預(yù)期重疊較大,充分說(shuō)明了上述管理策略的有效性。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述,微電網(wǎng)中的光伏/儲(chǔ)能聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)能夠分散DG的功率,提升操作人員的管理效率,是現(xiàn)階段電網(wǎng)調(diào)控的最佳手段。特別是孤島運(yùn)行狀態(tài)時(shí),微電網(wǎng)可以對(duì)其進(jìn)行分段,形成分散自律性協(xié)調(diào)控制體系,為增強(qiáng)通信的連接通道建立良好的環(huán)境,充分發(fā)揮出微電網(wǎng)的應(yīng)用價(jià)值。