引言

我國光伏發(fā)電分布范圍較廣泛,總量已經突破了7萬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）,無形中加大了微電網結構的復雜程度,增加了管理人員的控制難度,無法保障電力系統(tǒng)的運行安全和經濟效益。而在電網中接入微電網,可以穩(wěn)定電網運行功率,控制電網運行動態(tài)性能,為電網后期發(fā)展奠定良好的基礎。

1微電網拓撲結構及變流器在光儲系統(tǒng)中的模型構建

1.1微電網系統(tǒng)拓撲結構

微電網（MiCro-Grid）也被稱為微網,是由分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、負荷、監(jiān)控和保護裝置等組成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。微電網拓撲結構以光儲系統(tǒng)為主,由光伏源頭的兩端輸送電流和電壓,傳送到直流設備中,經電容器和變壓設備的改裝,優(yōu)化了微電網的輸出功率。此外微電網中還有許多電子配件,如傳感器、儲能設備、光儲聯合單元設備、下垂單元設備等,這些設備由每個分支的開關控制。光伏源頭需要選擇類型匹配的變壓器,實現穩(wěn)定電壓、升降電壓的功能,再利用AC變壓器與PCC公共連接點的母線連接,完成交流指令。儲能系統(tǒng)則由較多串聯單體電池組成,疊加后的功率、容量和電壓都有了較大的拓展,再通過變壓器與PCC相連,儲能設備需要以聯合單元設備的運行狀態(tài)為基準,切換PO和VF控制方式,即微電網在并網狀態(tài)時應用PO控制方式,微電網在孤島狀態(tài)時應用VF控制方式。微電網還需要根據DG的運行特點,對不同類型的單元進行混合調控,除了光伏控制需要應用最大功率點跟蹤（MaximumPowerPointTraCking,MPPT）,儲能控制需要PO和VF方式外,還需要引入DG的下垂控制方式。此外,微電網的運行狀態(tài)還受開關閉合影響,開關未閉合,處于孤島運行狀態(tài):開關閉合,處于并網運行狀態(tài)。

1.2逆變器拓撲結構

目前針對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對逆變器的輸出電流和輸出電壓進行控制,而在控制逆變器輸出電流時還需要鎖相回路或鎖相環(huán)(PhaseLoCkedLoop,PLL）進行配合,以提高功率穩(wěn)定性。從輸出端角度來看,這兩種控制方式可以簡化為電壓源頭控制和電流源控制。

1.3光伏轉換器結構及修正存儲放電限制的策略

DC/DC光伏轉換器的拓撲結構比較復雜,在分析時常常將最大放電功率設為最大充電功率,該系統(tǒng)中包含了較多的電容設備,如光伏電容、并網電容等。若光伏轉換器的最大放電功率大于儲能設備的放電功率,輸出功率值為0,光伏設備按最大功率實現系統(tǒng)運行。若光伏轉換器的最大放電功率小于儲能設備的放電功率,輸出功率值為負數,這個數據可以修正光伏設備偏離功率的最大運行點,繼而降低功率輸出值,滿足儲能最大功率需求。此外,儲能設備的最大充電功率由自身負荷狀態(tài)決定。

2基于分散自律架構下的微電網系統(tǒng)功率管理具體策略

2.1基于并網環(huán)境下的功率管理手段

當開關進行閉合操作時,微電網需要在并網環(huán)境下運行,這種模式下的下垂單元沒有功率輸出,只需要內部光儲設備和外網配合對系統(tǒng)的供電狀態(tài)、儲能狀態(tài)應用Po方式進行控制,其中外網主要為系統(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,在并網工作環(huán)境下,DG在協(xié)調控制手段的配合下PCC(策略控制和計費）的交互功率處于恒定值,為微電網的融合創(chuàng)造良好環(huán)境。因此,儲能設備需要參考電網內部負荷值和光伏設備運行變化值,及時做出反饋,在功率變化的第一時間開展控制工作。

2.2由并網環(huán)境轉向孤島環(huán)境的功率管理手段

當電網外部運行發(fā)生故障時,PCC端電線內的電壓超過了配電電壓的最低值或最高值,開關就會觸發(fā)斷開指令,這時處于并網狀態(tài)的微電網開始轉變成孤島狀態(tài),觸碰下垂單元設備的運行開關,儲能控制方式由Po轉向VF,幫助微電網在復雜的模式切換工作中實現穩(wěn)定運行。

2.3基于孤島環(huán)境下的功率管理手段

當開關處于斷開狀態(tài)時,微電網處于孤島運行狀態(tài),光儲系統(tǒng)的變化趨勢可以分成3個階段:(1）功率小于最大輸出功率階段,即負荷值小于光伏系統(tǒng)的最大功率,儲能充電效果最佳:當儲能充電功率的最大值小于充電功率時,改變光伏設備的輸入電壓即可脫離功率的最大運行點,實現減少功率輸出的終極目標,維持電網內部環(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階段,儲能設備處于浮動充電狀態(tài)。(3）功率大于最大輸出功率階段,儲能設備處于放電狀態(tài)。

當儲能設備的系統(tǒng)芯片處于正常工作狀態(tài)時,系統(tǒng)的PF曲線變化如下:隨著負荷量的不斷增加,下垂單元和儲能設備開始向系統(tǒng)輸入電壓。若光伏設備間歇的輸出功率明顯增加或減少時,對應曲線需要整體向左平移。若儲能設備的系統(tǒng)芯片運行狀態(tài)較差,就需要對儲能設備進行充電處理,同時在負荷不斷增加的情況下,下垂單元和儲能設備開始輸出功率。另外當儲能設備的功率值較小時,需要對其進行充電,在這個過程中要控制光伏設備的輸出頻率,保障功率的合理輸出。

3仿真計算及實驗結果

基于上述3種管理措施,建立了微電網運營的仿真模型,并給出了變流器相應的參考數據,設定了幾種環(huán)境來驗證上文理論。

(1）微電網在并網運行狀態(tài)下,為了保障PCC端口功率處于恒定交換值,需要儲能設備進行充電和放電處理。(2）微電網在并網轉孤島的運行狀態(tài)下,對內網中的DG進行控制協(xié)調,維持電網內部穩(wěn)定的運行狀態(tài)。(3）微電網處于孤島運行狀態(tài)時,負荷值發(fā)生了較大變化。(4）微電網處于孤島運行狀態(tài)下,光伏設備的功率發(fā)生了較大變化。(5）微電網處于孤島原型狀態(tài)下,光伏設備校驗值對功率的控制等。

由于篇幅有限,本文只選擇了這些運行場景中的兩個進行實驗分析。當微電網處于孤島運行狀態(tài)的第一場景時,SOC值處于最小值和最大值中間,光伏設備輸出功率不變,模擬負荷發(fā)生了突變現象:當微電網處于孤島運行狀態(tài)的第二場景時,負荷值沒有變化,光伏設備的輸出值變化較大。將這兩個實驗結果以圖形方式進行展現,可以看出第一環(huán)境微電網的負荷值先上升后下降,在分散自律式框架的支撐下,每個單元需要根據負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)境微電網下光伏設備的功率變化比較明顯,若需要對其進行控制,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。這兩種環(huán)境的實驗結果與仿真預期重疊較大,充分說明了上述管理策略的有效性。

4結語

綜上所述,微電網中的光伏/儲能聯合發(fā)電系統(tǒng)能夠分散DG的功率,提升操作人員的管理效率,是現階段電網調控的最佳手段。特別是孤島運行狀態(tài)時,微電網可以對其進行分段,形成分散自律性協(xié)調控制體系,為增強通信的連接通道建立良好的環(huán)境,充分發(fā)揮出微電網的應用價值。