基于分布式電源的微電網(wǎng)控制與保護(hù)研究

虞黎華

摘 要 隨著全球能源和環(huán)境問(wèn)題的日益突出，電力供應(yīng)在日常生活中的重要性越來(lái)越明顯，但是傳統(tǒng)電網(wǎng)卻存在很大的弊端，因此，微電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。文章從微電網(wǎng)的基本構(gòu)成出發(fā)，分析了分布式電源的種類和特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了微電網(wǎng)的控制與保護(hù)問(wèn)題，所得結(jié)果具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞 微電網(wǎng)；分布式電源；控制；保護(hù)

中圖分類號(hào) TM6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）163-0135-01

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電力供應(yīng)在日常生活中的重要性日益明顯。電力作為一種清潔的能源，不僅可以解決能源短缺問(wèn)題，還可以幫助解決日益嚴(yán)峻的環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，因此，人們對(duì)電力的需求也越來(lái)越大。經(jīng)過(guò)這些年的不斷發(fā)展，我國(guó)基本形成了規(guī)模巨大的集中式大電網(wǎng)，電力需求也在一定程度上得到了滿足。但是，大電網(wǎng)的缺點(diǎn)也是明顯的，那就是一旦發(fā)生故障，影響是巨大的，最明顯的例子就是2008年的南方雪災(zāi)，那次故障造成了大范圍的停電，嚴(yán)重影響了人們的日常生活。因此，需要尋求新的方式作為大電網(wǎng)的補(bǔ)充和改進(jìn)。

微電網(wǎng)就是為了解決這樣的問(wèn)題而誕生的，它可以有效的彌補(bǔ)大電網(wǎng)的不足之處，并可以充分挖掘電能的利用方式，最大限度的提高能源的利用率。除此之外，微電網(wǎng)的出現(xiàn)還將促進(jìn)新能源的利用和智能電網(wǎng)的建設(shè)，前景十分看好。

1 微電網(wǎng)的基本定義和構(gòu)成

微電網(wǎng)的出現(xiàn)也就是近些年的事情，因此到目前為止還沒(méi)有形成一個(gè)統(tǒng)一的定義。一般而言，微電網(wǎng)通常包括這樣幾層含義：微電網(wǎng)是相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，通常由分布式電源和負(fù)荷組成，可以對(duì)外界提供電和熱；微電網(wǎng)可以并入外界的大電網(wǎng)中并可以控制；微電網(wǎng)中分布式電源的來(lái)源多樣并有相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換裝置。根據(jù)這樣的定義，一個(gè)完整的微電網(wǎng)通常包括3個(gè)部分，即分布式電源、電力電子接口設(shè)備和儲(chǔ)能裝置，每個(gè)部分都包含有不同的設(shè)備和系統(tǒng)。

根據(jù)電流的形式，可以將微電網(wǎng)劃分為3種類型，即直流微電網(wǎng)、交流微電網(wǎng)和交直流混合微電網(wǎng)。直流微電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)是不需要考慮不同電源之間的同步問(wèn)題，可以簡(jiǎn)化控制環(huán)節(jié)，也可以節(jié)約建設(shè)成本，缺點(diǎn)是應(yīng)用受限。交流微電網(wǎng)是目前研究得最多、應(yīng)用也最為廣泛的微電網(wǎng)，也是目前微電網(wǎng)的主要發(fā)展形式。交直流微電網(wǎng)雖然可以同時(shí)向交流和直流負(fù)荷提供電能，但是其直流部分也可以當(dāng)作一個(gè)獨(dú)特的電源部分，因此本質(zhì)上還是交流微電網(wǎng)。本文的研究也基于目前應(yīng)用最為廣泛的交流微電網(wǎng)。

2 分布式電源的種類和特點(diǎn)

分布式電源是微電網(wǎng)中十分重要的一個(gè)組成部分，其自身的種類也非常多，根據(jù)不同的劃分方法可以將其劃分為不同的種類。根據(jù)能源的不同特性，可以將分布式電源劃分為間歇性電源、連續(xù)性電源和儲(chǔ)能裝置；根據(jù)能量的來(lái)源，可以將分布式電源劃分為水電、火電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電等；根據(jù)具體的使用設(shè)備來(lái)劃分，則有水電機(jī)組、火電機(jī)組、風(fēng)電機(jī)組、光伏電池、燃料電池、蓄電池等。這些分類也不是單一的，比如間歇性電源就包括風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電等，連續(xù)性電源就包括水電、火電以及燃料電池等，儲(chǔ)能裝置則包括蓄電池、超級(jí)電容器等。

分布式電源的種類雖然很多，但是一般都具有這樣的一些特點(diǎn)：1）與傳統(tǒng)電源相比，分布式電源的能量輸出有限，因此當(dāng)負(fù)荷發(fā)生突變時(shí)，其過(guò)載能力不足以滿足要求，所以通常需要設(shè)置一定容量的儲(chǔ)能設(shè)備，以保證微電網(wǎng)內(nèi)能量的平衡；2）分布式電源的輸出頻率一般各不相同，需要通過(guò)一定的整流設(shè)備將其頻率進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一后再接入母線；3）對(duì)間歇性分布式電源而言，由于存在不可控的外在條件，其輸出功率是不可持續(xù)的，因此需要在這些系統(tǒng)中安裝一定的儲(chǔ)能設(shè)備，作為后備電源；4）分布式電源的分布廣泛，使用起來(lái)方便靈活。

3 基于分布式電源的微電網(wǎng)控制分析

在微電網(wǎng)中，由于存在大量的分布式電源，每種分布式電源都各不相同，其電壓等級(jí)區(qū)分得也不是那么明顯，因此控制起來(lái)并不容易。另外，由于微電網(wǎng)有2種運(yùn)行方式，即并網(wǎng)運(yùn)行和孤網(wǎng)運(yùn)行方式，在這2種運(yùn)行方式之間要實(shí)現(xiàn)輕松的轉(zhuǎn)換也不是一件易事。所以微電網(wǎng)的控制問(wèn)題就比較復(fù)雜，需要對(duì)傳統(tǒng)的控制方法加以改變才能滿足其要求。

根據(jù)微電網(wǎng)運(yùn)行的要求，結(jié)合分布式電源的特點(diǎn)，可以從這樣幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的控制，即主從控制、參考電壓控制和智能控制。

3.1 主從控制

主從控制是微電網(wǎng)的一種基本控制方式，可以實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的優(yōu)化管理。這種控制方式通常要設(shè)置管理層和實(shí)施層，并通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)將二者進(jìn)行連接。管理層位于頂端，主要負(fù)責(zé)整個(gè)微電網(wǎng)的運(yùn)行管理；實(shí)施層則位于底端，主要對(duì)分布式電源或負(fù)載進(jìn)行控制。在微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，管理層根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)對(duì)負(fù)載的功率變動(dòng)做出適當(dāng)調(diào)整，分布式電源通常都按照設(shè)定值輸出恒定的有功功率和無(wú)功功率，或者通過(guò)修改實(shí)施層的控制數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行。在微電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，管理層則切換到電壓控制模式，并由分布式電源為微電網(wǎng)提供電壓支撐。

3.2 參考電壓控制

參考電壓控制的基本思想是針對(duì)微電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，由于此時(shí)的參考電壓會(huì)消失，所以這個(gè)時(shí)候需要由分布式電源為微電網(wǎng)提供電壓支撐，并保持微電網(wǎng)的運(yùn)行，參考電壓控制有著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制直接等優(yōu)點(diǎn)。

3.3 智能控制

隨著分布式電源數(shù)量的不斷增加，其控制變得越來(lái)越重要，因此智能化的控制方法也是微電網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。所謂智能控制，就是利用人工智能實(shí)現(xiàn)對(duì)變流器等的有效控制。智能控制可以采用分散式的獨(dú)立控制形式，也可以采用人工智能網(wǎng)絡(luò)的形式，最終目標(biāo)都是實(shí)現(xiàn)對(duì)微電網(wǎng)能量的優(yōu)化管理。

4 微電網(wǎng)的保護(hù)分析

過(guò)電保護(hù)是電力系統(tǒng)中必不可少的部分，微電網(wǎng)也不例外。由于微電網(wǎng)存在2種運(yùn)行方式，所以要分別從這兩種運(yùn)行方式來(lái)分析其保護(hù)問(wèn)題。

4.1 微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的保護(hù)

在微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，相對(duì)于主電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，微電網(wǎng)的容量是比較小的，此時(shí)的故障電流還是比較大，所以此時(shí)的保護(hù)可以按照傳統(tǒng)的繼電保護(hù)來(lái)設(shè)計(jì)。但是，對(duì)于個(gè)別部分而言，則有可能是雙側(cè)電源在供電，所以這些部分的保護(hù)就要重新設(shè)計(jì)了，此時(shí)可以采用限時(shí)過(guò)流保護(hù)、電流速斷保護(hù)和方向性電流保護(hù)等方式。

4.2 微電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的保護(hù)

在孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，由于微電網(wǎng)中分布式電源的種類繁多，每種電源提供的故障電流有限，此時(shí)不適合按傳統(tǒng)的方法來(lái)設(shè)置保護(hù)值。有人提出了微電網(wǎng)故障快速檢測(cè)方法，其主要原理就是通過(guò)檢查分布式電源輸出電壓的擾動(dòng)情況，判斷是否出現(xiàn)故障，并由故障來(lái)確定保護(hù)。

5 結(jié)論

從微電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)出發(fā)，分析了分布式電源的種類和特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了微電網(wǎng)的控制與保護(hù)問(wèn)題，所得結(jié)果具有一定的參考價(jià)值。

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