淺談微電網(wǎng)的運(yùn)行及控制策略

張祥坤

中圖分類號：F270 文獻(xiàn)標(biāo)識：A 文章編號：1674-1145（2016）06-000-02

摘 要 出于緩解資源供需矛盾、減輕環(huán)境污染的考慮，近年來國家格外重視發(fā)展新能源。此舉推動了微電網(wǎng)的發(fā)展，相關(guān)技術(shù)也有了明顯進(jìn)步。在此種情況下，為了使微電網(wǎng)更好的服務(wù)于社會發(fā)展，有必要對其運(yùn)行特點及控制方法進(jìn)行探討。本文結(jié)合微電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀，從宏觀角度出發(fā)，簡要分析了其運(yùn)行與控制中的相關(guān)問題，并著重對逆變電源的控制路徑作了闡述。

關(guān)鍵詞 微電網(wǎng) 運(yùn)行 控制策略

微電網(wǎng)是在新能源大受歡迎的背景下發(fā)展起來的，對于緩解當(dāng)前社會主要資源的供需矛盾有著重要的積極意義。簡單來講，微電網(wǎng)可以看作是服務(wù)于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源事業(yè)的新興技術(shù)，具有可靠性高、靈活性強(qiáng)等優(yōu)勢，是推動經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要力量之一。因而，在此種技術(shù)得到越來越多關(guān)注的同時，有必要對其運(yùn)行及控制進(jìn)行探究。

一、微電網(wǎng)運(yùn)行及控制策略

（一）關(guān)于微電網(wǎng)及其運(yùn)行

微電網(wǎng)這個概念最早由美國提出，長久以來圍繞其進(jìn)行的研究認(rèn)為其具有較高的可靠性和突出的經(jīng)濟(jì)效益。所謂的微電網(wǎng)，其實指的就是一套系統(tǒng)，其主要構(gòu)成部分為分布式電源及負(fù)荷，其中，電源能夠在實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的同時提供控制，特點在于可兼顧電、熱能供應(yīng)。相對來講，微電網(wǎng)相當(dāng)于一個受控單元，其優(yōu)勢在于能夠在保證電能質(zhì)量的同時，兼顧安全，其運(yùn)行方式主要有兩種，其一為孤島運(yùn)行，其二為并網(wǎng)運(yùn)行。

實際上，自微電網(wǎng)被提出之后，相關(guān)的研究就已經(jīng)開始，截至目前已經(jīng)取得了很多重要成果，就研究方向與側(cè)重點來講，國外目前對其的研究大多是圍繞其規(guī)劃、相關(guān)影響等方面展開，而國內(nèi)對其的研究起步較晚，當(dāng)前尚處于仿真研究階段。我國對微電網(wǎng)進(jìn)行的研究認(rèn)為，其可以借助分布式電源實現(xiàn)能源供應(yīng)，是一種相對特殊的電網(wǎng)，且其電源可以借助電子器件實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，之后并聯(lián)接在用戶側(cè)，這樣就可以在保證電能質(zhì)量的基礎(chǔ)上，盡可能的提升供電安全程度。站在用戶的角度來講，微電網(wǎng)除了可以使供電更加穩(wěn)定與可靠之外，還有助于減小線損、維持正常電壓、滿足個性需要、充分利用余熱。相較于傳統(tǒng)電網(wǎng)，微電網(wǎng)具有更多的優(yōu)勢，但同時其運(yùn)行過程中需要考慮的問題也更多。由于運(yùn)行特性相對特殊，因此，要想保證其運(yùn)行過程的穩(wěn)定性與可靠性，就必須結(jié)合其運(yùn)行方式做好控制。微電網(wǎng)運(yùn)行受逆變電源的影響很大，因此，出于提升運(yùn)行可靠性的考慮，就必須將逆變電源的控制作為重點，采取有效的控制策略，本文僅就這一方面進(jìn)行了探討。

（二）控制方法

結(jié)合微電網(wǎng)的運(yùn)行特點來講，無論是其DG類型，還是其負(fù)荷特性，都非常特殊，所以，要想保證其穩(wěn)定運(yùn)行，第一點就是要確保實現(xiàn)逆變電源的有效控制。在這方面，本文認(rèn)為可行的控制方法主要有下述三種。

1.恒功率法。此種控制方法簡稱為PQ法，其以雙環(huán)控制為基礎(chǔ)，內(nèi)、外環(huán)依次為PI控制環(huán)、功率環(huán)，其中，前者的功能在于借助電流跟蹤確定參考電壓，并輸出調(diào)制信號；后者的功能則主要體現(xiàn)在確保基準(zhǔn)功率方面。相關(guān)研究結(jié)果表明，此種方式在并網(wǎng)運(yùn)行模式下具有較好的控制效果。采用PQ法控制逆變電源時，大電網(wǎng)是微電網(wǎng)電壓擾動及負(fù)荷波動的主要承擔(dān)者，DG的調(diào)節(jié)基礎(chǔ)是電壓及頻率，無需考慮電壓、頻率的調(diào)節(jié)，確保逆變器根據(jù)參考值輸出功率即可。在此種模式下，DG的功能僅限于吸收或者發(fā)出功率，故其能夠防止DG因參與電壓調(diào)節(jié)對電力系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。

2.恒壓恒頻法。此種控制方式也被稱為V/F法，在孤島運(yùn)行模式中有著較好的控制效果。借助此種方法控制逆變電源時，主控電源由大于等于一個的DG充當(dāng)，功能在于提供參考值，為電壓始終與頻率保持同步提供保障。此種控制辦法本質(zhì)上是保證逆變器不會因為電源輸出功率的改變而出現(xiàn)輸出頻率及電壓幅值的變化?？紤]到孤島容量并非無限的問題，在功率缺額的時候，要想使重要負(fù)荷免受影響，就需要將次要負(fù)荷及時切除。因而，此種控制辦法屬于典型的動態(tài)控制，其可以借助及時響應(yīng)為電壓穩(wěn)定提供保障。

3.下垂法。此種方法簡稱為Droop法，經(jīng)常被用于多并聯(lián)運(yùn)行模式下，控制成效顯著。在并聯(lián)模式下，逆變電源借助輸出幅值及輸出頻率的調(diào)整，可以達(dá)到合理分配功率的目的。在功率承擔(dān)方面，具體承擔(dān)多大的功率主要取決于下垂斜率，一般規(guī)律是斜率越大，其承擔(dān)功率越小，反之則越大。所以，借助下垂控制可達(dá)到調(diào)整負(fù)載功率的目的，但穩(wěn)態(tài)指標(biāo)卻會受到一定的影響。因而，Droop法本質(zhì)上就是一種借助下垂控制獲取反饋值并進(jìn)行反相微調(diào)來優(yōu)化功率分配的控制辦法。需要注意的問題是，盡管從理論上來講下垂斜率可以借助控制達(dá)到最小，但是在實踐中卻往往會因為受限于硬件和控制精度而不得不折中，也就是說，最終的下垂斜率是折中之后的取值。

（三）控制策略

一般來說，對逆變電源進(jìn)行的控制，通常借由下述兩項策略來實現(xiàn)。

1.主從控制。在此種類型的控制模式下，DG具有各不相同的功能和控制辦法，主控源通常由大于等于1個的DG來充當(dāng)，借助電氣量檢測，并結(jié)合電網(wǎng)實際的運(yùn)行狀況確定調(diào)節(jié)辦法，借助通信線路進(jìn)行DG輸出控制，最終實現(xiàn)微電網(wǎng)的有效控制，適用于孤島運(yùn)行模式。在并網(wǎng)模式下，微電網(wǎng)具有相對較小的容量，無需實施頻率調(diào)節(jié)，控制要點需放在輸出功率上，因而DG控制可采用PQ法。在孤島運(yùn)行模式下，對主控單元實施的控制應(yīng)借由V/F法實現(xiàn)，以保證頻率恒定。此種控制策略最明顯的特點就在于DG的主、從關(guān)系，這也是實現(xiàn)有效控制的前提。

2.對等控制。借助此種辦法控制逆變電源時，其中的DG關(guān)系是平等的，并沒有從、屬之分，其以即插即用思想和對等控制的相關(guān)理論為支撐，由于DG控制模式均是預(yù)先設(shè)定好的，所以，它們在參與調(diào)節(jié)的時候，系統(tǒng)電壓不會受到過大的影響，頻率也可以始終維持在穩(wěn)定狀態(tài)。此種控制策略的特點在于其可以借助“分別并聯(lián)結(jié)合控制算法”的方式，來實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，不再需要通信的輔助。因而，其優(yōu)勢就體現(xiàn)在個別DG故障不會對系統(tǒng)及正常運(yùn)行單位產(chǎn)生明顯影響，即系統(tǒng)運(yùn)行免受個別DG故障的干擾，不僅系統(tǒng)運(yùn)行會更加可靠，未來實施擴(kuò)容也更加便利，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。

二、結(jié)語

綜上所述，微電網(wǎng)的運(yùn)行會受到以逆變電源為代表的諸多因素的影響，再加上其運(yùn)行過程相對比較特殊，對其實施控制也就尤為重要。結(jié)合微電網(wǎng)技術(shù)的創(chuàng)新性與實用性來講，對其運(yùn)行進(jìn)行控制的最根本目的，就是借助有效的控制方法與策略，盡可能的提升微電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。本文從宏觀角度出發(fā)，以逆變電源控制為例，簡單探討了微電網(wǎng)的控制策略，全文闡述側(cè)重于原理分析，相關(guān)細(xì)節(jié)還有待補(bǔ)充。

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