含微源配電網(wǎng)的運(yùn)行特性研究分析

張洋

摘 要：與傳統(tǒng)大電網(wǎng)發(fā)電技術(shù)相比，含微源配電網(wǎng)利用可再生能源為主的分布式發(fā)電技術(shù)，通過并網(wǎng)與離島的自由切換，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部電源和負(fù)荷的一體化運(yùn)行，提高系統(tǒng)可靠性，滿足用戶側(cè)電能質(zhì)量及可靠性的需求。微源種類不同，接入電網(wǎng)的方式及控制策略也不相同，對(duì)電力系統(tǒng)的影響也隨之變化。微源是現(xiàn)代電能供應(yīng)的有力補(bǔ)充，含微源的配電網(wǎng)是新世紀(jì)電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：微源；配電網(wǎng)；運(yùn)行特性

隨著分布式發(fā)電技術(shù)日益成熟，微源在電力系統(tǒng)中所占的比重也逐漸增加。微源，是指微電網(wǎng)中靠近用戶側(cè)，發(fā)電功率在幾KW到幾十MW，可滿足電力系統(tǒng)和用戶某種特殊需求的小型模塊化發(fā)電單位，微源的投切以及發(fā)電量不受大電網(wǎng)調(diào)度的控制。

微源種類較多，大部分的微源均為可再生能源，包括：風(fēng)電、光伏發(fā)電、燃料電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)等電源類型。據(jù)美國(guó)分布式發(fā)電聯(lián)合協(xié)會(huì)（DPCA）研究表明，分布式微源在未來電網(wǎng)的新發(fā)電容量份額中至少會(huì)占據(jù)20%的份額[ 1 ]。

一、含微源配電網(wǎng)運(yùn)行特征

含微源的配電網(wǎng)內(nèi)部含有多種微源和儲(chǔ)能裝置對(duì)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行電力供應(yīng)，一些可再生微源通過能量轉(zhuǎn)換裝置將自然能轉(zhuǎn)換成電能被吸收利用，含微源的配電網(wǎng)是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制的小型發(fā)配電系統(tǒng)，自身包含負(fù)荷監(jiān)控及保護(hù)裝置對(duì)自身系統(tǒng)進(jìn)行管理保護(hù)。含微源配電網(wǎng)通過電力電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)自身的靈活控制，在大電網(wǎng)故障期間，可以與大電網(wǎng)斷開，進(jìn)入離網(wǎng)孤島運(yùn)行，避免受大電網(wǎng)故障的影響，對(duì)電網(wǎng)中的重要負(fù)荷的進(jìn)行持續(xù)供電，有助于提高系統(tǒng)可靠性。含微源配電網(wǎng)運(yùn)行控制方式先進(jìn)靈活，由于供電與負(fù)荷需求的不平衡性，可以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行與離島運(yùn)行自由切換，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部電源和負(fù)荷的一體化運(yùn)行，提高系統(tǒng)可靠性，滿足用戶側(cè)電能質(zhì)量及可靠性的需求。

含微源配電網(wǎng)的運(yùn)行特征主要有以下幾點(diǎn)[ 2 ]：

1）配電系統(tǒng)電壓等級(jí)低、規(guī)模小。

2）電能自我平衡。含微源配電網(wǎng)可以通過微源、電力交換裝置和需求側(cè)管理的協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)電能的自我平衡。并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，優(yōu)先由內(nèi)部微源向電網(wǎng)負(fù)荷進(jìn)行供電，離網(wǎng)時(shí)，需要對(duì)微源及可控負(fù)荷進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，從而實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)在孤島狀態(tài)下的穩(wěn)定運(yùn)行。

3）清潔高效。目前電網(wǎng)中用到的微源單元主要為可再生能源，主要包括風(fēng)、光、微型燃?xì)廨啓C(jī)和燃料電池等，清潔環(huán)保；此外，實(shí)現(xiàn)能源的綜合協(xié)調(diào)利用（比如冷熱電聯(lián)產(chǎn)）可以提高傳統(tǒng)化石能源的利用率，具有很高的經(jīng)濟(jì)環(huán)保效益。

4）高供電可靠性。并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，微源可以作為配電網(wǎng)的一個(gè)有源負(fù)荷進(jìn)行電力供應(yīng)，在大電網(wǎng)故障時(shí)，退出大電網(wǎng)，進(jìn)入孤島運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中重要負(fù)荷的持續(xù)供電，故障解除后重新并網(wǎng)運(yùn)行，保證供電可靠性。

除此之外，通過通信和自動(dòng)化調(diào)節(jié)手段可以實(shí)現(xiàn)微源、電力裝置以及用戶之間的的協(xié)調(diào)配合，因此含微源配電網(wǎng)在運(yùn)行時(shí)還具有高度信息化和自動(dòng)化的特征。

二、微源接入方式

含微源配電網(wǎng)的運(yùn)行控制是微電網(wǎng)研究領(lǐng)域中最關(guān)鍵的技術(shù)，微源的接入和控制方法是電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，配電網(wǎng)的運(yùn)行控制必須保證微源的接入或者退出不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成明顯的不良影響，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)和孤島兩種運(yùn)行方式之間的平滑切換，為用戶提供可選擇的優(yōu)質(zhì)電能。表1給出不同微源接入電網(wǎng)的方式。

由表1可以看出，電力電子技術(shù)的發(fā)展對(duì)微源并網(wǎng)尤其是逆變環(huán)節(jié)起著至關(guān)重要的作用，利用電力電子設(shè)備對(duì)微源的控制是電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。

三、微源接口控制策略

21世紀(jì)初，提出了對(duì)微源接口逆變器控制的兩種控制策略：恒功率（PQ）控制和電壓源型逆變器（VSI）控制。隨著逆變器由單臺(tái)向多臺(tái)協(xié)調(diào)控制的轉(zhuǎn)變，VSI控制由開始的恒壓恒頻（Vf）控制，發(fā)展為下垂（Droop）控制[ 3 ]。

微源并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，通過公共連接點(diǎn)，來實(shí)現(xiàn)含微源的配電網(wǎng)與大電網(wǎng)相連。此時(shí)，接口逆變器采用PQ控制，含微源配電網(wǎng)的電壓、頻率由大電網(wǎng)進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，接口逆變器則按照設(shè)定值輸出一定的有功和無(wú)功功率。

孤島運(yùn)行時(shí)，含微源的配電網(wǎng)退出大電網(wǎng)，斷開兩者之間的連接，微電網(wǎng)的頻率和電壓則由微源進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，某些微源將由PQ控制轉(zhuǎn)為離網(wǎng)時(shí)的VSI控制。依據(jù)逆變型微源的個(gè)數(shù)及接口逆變器不同的控制方法，含微源的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)可分為主從結(jié)構(gòu)（Master-Slave Structure）和對(duì)等結(jié)構(gòu)（Peer to Peer Structure）。與主從結(jié)構(gòu)相比，對(duì)等結(jié)構(gòu)的微網(wǎng)不必完全取決于主逆變型微源的運(yùn)行狀態(tài)，可通過多個(gè)逆變型微源的協(xié)調(diào)配合來提高供電的可靠性，單個(gè)逆變型微源加入或者退出電網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性會(huì)造成較大的影響。

四、總結(jié)

隨著微源在電力系統(tǒng)中所占比重的增加，微源入網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)集中式發(fā)電和分布式發(fā)電的有機(jī)結(jié)合是未來電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。配電網(wǎng)處于電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最末端，連接供電側(cè)和用戶側(cè)，接入微源后電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，配電網(wǎng)規(guī)劃也應(yīng)相應(yīng)的進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)含微源配電網(wǎng)的運(yùn)行特征及接入控制不同，如何進(jìn)行合理的微源控制，減少能耗，提高電能質(zhì)量，保護(hù)環(huán)境，是未來電力公司亟需解決的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 廖萍，李興源.實(shí)施節(jié)能發(fā)電調(diào)度的研究[J].四川電力技術(shù)，2008，31（l）：8-9.

[2] 王成山，肖朝霞，王守相.微網(wǎng)中分布式電源逆變器的多環(huán)反饋控制策略[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2009，24（2）：100-107.

[3] 張勤，周步祥，等.基于Zbus和前推回代法的配電網(wǎng)潮流計(jì)算[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2012，24（6）：3-77.