新能源電網(wǎng)中微電源并網(wǎng)控制對策

張翔

【摘要】：微電網(wǎng)作為當(dāng)前環(huán)境中電力系統(tǒng)的發(fā)展方向，受到了各界廣泛關(guān)注。微電網(wǎng)在運行狀態(tài)中，對逆變器的控制提出了較高要求，為了保障電能質(zhì)量達標(biāo)，技術(shù)人員需要保障頻率、電壓值被控制在合理范圍中，因此有效解決并聯(lián)組網(wǎng)問題，對微電網(wǎng)的發(fā)展具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】：新能源電網(wǎng)；微電源；并網(wǎng)控制

引言

人們的日常生活或者工業(yè)的生產(chǎn)都離不開能源，能源在社會的發(fā)展中具有至關(guān)重要的作用。近年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，對能源的需求量正在不斷增加，尤其是化石燃料。然而，大量使用化石燃料不僅給當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境帶來了威脅，而且導(dǎo)致傳統(tǒng)能源趨向枯竭。為了解決這些負(fù)面問題，各國政府都積極對能源進行了調(diào)整，重視微電源的開發(fā)和利用，常見的微電源包括風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、微電池發(fā)電等，與傳統(tǒng)電源相比，微電源具有污染小、安裝成本低、運行費用低等，且由于微電源大部分都位于負(fù)荷附近，這種近距離的供電模式使得電能在輸電線路上的損耗降低。

1、微電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)

微電網(wǎng)的構(gòu)成要素包括：控制系統(tǒng)、儲能裝置、電力負(fù)荷等，電力電子作為電網(wǎng)和微電源的接口，能夠保障系統(tǒng)正常運行。為了保障電力負(fù)荷中的電能發(fā)揮作用，微電網(wǎng)的運行模式通常為：單獨運行、并網(wǎng)運行。當(dāng)電能質(zhì)量不符合系統(tǒng)規(guī)范時，微電網(wǎng)能夠及時啟動獨立運行狀態(tài)。微電網(wǎng)呈放射狀，通過外部電網(wǎng)與靜態(tài)開關(guān)相連接。微電網(wǎng)系統(tǒng)被靜態(tài)開關(guān)劃分為兩個模塊：饋線在連接過程中設(shè)置了微電源，支持本地供電。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障后，電網(wǎng)將進入獨立運行狀態(tài)；當(dāng)非敏感負(fù)荷和饋線相連后，電網(wǎng)能夠承載這些部件的運行。由于微電網(wǎng)配置中設(shè)有潮流控制器、能量管理器，因此技術(shù)人員能夠?qū)ξ㈦娋W(wǎng)進行科學(xué)控制。當(dāng)負(fù)荷出現(xiàn)變化后，潮流控制器會參照電壓情況、頻率值進行潮流參數(shù)調(diào)整工作，對微電源的功率進行合理的減少、增加，可以達到整個微電網(wǎng)系統(tǒng)的平衡效果。

2、微電源定義及分類

所謂的微電源就是指微電網(wǎng)中的逆變器、分布式電源及儲能裝置，其大致可以分為以下兩類：第一類，傳統(tǒng)的電機，如小型柴油發(fā)電、水力發(fā)電、潮汐和生物能發(fā)電。第二類是與電網(wǎng)直接相連的電力電子型電源，同時也叫做逆變電源。將逆變電源進行細分又可以分為以下類別：①燃料電池、飛輪儲能、儲蓄電池等直流電源；②小型燃氣輪機、小型風(fēng)力發(fā)電等高頻交流電源，這種電源通過整流、逆變轉(zhuǎn)化為交流。由于第二類電源在微電網(wǎng)中具有明顯的優(yōu)勢，因此未來的逆變電源將會發(fā)展的十分迅速，與常規(guī)電源相比，它的電壓調(diào)整和控制方式比較特殊，因此需要制定相應(yīng)的控制策略，來實現(xiàn)大規(guī)模微電源并入電網(wǎng)。

3、新能源電網(wǎng)中微電源并網(wǎng)控制對策

3.1控制策略綜述

①電壓的要求。根據(jù)GB/T20046-2006規(guī)定，對不同電壓情況下，對應(yīng)的響應(yīng)時間做了規(guī)定，當(dāng)電壓小于0.5額定電壓時，最大分閘時間為0.1s，當(dāng)電壓處在0.85和0.5倍的額定電壓時，最大分閘時間為2s。②頻率的控制。根據(jù)Q/GDW480-2010的規(guī)定，微電源需要與相連的電網(wǎng)頻率一致，允許偏離正常頻率0.5Hz，一旦發(fā)生頻率越線的情況，需要在0.2s內(nèi)進行切除操作。③諧波和波形畸變控制。根據(jù)GB/T19939-2015的規(guī)定輸出波形總的諧波失真度不得高于5%，其中對具體的諧波類型失真度做了詳細規(guī)定，如3～9次的奇次諧波，畸變量不得高于4%，2～8次的偶次諧波，波形畸變量不得高于1%

3.2V/f控制

微電網(wǎng)是由微電源構(gòu)成的，性質(zhì)為逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)。通過參考功率的傳輸特點，某些科研人員在研究逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)時，常常借助傳統(tǒng)發(fā)電機，來控制無線并聯(lián)系統(tǒng)。主要原理為：逆變單元通過輸出功率后，按照下垂特性，獲取對應(yīng)的指令值，經(jīng)過反相微調(diào)后，能夠科學(xué)分配無功、有功功率。呈現(xiàn)方式為：在逆變電源系統(tǒng)中，當(dāng)輸出阻抗具備感興特征時，一旦逆變電源輸出有功功率值上升后，對應(yīng)的輸出頻率將減少；當(dāng)逆變電源輸出功率低時，有功功率輸出值將提高。即：當(dāng)無功功率數(shù)值低時，操作人員可以通過提高電壓幅值的方式，使無功功率輸出值增大；反之，無功功率值高時，操作人員可以減小電壓幅值，使輸出的無功功率數(shù)值被降低。另外，對于輸出阻抗而言，當(dāng)逆變電源系統(tǒng)以阻性為主時，頻率、無功功率具有聯(lián)系性、電壓幅值與有功功率具有密聯(lián)系性，操作人員設(shè)定功率值的方式與上述內(nèi)容相反。值得注意的是，當(dāng)逆變電源的輸出阻抗方式與輸出量具有密切聯(lián)系，從控制過程的層面來考量，單元輸出功率少時，其輸出的途徑為電壓—頻率。對于某些輸出功率多的單元而言，其輸出率會不斷降低，該數(shù)據(jù)參數(shù)會自動調(diào)節(jié)，隨后傳輸至最低環(huán)流點。為了輸出對應(yīng)的功率，微電源需要結(jié)合實際情況改變其電壓值或頻率值，v/f方式不僅使微電源達到了共享效果，而且提高了系統(tǒng)運行的可靠性。

3.3PQ控制

在PQ的控制過程中，當(dāng)系統(tǒng)啟動后，操作人員需要提前在微電源中設(shè)置預(yù)訂數(shù)值，即：無功、有功功率。在對控制系統(tǒng)進行設(shè)計時，外部應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)的實際情況設(shè)置對應(yīng)的功率參考值，并根據(jù)坐標(biāo)及時改變參考軸，隨后逆變器將輸出電壓值。此時電壓值的控制主體又可被分為：無功、有功分量。在并網(wǎng)狀態(tài)下，PQ控制方式能夠正常運行，一旦微電網(wǎng)進入獨立運行狀態(tài)后，該模式的微電源將出現(xiàn)缺額問題，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。在PQ控制模式中，電流環(huán)的優(yōu)勢為，科學(xué)控制功率值，因此設(shè)計人員在設(shè)計電流調(diào)節(jié)器時，需要提前完成軸的分量配備工作。

結(jié)語

綜上所述，微電源在提高供電安全性能的基礎(chǔ)上，能夠滿足用戶的多樣化需求。微電網(wǎng)不僅可以獨立運行，而且可以并網(wǎng)運行。在微電網(wǎng)的獨立運行模式中，技術(shù)人員需要結(jié)合實際情況，設(shè)置科學(xué)的參數(shù)值，對儲能裝置、微電源的逆變器進行優(yōu)化控制，從而充分發(fā)揮微電源的優(yōu)勢。

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