新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性分析及控制策略

張一 張玄哲

摘 要：當(dāng)前，新能源已經(jīng)成為驅(qū)動(dòng)社會(huì)發(fā)展的主要能源之一。隨著新一輪能源革命的推進(jìn)，新能源的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，它能夠有效提高微電網(wǎng)運(yùn)行效率，保證微電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量。新能源微電網(wǎng)可以構(gòu)建新型區(qū)域能源生態(tài)系統(tǒng)，改變傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)，提高能源綜合利用率，優(yōu)化我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式，實(shí)現(xiàn)我國(guó)電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的快速升級(jí)。

關(guān)鍵詞：新能源;微電網(wǎng);電壓;穩(wěn)定;控制

中圖分類號(hào)：TM712文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）14-0130-03

Abstract： At present， new energy has become one of the main energy sources driving social development. With the advancement of a new round of energy revolution， the application range of new energy is becoming wider and wider， which can effectively improve the operating efficiency of the micro-grid and ensure the quality of the micro-grid. The new energy microgrid can build a new type of regional energy ecosystem， change the traditional energy structure， improve the comprehensive utilization rate of energy， optimize China's economic growth mode， and realize the rapid upgrade of China's power grid industry.

Keywords： new energy;microgrid;voltage;stability;control

新能源微電網(wǎng)具有并網(wǎng)和獨(dú)立兩種運(yùn)行模式，不同的模式適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，而聯(lián)網(wǎng)型新能源微電網(wǎng)一般會(huì)與電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)能量的雙向交換，同時(shí)可以采取先進(jìn)的控制策略和控制手段，在電網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效的能源供給。另外，獨(dú)立型新能源微電網(wǎng)可以利用自身的分布形式滿足微電網(wǎng)內(nèi)的負(fù)荷要求，需要配置儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)達(dá)到不同能源之間的功率平衡，可以使用更多清潔能源來(lái)為用戶供能。所以，對(duì)新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性進(jìn)行分析和控制策略研究是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)我國(guó)電網(wǎng)穩(wěn)定的關(guān)鍵。

1 新能源微電網(wǎng)概述

近年來(lái)，我國(guó)可再生能源的種類越來(lái)越多，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。微電網(wǎng)是能源互聯(lián)網(wǎng)中新能源利用的重要接口，也是今后能源互聯(lián)網(wǎng)中重要的新能源應(yīng)用載體。傳統(tǒng)的微電網(wǎng)穩(wěn)定性不強(qiáng)，應(yīng)用范圍不廣，而在新能源下實(shí)現(xiàn)不同能源之間的互聯(lián)讓當(dāng)前的電力系統(tǒng)層次更加豐富，影響更加廣泛。在科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下，“互聯(lián)網(wǎng)+”理念與微電網(wǎng)的有效結(jié)合更能提高控制效果，而能源互聯(lián)網(wǎng)是一種新興技術(shù)，可以提高能源利用效率。微電網(wǎng)的發(fā)展既要應(yīng)用新能源，又要將傳統(tǒng)能源和新能源有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)能源供給轉(zhuǎn)換和分配的一體化[1]。微電網(wǎng)能以電力局域網(wǎng)的身份融入能源互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)信息的快速傳輸和處理，最終形成多層次、多功能、多效果的綜合性互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。

2 新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性分析

2.1 維持新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的方法

首先，應(yīng)按照新能源微電網(wǎng)運(yùn)行要求對(duì)各個(gè)層次電壓進(jìn)行有效控制，在維持相關(guān)參數(shù)信息準(zhǔn)確性的條件下制定合理的控制策略，從而保證新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性和綜合管理效果，彰顯新能源微電網(wǎng)的運(yùn)行優(yōu)勢(shì)和現(xiàn)實(shí)作用，并將新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性效果提升到一定高度。其次，應(yīng)做好各項(xiàng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息收集工作，并按照各項(xiàng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息制定新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性調(diào)整方案，逐步提升實(shí)際調(diào)整效果和綜合處理水平，保證穩(wěn)定性控制效果，使得新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性達(dá)到合理狀態(tài)。最后，應(yīng)對(duì)相關(guān)工作人員展開有效培訓(xùn)，并按照實(shí)際培訓(xùn)效果引導(dǎo)相關(guān)人員全面參與新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性控制，從而有效維持新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性和電網(wǎng)運(yùn)行安全性，確保新能源微電網(wǎng)電能傳輸和電壓管理得到有效保障。

2.2 影響新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的因素

對(duì)于新能源微電網(wǎng)來(lái)說，在實(shí)際運(yùn)行過程中可能會(huì)因?yàn)殡妷悍€(wěn)定性不達(dá)標(biāo)而出現(xiàn)問題，這就影響其運(yùn)行效果和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用?；诖耍蛻?yīng)針對(duì)新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性展開有效分析，了解長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中出現(xiàn)電壓穩(wěn)定性變差的原因。就目前來(lái)看，原因主要表現(xiàn)在能源、設(shè)備和層次這三方面。在微電網(wǎng)運(yùn)行中，若新能源應(yīng)用不合理，會(huì)導(dǎo)致微電網(wǎng)電壓發(fā)生變化，影響新能源微電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性和實(shí)際運(yùn)行效果;若設(shè)備配置不合理，也會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)電壓變化和整體穩(wěn)定性下降;若沒有對(duì)電壓進(jìn)行分層控制，新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性會(huì)受到很大限制[2]。

3 微電網(wǎng)儲(chǔ)能技術(shù)分析

當(dāng)前，新能源逐漸朝多元化和清潔化的方向發(fā)展，可以優(yōu)化傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，它已經(jīng)成為我國(guó)微電網(wǎng)運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源都是微電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用的能源，分布式電源大規(guī)模集成能夠提升微電網(wǎng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，而高效、可靠的儲(chǔ)能系統(tǒng)是新能源發(fā)展的重要支柱。微電網(wǎng)有效應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)，能夠加強(qiáng)儲(chǔ)能系統(tǒng)控制，通過智能方式使電源控制更加有效，避免電源存在隨機(jī)性和間歇性問題，提升了分布式電源的穩(wěn)定性和可調(diào)度性。同時(shí)，分布式電源能夠?yàn)槲㈦娋W(wǎng)提供能量緩沖，實(shí)現(xiàn)高峰放電、削峰填谷的效果。此外，由于儲(chǔ)能系統(tǒng)的特殊性，微電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)縫平滑切換，有效提供功率支撐，改善電網(wǎng)的電能質(zhì)量[3]。

近年來(lái)，我國(guó)微電網(wǎng)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，電力企業(yè)可以根據(jù)電能供應(yīng)速度加以儲(chǔ)存，保證管理體系和共用系統(tǒng)的完整性，同時(shí)提高功率輸出能力，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。在電網(wǎng)運(yùn)行過程中，要將不同的儲(chǔ)能裝置整合為一體，加強(qiáng)運(yùn)行目標(biāo)和運(yùn)行狀態(tài)的把控，實(shí)現(xiàn)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。當(dāng)然，微電網(wǎng)合理應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)，還能減少微電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行過程中的電能消耗量，確保微電網(wǎng)可以利用前期存儲(chǔ)的電能維持正常運(yùn)行，逐步提升微電網(wǎng)整體控制效果和電壓維持能力，在保證微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的同時(shí)，降低微電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)各項(xiàng)問題的可能性，彰顯各項(xiàng)儲(chǔ)能技術(shù)的現(xiàn)實(shí)作用，緩解微電網(wǎng)電源供能不足的問題，從而維持微電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，發(fā)揮新能源微電網(wǎng)的應(yīng)用價(jià)值，促使我國(guó)電力行業(yè)朝節(jié)能環(huán)保方向穩(wěn)步發(fā)展。

4 基于分層理念的微電網(wǎng)控制策略

為保證新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性和實(shí)際控制效果，電力企業(yè)要結(jié)合新能源微電網(wǎng)運(yùn)行情況和相關(guān)要求制定合理的控制策略，彰顯新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性控制的優(yōu)勢(shì)和分層效果，嚴(yán)格按照層次劃分進(jìn)行電壓穩(wěn)定性控制，從而避免實(shí)際開展受到限制。

4.1 第一層控制

要想保證新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定，必須采用分層理念進(jìn)行微電網(wǎng)控制。第一層控制就是分布式電源和負(fù)荷的本地自主控制，通過電源控制器和負(fù)荷控制器來(lái)保證控制的有效性，加強(qiáng)功率把控，做好不同功率的特定分配，保證電壓和頻率的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)新能源微電網(wǎng)的電能有效供應(yīng)。分布式電源是第一層控制的關(guān)鍵，一般采用雙環(huán)控制模式，加強(qiáng)內(nèi)環(huán)動(dòng)態(tài)和外環(huán)動(dòng)態(tài)的連接，通過提高逆變器輸出信號(hào)質(zhì)量來(lái)加強(qiáng)控制。與內(nèi)環(huán)相比，外環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度較慢，需要通過更加有效的控制策略來(lái)達(dá)到控制目的。內(nèi)環(huán)控制算法可以有效監(jiān)控新能源，同時(shí)配備經(jīng)典的PI（Proportional Integral）調(diào)節(jié)器，通過單輸入單輸出系統(tǒng)來(lái)穩(wěn)定把控流量，保證新能源利用的高效性。同時(shí)，流量調(diào)節(jié)仍然存在一些誤差，而PI控制器能夠?qū)崿F(xiàn)流量的有效控制，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)。

一般來(lái)說，不同的新能源微電網(wǎng)可以采用不同的控制方式。恒功率控制可以電網(wǎng)電壓和頻率作為基礎(chǔ)，提升電源功率輸出的恒定性，保障系統(tǒng)頻率和電壓的穩(wěn)定，加強(qiáng)不同電網(wǎng)狀態(tài)下分布式電源的控制。新能源微電網(wǎng)可以應(yīng)用并網(wǎng)模式，提高發(fā)展和應(yīng)用潛力，克服傳統(tǒng)下垂控制的缺陷，更好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電壓和頻率的多項(xiàng)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫接換。新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性控制過程中會(huì)出現(xiàn)問題，要有效研究新能源微電網(wǎng)各項(xiàng)參數(shù)，收集各項(xiàng)基礎(chǔ)信息，做好新能源微電網(wǎng)電壓規(guī)劃，保證新能源微電網(wǎng)第一層次電壓達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，從而改善電壓調(diào)度，提升新能源微電網(wǎng)綜合管理水平，繼而強(qiáng)化新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性控制效果，如圖2所示。

4.2 第二層控制

第二層控制是微電網(wǎng)管理層控制，能夠?qū)ο到y(tǒng)負(fù)荷和分布式電源進(jìn)行整體把控，讓微電源在整個(gè)系統(tǒng)中處于更加協(xié)調(diào)和穩(wěn)定的狀態(tài)，這樣才能更好地實(shí)現(xiàn)不同電壓之間的有效把控。第二層控制能夠保證微電網(wǎng)安全穩(wěn)定，加強(qiáng)無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)有效的切換，通過上級(jí)控制實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。集中控制是第二層控制的有效手段，可以按照通信系統(tǒng)和中央控制器的設(shè)定方式來(lái)監(jiān)控當(dāng)前微電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)和新能源實(shí)際運(yùn)用情況。第二層控制并非單獨(dú)實(shí)施，需要與第一層控制有效結(jié)合，加強(qiáng)對(duì)本地控制器的控制，以便更好地接收不同電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的指令。

微電網(wǎng)運(yùn)行的中樞是分布式電源和儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過及時(shí)地調(diào)度來(lái)達(dá)到有效的控制效果。由于第二層控制的時(shí)間響應(yīng)速度與基層控制相比仍然較慢，可以采用分層控制方式。同時(shí)，對(duì)中央控制器進(jìn)行把控，加快計(jì)算速度和信息處理速度，進(jìn)一步增加計(jì)算能力和通信容量。此外，分布式微電網(wǎng)需要通過實(shí)時(shí)監(jiān)控來(lái)把控自主運(yùn)行能力，有效交換實(shí)時(shí)信息，提升電壓頻率的穩(wěn)定性。即使中央控制器發(fā)生故障，微電網(wǎng)仍然可以正常運(yùn)行，不過分依賴安全通信網(wǎng)絡(luò)。所以，分布式控制架構(gòu)讓新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性更強(qiáng)，更符合當(dāng)前微電網(wǎng)運(yùn)行要求。同時(shí)，要保證新能源微電網(wǎng)第一層電壓與第二層電壓的關(guān)聯(lián)性和穩(wěn)定性，提高新能源微電網(wǎng)綜合管理水平，有效提升新能源微電網(wǎng)電壓調(diào)度水平，在維持新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的同時(shí)，避免新能源微電網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)問題[4]。這就可以彰顯第二層控制在新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性控制中的作用，改善新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性控制。

4.3 第三層控制

第三層控制是配電網(wǎng)管理層控制。在管理過程中，要實(shí)現(xiàn)整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定高效，加強(qiáng)不同電網(wǎng)之間的有效連接，通過配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運(yùn)營(yíng)達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定。第三層控制是新能源微電網(wǎng)控制的中心，也是優(yōu)化和調(diào)度的基礎(chǔ)，需要加強(qiáng)不同電源的出力預(yù)測(cè)，并根據(jù)新能源的實(shí)際情況進(jìn)行綜合利用。一般來(lái)說，微電網(wǎng)在運(yùn)行過程中不僅應(yīng)用一種能源，還可以通過能源交叉的方式來(lái)提升能源應(yīng)用效率。同時(shí)，第三層控制需要根據(jù)微電網(wǎng)運(yùn)行模式、調(diào)度計(jì)劃和需求管理來(lái)統(tǒng)籌最佳的運(yùn)營(yíng)策略，通過多個(gè)微電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行，加強(qiáng)系統(tǒng)的能量調(diào)度，合理把控響應(yīng)速度，通過設(shè)定控制目標(biāo)來(lái)加強(qiáng)信息預(yù)測(cè)的能力。

微電網(wǎng)能量?jī)?yōu)化調(diào)度需要不同能源之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，通過有效的調(diào)度架構(gòu)對(duì)中央控制器進(jìn)行把控，通過實(shí)時(shí)的分布式電源和負(fù)荷信息統(tǒng)籌全局，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的有機(jī)協(xié)調(diào)，從而達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)[5]。第三層控制是微電網(wǎng)系統(tǒng)中最安全、最穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，也是保障新能源微電網(wǎng)高效運(yùn)行的核心。所以，要發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，按照微電網(wǎng)控制策略和控制方向，突破局限，提升控制效果。近年來(lái)，我國(guó)微電網(wǎng)電壓負(fù)荷形式逐漸增加，終端用戶需求更加靈活。因此，第三層控制需要充分考慮微電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性，通過儲(chǔ)能設(shè)備和雙向協(xié)調(diào)配合來(lái)促進(jìn)電網(wǎng)穩(wěn)定發(fā)展，有效加強(qiáng)信息數(shù)據(jù)處理，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

微電網(wǎng)在能源互聯(lián)網(wǎng)的浪潮下有著更多的功能和內(nèi)涵，特別是在電力系統(tǒng)的骨干網(wǎng)中能夠發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)單元的有效連接，符合當(dāng)前的發(fā)展模式和規(guī)劃思路。所以，當(dāng)前要加強(qiáng)新能源在微電網(wǎng)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

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