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：當前，新能源已經(jīng)成為驅動社會發(fā)展的主要能源之一。隨著新一輪能源革命的推進，新能源的應用范圍越來越廣，它能夠有效提高微電網(wǎng)運行效率，保證微電網(wǎng)運行質量。新能源微電網(wǎng)可以構建新型區(qū)域能源生態(tài)系統(tǒng)，改變傳統(tǒng)能源結構，提高能源綜合利用率，優(yōu)化我國經(jīng)濟增長方式，實現(xiàn)我國電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的快速升級。

關鍵詞：新能源;微電網(wǎng);電壓;穩(wěn)定;控制

中圖分類號：TM712文獻標識碼：A文章編號：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)和獨立兩種運行模式，不同的模式適用于不同的應用場景，而聯(lián)網(wǎng)型新能源微電網(wǎng)一般會與電網(wǎng)并網(wǎng)運行，實現(xiàn)能量的雙向交換，同時可以采取先進的控制策略和控制手段，在電網(wǎng)內實現(xiàn)高效的能源供給。另外，獨立型新能源微電網(wǎng)可以利用自身的分布形式滿足微電網(wǎng)內的負荷要求，需要配置儲能系統(tǒng)來達到不同能源之間的功率平衡，可以使用更多清潔能源來為用戶供能。所以，對新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性進行分析和控制策略研究是當前實現(xiàn)我國電網(wǎng)穩(wěn)定的關鍵。

1 新能源微電網(wǎng)概述

近年來，我國可再生能源的種類越來越多，應用范圍越來越廣。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)中重要的新能源應用載體。傳統(tǒng)的微電網(wǎng)穩(wěn)定性不強，應用范圍不廣，而在新能源下實現(xiàn)不同能源之間的互聯(lián)讓當前的電力系統(tǒng)層次更加豐富，影響更加廣泛。在科學技術的推動下，“互聯(lián)網(wǎng)+”理念與微電網(wǎng)的有效結合更能提高控制效果，而能源互聯(lián)網(wǎng)是一種新興技術，可以提高能源利用效率。微電網(wǎng)的發(fā)展既要應用新能源，又要將傳統(tǒng)能源和新能源有效結合，實現(xiàn)能源供給轉換和分配的一體化[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，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，應按照新能源微電網(wǎng)運行要求對各個層次電壓進行有效控制，在維持相關參數(shù)信息準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)的運行優(yōu)勢和現(xiàn)實作用，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，應做好各項基礎數(shù)據(jù)信息收集工作，并按照各項基礎數(shù)據(jù)信息制定新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性調整方案，逐步提升實際調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)定性達到合理狀態(tài)。最后，應對相關工作人員展開有效培訓，并按照實際培訓效果引導相關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

對于新能源微電網(wǎng)來說，在實際運行過程中可能會因為電壓穩(wěn)定性不達標而出現(xiàn)問題，這就影響其運行效果和現(xiàn)實應用?；诖?，就應針對新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性展開有效分析，了解長時間運行過程中出現(xiàn)電壓穩(wěn)定性變差的原因。就目前來看，原因主要表現(xiàn)在能源、設備和層次這三方面。在微電網(wǎng)運行中，若新能源應用不合理，會導致微電網(wǎng)電壓發(fā)生變化，影響新能源微電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性和實際運行效果;若設備配置不合理，也會導致電網(wǎng)出現(xiàn)電壓變化和整體穩(wěn)定性下降;若沒有對電壓進行分層控制，新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性會受到很大限制[2]。

3 微電網(wǎng)儲能技術分析

當前，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)能源結構，促進能源戰(zhàn)略轉型，它已經(jīng)成為我國微電網(wǎng)運行的重要基礎。風能、太陽能等新能源都是微電網(wǎng)中廣泛應用的能源，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、可靠的儲能系統(tǒng)是新能源發(fā)展的重要支柱。微電網(wǎng)有效應用儲能技術，能夠加強儲能系統(tǒng)控制，通過智能方式使電源控制更加有效，避免電源存在隨機性和間歇性問題，提升了分布式電源的穩(wěn)定性和可調度性。同時，分布式電源能夠為微電網(wǎng)提供能量緩沖，實現(xiàn)高峰放電、削峰填谷的效果。此外，由于儲能系統(tǒng)的特殊性，微電網(wǎng)能夠實現(xiàn)無縫平滑切換，有效提供功率支撐，改善電網(wǎng)的電能質量[3]。

近年來，我國微電網(wǎng)儲能技術應用范圍越來越廣，電力企業(yè)可以根據(jù)電能供應速度加以儲存，保證管理體系和共用系統(tǒng)的完整性，同時提高功率輸出能力，延長設備使用壽命。在電網(wǎng)運行過程中，要將不同的儲能裝置整合為一體，加強運行目標和運行狀態(tài)的把控，實現(xiàn)混合儲能系統(tǒng)的進一步發(fā)展。當然，微電網(wǎng)合理應用儲能技術，還能減少微電網(wǎng)實際運行過程中的電能消耗量，確保微電網(wǎng)可以利用前期存儲的電能維持正常運行，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，降低微電網(wǎng)實際運行過程中出現(xiàn)各項問題的可能性，彰顯各項儲能技術的現(xiàn)實作用，緩解微電網(wǎng)電源供能不足的問題，從而維持微電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性，發(fā)揮新能源微電網(wǎng)的應用價值，促使我國電力行業(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)定性和實際控制效果，電力企業(yè)要結合新能源微電網(wǎng)運行情況和相關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)勢和分層效果，嚴格按照層次劃分進行電壓穩(wěn)定性控制，從而避免實際開展受到限制。

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行微電網(wǎng)控制。第一層控制就是分布式電源和負荷的本地自主控制，通過電源控制器和負荷控制器來保證控制的有效性，加強功率把控，做好不同功率的特定分配，保證電壓和頻率的穩(wěn)定，實現(xiàn)新能源微電網(wǎng)的電能有效供應。分布式電源是第一層控制的關鍵，一般采用雙環(huán)控制模式，加強內環(huán)動態(tài)和外環(huán)動態(tài)的連接，通過提高逆變器輸出信號質量來加強控制。與內環(huán)相比，外環(huán)動態(tài)響應速度較慢，需要通過更加有效的控制策略來達到控制目的。內環(huán)控制算法可以有效監(jiān)控新能源，同時配備經(jīng)典的PI（Proportional Integral）調節(jié)器，通過單輸入單輸出系統(tǒng)來穩(wěn)定把控流量，保證新能源利用的高效性。同時，流量調節(jié)仍然存在一些誤差，而PI控制器能夠實現(xiàn)流量的有效控制，進一步優(yōu)化設計參數(shù)。

一般來說，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，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)可以應用并網(wǎng)模式，提高發(fā)展和應用潛力，克服傳統(tǒng)下垂控制的缺陷，更好地實現(xiàn)系統(tǒng)電壓和頻率的多項調控，實現(xiàn)無縫接換。新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性控制過程中會出現(xiàn)問題，要有效研究新能源微電網(wǎng)各項參數(shù)，收集各項基礎信息，做好新能源微電網(wǎng)電壓規(guī)劃，保證新能源微電網(wǎng)第一層次電壓達到穩(wěn)定狀態(tài)，從而改善電壓調度，提升新能源微電網(wǎng)綜合管理水平，繼而強化新能源微電網(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，能夠對系統(tǒng)負荷和分布式電源進行整體把控，讓微電源在整個系統(tǒng)中處于更加協(xié)調和穩(wěn)定的狀態(tài)，這樣才能更好地實現(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，加強無縫連接，實現(xiàn)有效的切換，通過上級控制實現(xiàn)經(jīng)濟目標，實現(xiàn)微電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。集中控制是第二層控制的有效手段，可以按照通信系統(tǒng)和中央控制器的設定方式來監(jiān)控當前微電網(wǎng)的運行狀態(tài)和新能源實際運用情況。第二層控制并非單獨實施，需要與第一層控制有效結合，加強對本地控制器的控制，以便更好地接收不同電網(wǎng)運營商的指令。

微電網(wǎng)運行的中樞是分布式電源和儲能系統(tǒng)，通過及時地調度來達到有效的控制效果。由于第二層控制的時間響應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，對中央控制器進行把控，加快計算速度和信息處理速度，進一步增加計算能力和通信容量。此外，分布式微電網(wǎng)需要通過實時監(jiān)控來把控自主運行能力，有效交換實時信息，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)仍然可以正常運行，不過分依賴安全通信網(wǎng)絡。所以，分布式控制架構讓新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性更強，更符合當前微電網(wǎng)運行要求。同時，要保證新能源微電網(wǎng)第一層電壓與第二層電壓的關聯(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)電壓調度水平，在維持新能源微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的同時，避免新能源微電網(wǎng)在實際運行過程中出現(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，要實現(xiàn)整個微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定高效，加強不同電網(wǎng)之間的有效連接，通過配電網(wǎng)的協(xié)調運營達到整個系統(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)化和調度的基礎，需要加強不同電源的出力預測，并根據(jù)新能源的實際情況進行綜合利用。一般來說，微電網(wǎng)在運行過程中不僅應用一種能源，還可以通過能源交叉的方式來提升能源應用效率。同時，第三層控制需要根據(jù)微電網(wǎng)運行模式、調度計劃和需求管理來統(tǒng)籌最佳的運營策略，通過多個微電網(wǎng)的協(xié)調運行，加強系統(tǒng)的能量調度，合理把控響應速度，通過設定控制目標來加強信息預測的能力。

微電網(wǎng)能量優(yōu)化調度需要不同能源之間的優(yōu)勢互補，通過有效的調度架構對中央控制器進行把控，通過實時的分布式電源和負荷信息統(tǒng)籌全局，實現(xiàn)狀態(tài)的有機協(xié)調，從而達到優(yōu)化目標[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)高效運行的核心。所以，要發(fā)揮其優(yōu)勢，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，我國微電網(wǎng)電壓負荷形式逐漸增加，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，通過儲能設備和雙向協(xié)調配合來促進電網(wǎng)穩(wěn)定發(fā)展，有效加強信息數(shù)據(jù)處理，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

5 結語

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涵，特別是在電力系統(tǒng)的骨干網(wǎng)中能夠發(fā)揮作用，實現(xiàn)微電網(wǎng)單元的有效連接，符合當前的發(fā)展模式和規(guī)劃思路。所以，當前要加強新能源在微電網(wǎng)中的應用，實現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

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