風(fēng)光儲微電網(wǎng)并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率控制策略

成龍

（酒泉鋼鐵集團(tuán)宏晟電熱公司電力調(diào)度中心，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

前言

風(fēng)光儲微電網(wǎng)并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率控制策略，已經(jīng)成為電網(wǎng)企業(yè)的重要研究內(nèi)容，這樣的研究特點使得相關(guān)工作人員在風(fēng)光儲微電網(wǎng)并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率控制的過程中，需要對新型的風(fēng)光儲微電網(wǎng)方式和功率控制模式進(jìn)行探究和創(chuàng)新，增強(qiáng)風(fēng)光儲微電網(wǎng)并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率控制的整體水平。此次研究的內(nèi)容和提出的策略對豐富風(fēng)光儲微電網(wǎng)并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率控制的改革內(nèi)容和改革方式具有一定意義。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

風(fēng)光儲微電網(wǎng)并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線系統(tǒng)主要涵蓋了雙饋風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線系統(tǒng)和光伏發(fā)電并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線系統(tǒng)，以及通過蓄電池構(gòu)建形成的功率控制儲能系統(tǒng)。雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)使用直接連接的方式與交流側(cè)向負(fù)荷以及風(fēng)光儲電網(wǎng)實際輸送功率進(jìn)行連接。風(fēng)光儲的管控系統(tǒng)主要涵蓋了上層的運行管理系統(tǒng)和底層位置的電源以及蓄電池系統(tǒng)[1]。運行管理系統(tǒng)被視為上層區(qū)域的管控方式，主要進(jìn)行分布式電源以及儲能調(diào)控和管控。經(jīng)過風(fēng)光儲微電網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合和計量，可以選用比較合適的電網(wǎng)運轉(zhuǎn)方式，并開展與之對應(yīng)的切換方式以及管控信號的輸出模式。

1.1 光伏控制模式

風(fēng)光儲微電網(wǎng)的光伏陣列在管控系統(tǒng)通常具備兩類模式，主要涵蓋了功率最大化跟蹤管控和恒定功率管控。光伏陣列的功率最大化控制器，即可以在具有一定光照強(qiáng)度的狀態(tài)下，光伏陣列的電池在電壓Umpp的狀態(tài)下輸出的最大化功率Pmpp，因此在使用逆變器進(jìn)行光伏直流型母線電壓開展管控時，可以使其與最大化功率點的電壓Umpp維持在相等狀態(tài)下，能夠有效地管控光伏陣列在最大化功率的實際情況[2]。

恒定功率管控使用電壓與電流雙閉環(huán)的管控方式，即可以基本實現(xiàn)光伏輸出有功型功率和無功型功率的解耦管控。有功型以及無功型功率在參考值上限通常需要借助上層管控進(jìn)行供給，有功型功率的變動并不會直接造成無功型功率的變化。

1.2 風(fēng)電管控模式

雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)管控使用變槳距實時變速、恒定頻率進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電的管控系統(tǒng)，該管控系統(tǒng)通常涵蓋了最大化的風(fēng)能追蹤管控和變槳距管控。最大化風(fēng)能追蹤管控器在風(fēng)速不變的情況下，風(fēng)力機(jī)在實現(xiàn)控制器的最大化功率輸出時，與之對應(yīng)的發(fā)電機(jī)即可以直接輸出最大化功率Pwmax，管控器可以使用最大化功率的量值進(jìn)行參考而對雙饋型發(fā)電機(jī)開展功率閉環(huán)型管控，基本上可以實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最大化風(fēng)能追蹤運轉(zhuǎn)。

因為控制器的管控目標(biāo)實際上是借助調(diào)節(jié)槳距角β 來管控、調(diào)整功率的恒定式輸出。相關(guān)工作人員經(jīng)過收集現(xiàn)如今發(fā)電機(jī)的實際輸出功率Pw與已給定功率Pw開展對比，其產(chǎn)生的誤差即可以借助PI 直接流入變槳距機(jī)構(gòu)生產(chǎn)所需使用的β′，風(fēng)機(jī)槳的距角也會出現(xiàn)與之對應(yīng)的變化，將會使控制器的實際輸出功率維持在給定值Pw上[3]。

2 風(fēng)光儲微電網(wǎng)運行管理系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)輸出有功型功率的期望值計算

在進(jìn)行系統(tǒng)輸出有功型功率的期望值計算時，相關(guān)工作人員需要全面地考慮控制器的實際運轉(zhuǎn)狀況，主要涵蓋了風(fēng)速情況、光照強(qiáng)度大小、蓄電池的實際狀態(tài)以及系統(tǒng)輸出的有功型功率產(chǎn)生的期望值。此文的管控目標(biāo)實質(zhì)上是借助風(fēng)光儲微電網(wǎng)內(nèi)的電源分布狀況開展協(xié)調(diào)型管控，使風(fēng)光儲混合型微電網(wǎng)實際輸出的有功型功率維持在恒定不變的狀態(tài)。相關(guān)工作人員即可以結(jié)合風(fēng)光儲微電網(wǎng)的實際運行的變化情況開展風(fēng)光儲微電網(wǎng)實際運行狀態(tài)的調(diào)換，從而保證整個運行管理系統(tǒng)的實際輸出功率處于恒定、不變的狀態(tài)。

2.2 系統(tǒng)運行狀態(tài)及切換

根據(jù)風(fēng)光儲微電網(wǎng)的管控目標(biāo)以及風(fēng)光儲微電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)模式，工作人員編制出一套與之對應(yīng)的風(fēng)光儲微電網(wǎng)狀態(tài)調(diào)整策略，如果將其中光伏運行的制約值設(shè)置為10 kW，在光伏出力不大于10 kW的區(qū)間內(nèi)，光伏需要進(jìn)行關(guān)閉處理。

風(fēng)電工程需要運行在準(zhǔn)許風(fēng)速的區(qū)間范圍內(nèi)，在實際風(fēng)速低于最小的切入風(fēng)速值Vmin時，風(fēng)機(jī)方會真正地中止運轉(zhuǎn)。在運行管理系統(tǒng)中存在4個比較典型的運行狀態(tài)，蓄電池處于充電狀態(tài)還是放電狀態(tài)，主要取決于蓄電池本身的電量以及風(fēng)電、光伏的實際出力P與Pv和風(fēng)光儲微電網(wǎng)運行管理系統(tǒng)中輸出的有功型功率產(chǎn)生的期望值Pgi間的聯(lián)系，基本原則是在風(fēng)光儲微電網(wǎng)運行管理系統(tǒng)出力比較充足的狀態(tài)下，蓄電池需要盡量將多余的電量保存在蓄電池內(nèi)部[4]。

這種運行狀態(tài)的調(diào)整實際上并未充分考慮到光照實際強(qiáng)度的影響，因為夜間光照強(qiáng)度較低以及在實際風(fēng)速并未達(dá)到最低水平的風(fēng)速切入點時，兩種比較極端的狀況在同一時間出現(xiàn)，相關(guān)工作人員需要比較全面地考慮風(fēng)光儲微電網(wǎng)在當(dāng)前階段中所具有的互補(bǔ)效果。

3 風(fēng)光儲微電網(wǎng)系統(tǒng)仿真及結(jié)果分析

3.1 系統(tǒng)仿真參數(shù)及條件

因為考慮到光照強(qiáng)度實際上具有隨機(jī)變動的性質(zhì)，工作人員需要選擇一些比較典型的光照強(qiáng)度曲線，在1 s以內(nèi)的實際光照強(qiáng)度基本為零，在1 s到1.5 s 之間所具有的實際光照強(qiáng)度將逐漸上升，但是依舊并未達(dá)到相關(guān)條件。在1.5 s 到3 s 的區(qū)間范圍內(nèi)，光照的變化更加強(qiáng)烈，在3.2 s 的時候已經(jīng)基本達(dá)到了峰值，在3.2 s到4.5 s的區(qū)間內(nèi)光照強(qiáng)度已經(jīng)開始漸漸地降低至最小化的出力條件。

3.2 仿真結(jié)果分析

如果相關(guān)工作人員將仿真時間直接設(shè)定在6 s左右，仿真分析的過程需要借助風(fēng)光儲微電網(wǎng)運行管理系統(tǒng)并結(jié)合與之對應(yīng)的實際工程完成程度進(jìn)行狀態(tài)調(diào)整處理。仿真分析中的管控目標(biāo)為了保證風(fēng)光儲微電網(wǎng)運行管理系統(tǒng)實際輸出的有功型功率達(dá)到期望值，電網(wǎng)總輸出無功型功率達(dá)到零，需要在6 s 內(nèi)將風(fēng)光儲微電網(wǎng)運行管理系統(tǒng)的各個分布式電源的狀態(tài)、電網(wǎng)儲能狀態(tài)、運行管理系統(tǒng)輸出有功型功率期望值進(jìn)行管控。

經(jīng)過研究分析可知，風(fēng)光儲微電網(wǎng)運行管理系統(tǒng)在0 s 到1.5 s 之間，因為實際光照強(qiáng)度比較低，并未達(dá)到風(fēng)光儲微電網(wǎng)的出力條件，因此光伏在關(guān)閉的狀態(tài)下。在這個時間內(nèi)風(fēng)的速度將會降低，風(fēng)電出力遠(yuǎn)低于期望值，這時風(fēng)電運行裝置在最大化功率的跟蹤狀態(tài)下，蓄電池的放電裝置使風(fēng)光儲微電網(wǎng)運行管理系統(tǒng)的實際輸出功率基本穩(wěn)定地處于在期望值內(nèi)。

在1 s 到1.7 s 的區(qū)間范圍內(nèi)，光伏已經(jīng)基本達(dá)到了風(fēng)電出力條件，但是因為風(fēng)電出力以及光伏出力的總值依舊低于期望值，風(fēng)電和光伏在實際運行過程中均出現(xiàn)了最大化功率的跟蹤狀態(tài)，蓄電池會在這一狀態(tài)下參與放電操作，風(fēng)電、光伏、蓄電池的計算總值即可以穩(wěn)定地處于期望值區(qū)間內(nèi)。

在1.7 s 到3.4 s 時，風(fēng)速已經(jīng)開始逐漸下降，風(fēng)電在運行的過程中可以保持在最大化功率的狀態(tài)下，因為此時的光照強(qiáng)度處于不斷提升的狀態(tài)，風(fēng)電和光伏的實際出力值已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了期望值，因此工作人員需要在這一階段對光伏開展恒定功率的輸出管控，因為此時風(fēng)電以及光伏已經(jīng)可以使運行管理系統(tǒng)的實際輸出功率穩(wěn)定地處于期望值區(qū)間內(nèi)，光伏即可以將多余的功率直接存儲到蓄電池之中。

在3.4 s 到4 s 的區(qū)間內(nèi)，風(fēng)速已經(jīng)和實際光照強(qiáng)度都處于量值較大的范圍，這時的風(fēng)電和光伏都運行在恒定功率的實際輸出狀態(tài)中，風(fēng)電和光伏的總值可以使運行管理系統(tǒng)的實際輸出功率平穩(wěn)地處于期望值范圍內(nèi)，光伏可以將多余的功率直接充進(jìn)蓄電池之中。

在4 s 到4.2 s 的區(qū)間范圍內(nèi)，風(fēng)速基本上處于數(shù)值較高的狀態(tài)，實際光照強(qiáng)度將不斷減少，因為風(fēng)電實際出力比較高，光伏將會以最大化功率的輸出方式進(jìn)行輸出，使運行管理系統(tǒng)的實際輸出功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于期望值。這時的光伏在運行過程中處于恒定功率的輸出情況下，風(fēng)電和光伏的總值即可以使運行管理系統(tǒng)實際輸出功率處于期望值的范圍內(nèi)，光伏可以直接將多余的電功率轉(zhuǎn)移至蓄電池之中。

在4.2 s到4.5 s的區(qū)間內(nèi)，因為此時的實際光照強(qiáng)度已經(jīng)降低到比較低的水平，因為風(fēng)電和光伏的實際出力遠(yuǎn)低于期望值，風(fēng)電和光伏在運行狀態(tài)下已經(jīng)處于在最大化功率的跟蹤狀態(tài)中，蓄電池能夠參與放電，三者合力可以使運行管理系統(tǒng)的實際輸出功率平穩(wěn)地處于期望值范圍內(nèi)。

在4.5 s到4.8 s的區(qū)間范圍內(nèi)，因為實際光照強(qiáng)度相對比較低，光伏并未達(dá)到可出力的條件，光伏將會自動關(guān)閉并直接退出運行模式，風(fēng)電運行處于最大化功率跟蹤的狀態(tài)，但因為這時的風(fēng)電實際出力低于期望值，因此蓄電池將會參與正常運行的放電中，風(fēng)電將與蓄電池一起計算，可以使運行管理系統(tǒng)的實際輸出功率處于期望值之內(nèi)。

在4.8 s 到6 s 的區(qū)間內(nèi)，光伏已經(jīng)處于關(guān)閉的狀態(tài)，因為這時的風(fēng)速相對比較高，風(fēng)電出力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于期望值，因此風(fēng)電運行處于功率進(jìn)行輸出的狀態(tài)下，風(fēng)電即可直接使運行管理系統(tǒng)的實際輸出功率穩(wěn)居在期望值范圍內(nèi)。

在整個風(fēng)光儲微電網(wǎng)的仿真操作期間，在低于已給定功率值的狀態(tài)下，風(fēng)電系統(tǒng)在運轉(zhuǎn)時基本處于最大化功率跟蹤的狀態(tài)，會在最大限度內(nèi)進(jìn)行發(fā)電操作。在總值可以達(dá)到已給定的功率值時，相關(guān)工作人員可以使用恒定的功率進(jìn)行管控，風(fēng)電的實際輸出功率將會保持在已給定的數(shù)值內(nèi)。在仿真處理的全過程中，無功型功率的實際輸出值基本上均為零，進(jìn)一步實現(xiàn)了有功型功率和無功型功率的解耦管控。

4 實際應(yīng)用與效果

應(yīng)用案例：某企業(yè)位于河西走廊，號稱風(fēng)電走廊，該地域東起烏鞘嶺,西至古玉門關(guān)，北部是龍首山，南部為祁連山，中間地帶狹長，形成峽谷效應(yīng)，風(fēng)速大，且有充足的太陽能資源。依托某光伏企業(yè)對風(fēng)光儲微電網(wǎng)并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率控制策略進(jìn)行可行性研究及實際應(yīng)用控制，改進(jìn)風(fēng)光儲微電網(wǎng)并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率控制策略，有效地降低了棄風(fēng)棄光率，進(jìn)一步增加了該企業(yè)年發(fā)電率。

5 結(jié)束語

通過文章的分析和研究得知，風(fēng)光儲微電網(wǎng)并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率控制策略是推動電網(wǎng)企業(yè)全面發(fā)展的有效手段要。研究主要圍繞電網(wǎng)并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率控制，注重風(fēng)光儲微電網(wǎng)并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的功率控制才能更好地提升電網(wǎng)企業(yè)的綜合水平，這對風(fēng)光儲微電網(wǎng)并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率的控制策略研究具有重要的意義。在我國電網(wǎng)事業(yè)不斷發(fā)展下，將會出現(xiàn)多樣化的微電網(wǎng)并網(wǎng)方法和更為有效的功率控制模式，作為電網(wǎng)企業(yè)的工作人員，應(yīng)重視自身功率控制能力的提升，進(jìn)而為電網(wǎng)企業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的功率控制服務(wù)。