劉明國

摘 要：在我國能源需求總量不斷升高，以及石油、煤炭以及天然氣等不可再生能源的與日遞減急，使得人們的目光焦點凝聚在可再生能源的使用效率上。而對于可再生資源使用的重點問題是，怎樣提高可再生能源和主電網(wǎng)連接的安全程度，基于此“微電網(wǎng)”這一有關概念得以產(chǎn)生。本文將會以光儲微電網(wǎng)系統(tǒng)為出發(fā)點，對其控制策略等相關內(nèi)容進行簡要分析。

關鍵詞：光儲微電網(wǎng);系統(tǒng)控制;儲能單元

中圖分類號：TM6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）12-0170-02

0 引言

“微電網(wǎng)”，主要指的是把分布式電源與負荷進行整合，進而使其可以成為既可以運行于離網(wǎng)模式又能夠運行于并網(wǎng)模式中具有可控性的電網(wǎng)系統(tǒng)。穩(wěn)定運行的相關制技術，也是當下光儲微電網(wǎng)系統(tǒng)研究的重點課題。這是因為微電網(wǎng)系統(tǒng)其自身特性相對復雜，采用怎樣的控制算法可以讓微電網(wǎng)在任何一種模式下都可以擁有較好的電能質(zhì)量，這也是該系統(tǒng)實現(xiàn)安全穩(wěn)定運行的核心關鍵。

1 簡述微電網(wǎng)的基本含義及其結構

所謂微電網(wǎng)的基本含義，主要指的是微型電源和負載兩者間借助系統(tǒng)電路的拓撲結構形成連接，使其成為整體上和傳統(tǒng)配電網(wǎng)相銜接的電力網(wǎng)絡。對于電網(wǎng)進行的控制與保護操作微電網(wǎng)自身就能夠?qū)崿F(xiàn)，而且其能夠和配電網(wǎng)相互合作從而實現(xiàn)并網(wǎng)運行模式，退出并網(wǎng)模式可以斷開與大電網(wǎng)的連接，實現(xiàn)孤島運行。當使用者的負荷需求發(fā)生改變時微電網(wǎng)自身的輸出功率也會隨之改變，使得供電的穩(wěn)定性被提高、能夠?qū)崿F(xiàn)供電的連續(xù)性、能夠降低對線路的損耗程度、能夠?qū)ο到y(tǒng)電壓形成強有力的支撐、能夠提高能源使用效率等突出優(yōu)勢。進一步對微電網(wǎng)中的微電源進行研究，使其實現(xiàn)大規(guī)模的接入，這是實現(xiàn)提高可再生能源利用效率、增加負荷的供電穩(wěn)定性能，以及推動配電網(wǎng)智能化發(fā)展的重要前提。

在一般情況下，微電網(wǎng)的主要運行模式能夠分為孤島運行模式以及并網(wǎng)運行模式。接下來我們以輻射狀的微電網(wǎng)為例展開一定的分析，這種形式的微電網(wǎng)具有許多微電源、擁有L1、L2、L3三條饋線以及類型不一的負荷[1]。輻射狀微電網(wǎng)在PCC（公共連接點）處借助靜態(tài)開關實現(xiàn)與配電網(wǎng)的連接，進而能夠順利的在孤島模式切換為并網(wǎng)模式，反正亦然。如果外部配電網(wǎng)存在故障，或是因為故障要進行停電檢修的情況下，其靜態(tài)開關能夠瞬間打開，達到微電網(wǎng)與大電網(wǎng)是分離的狀態(tài)。要想確保主要的敏感負荷能夠連續(xù)性的工作，如若微電網(wǎng)產(chǎn)生的能量不足以支撐其正常工作時，那么隔離裝置就會發(fā)揮其作用把普通的可以中斷的負荷切除。而大電網(wǎng)恢復供電之后，微電網(wǎng)就可以在并網(wǎng)運行的狀態(tài)下正常運行。饋線L1中的微電源能夠同時為用戶提供其所需要的熱能與電能;而饋線L1、L2使用例如燃氣輪機、儲能電池與風力的雙項電源，實現(xiàn)對普通負荷和感負荷的供電;那么饋線L3就是沒有微電源進行供電的狀態(tài)。

2 我國微電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)況分析

微電網(wǎng)是新時期的新型電力網(wǎng)絡系統(tǒng)，其不僅可以較好的減少電力供應的壓力程度，而且在降低環(huán)境污染程度的同時，進一步提高電網(wǎng)的可靠程度與安全性能。據(jù)統(tǒng)計2015年底我國已經(jīng)建立超過40個微電網(wǎng)示范工程[2]。為了進一步響應我國微電網(wǎng)政策的有效推進，我國部分高等院校、大型電力企業(yè)和相關科研院所機構，例如清華大學、中科院以及國家電科院等，這些機構已經(jīng)建成了相關的微電網(wǎng)實驗室并投入使用，或是成立了許多具有示范意義的微電網(wǎng)工程，比如新疆吐魯番微電網(wǎng)等。即使此類研究課題或是示范工程已經(jīng)取得相應的研究成果，可是對于微電網(wǎng)示范工程而言，依舊存在著諸多不可忽視的問題。（1）對我國微電網(wǎng)工程進行投資的實體，主要由高等研究院校、國有企業(yè)以及政府相關機構;而實力相對較弱的企業(yè)卻無緣微電網(wǎng)工程的建設，而且社會上的民營資本的參與度相對較低;（2）現(xiàn)階段我國對微電網(wǎng)的研究，依然是處于針對微電網(wǎng)的概念進行研究，而實證以及驗證方法卻沒有形成相關的系統(tǒng);（3）現(xiàn)階段已經(jīng)建設挖完畢的微電網(wǎng)工程，其重點研究方向主要放系統(tǒng)安全運行的問題上，可是對于其經(jīng)濟合理性進行研究課題少之又少。

3 簡析我國微電網(wǎng)的發(fā)展階段

總而言之，我國微電網(wǎng)建設已經(jīng)經(jīng)歷以及將會經(jīng)歷以下四個階段：（1）截止到2015年底，我國微電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了為當?shù)仉娏τ脩籼峁﹥?yōu)質(zhì)的微電網(wǎng)電力服務，一方面實現(xiàn)了電能的質(zhì)量與安全性能提高，在另一方面核心的技術困難也被較好地解決，系統(tǒng)中的關鍵性技術也得到相應的完善，微電網(wǎng)示范工程的建設總量與之前相比有了大幅度的提高;（2）2016—2017年底，我國的微電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)以及相關行業(yè)的規(guī)范化程度被提高、國家標準也被得到了相應的完善，微電網(wǎng)也擴大了連接地區(qū)的電網(wǎng)規(guī)模，能夠為地區(qū)電網(wǎng)提供一部分的輔助服務，這樣提高了分布式電源對于地區(qū)電網(wǎng)的影響，這一階段中我國的微電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)得到了迅猛發(fā)展，拉開了與前一階段發(fā)展速度的距離;（3）2018—2020年底，我國的微電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)得到進一步的發(fā)展。其內(nèi)部可是實現(xiàn)自我愈合、自主治理以及具有自行組織的能力。通過實現(xiàn)對微電網(wǎng)大規(guī)模建設，能夠讓分布式的電源基本上實現(xiàn)與distribution network結合程度的完全化與緊密化，也能夠讓distribution network自身具備相應的愈合能力，從而達到使其成為智能電網(wǎng)的重要構成部分[3];（4）2021，希望實現(xiàn)微電網(wǎng)市場的真正成熟，使得微電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)全面爆發(fā)的發(fā)展趨勢。

4 光儲微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制方式

4.1 微電源的控制

最大功率點跟蹤方式是微電網(wǎng)光伏系統(tǒng)中常見的控制方式之一，在使用此方法時會配合著電壓尋優(yōu)方式對光伏陣列的最大功率點進行跟蹤，要是想彌補此種控制方式易在功率的最大點出現(xiàn)左右擺動的不足，就應該使用對定差值擾動進行觀察的方法，此種方法又被稱為爬山法，主要原理是對光伏列陣的輸出電壓實施干擾，在依據(jù)P=UI計算出實施擾動前后的輸出功率，將這兩次輸出功率進行科學的比對[4]。這種方法的特點是，一旦擾動后光伏列陣的輸出功率呈現(xiàn)不斷增長的趨勢，此種情況則說明此擾動可以增加光伏列陣的輸出功率，然后在向同一方向?qū)夥嘘囕敵龅碾妷哼M行擾動;與之相反的要是被擾動后的光伏列陣的輸出功率出現(xiàn)縮減的情況，那也就說明了此次擾動不能實現(xiàn)對光伏列陣的輸出功率的提高，在下一次的擾動時，就應該向著相反的方向進行擾動。除此以外，使用最大功率點的電壓啟動計算方法，能夠進一步的提高效率。維電源中的兩個儲能板塊構成了儲能系統(tǒng)則，實現(xiàn)與直流母線的并聯(lián)鏈接，經(jīng)過逆變器使其連入微電網(wǎng)的交流母線上。儲能模塊所使用的雙向直流變換器能夠?qū)崿F(xiàn)對于蓄電池的充電控制和放電控制，并入到直流母線的相接。就儲能逆變器來講，當其處在并網(wǎng)運行的情況下使用的是電流控制方式，而處在離網(wǎng)運行下則是電壓控制方式，起到對交流母線電壓的保護作用。

4.2 微電網(wǎng)的控制

微電源借助并網(wǎng)逆變器實現(xiàn)與微電網(wǎng)交流母線的連接，控制電壓源電以及電壓源電流、控制電流源電壓以及電流源電流，是并網(wǎng)逆變器控制的四種控制類型。構成電壓源特性的條件是電壓源型逆變器能夠在直流輸入模式下側并聯(lián)大電容;構成電流源特性的條件則是電流源型逆變器在直流時能夠側串聯(lián)一個大電感，進而使得直流電流輸入時較為穩(wěn)定，可是大電感串入之后則會大大降低系統(tǒng)的動態(tài)響應。所以，現(xiàn)階段絕大多數(shù)的并網(wǎng)逆變器都使用的是電壓源型逆變器。電壓型控制以及電流型控制的方式，是逆變器對電流輸出進行控制的主要方式。（1）電壓型控制方式。其控制的主要原理是將輸出電壓視作受控量，通過系統(tǒng)輸出和電網(wǎng)電壓具有電同頻率相同的電壓信號，這時系統(tǒng)的整體也就和一個內(nèi)阻相對較小的受控電壓源沒有區(qū)別;（2）電流型控制方式。這種控制方式是把輸出電流視作受控目標，通過系統(tǒng)輸出和電網(wǎng)電同頻率相同的電流信號，此時對于系統(tǒng)整體而言，可以把其當做一個具有較大的內(nèi)阻的受控電流源。

主電網(wǎng)可以被視為一個具有接近無窮容量的電壓源，要是并網(wǎng)逆變器使用電壓控制型方式，那么也就能夠看成是一個具有有限容量的電源，和一個具有接近無窮容量的電壓源實現(xiàn)了并聯(lián)運行，若要保證此狀態(tài)下系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，那么有必要使用“鎖相環(huán)”這一控制技術，讓逆變器的輸出電壓和電網(wǎng)的電應頻率、相位以及幅值達到相一致，但是微電源其輸出功率是處于時刻變化的狀態(tài)，不可避免的會使得并網(wǎng)逆變器的輸出電壓發(fā)生波動，進而形成環(huán)流現(xiàn)象。并網(wǎng)逆變器要是選擇電壓型控制方式，這對鎖相環(huán)的響應時間而言，不僅提高了其要求標準，而且系統(tǒng)的穩(wěn)定性也響度較差。要是逆變器輸出使用的控制方式是電流型的話，主電網(wǎng)的電壓則是微電網(wǎng)母線電壓的主要支撐，通過對逆變器進行控制使其輸出的電流能夠?qū)﹄娋W(wǎng)電壓進行跟蹤，通過實現(xiàn)對逆變器控制使得輸出電路進而電網(wǎng)的電同頻率達到相一致，就可以實現(xiàn)微電網(wǎng)并入主電網(wǎng)而且是并聯(lián)運行的目標。當微電網(wǎng)處在離網(wǎng)模式時，系統(tǒng)電壓因為沒有大電網(wǎng)的電壓支撐，所以應使用逆變器實現(xiàn)對輸出電壓的控制，維持微電網(wǎng)中交流母線的電壓處在正常狀態(tài)，能夠達到承載電能質(zhì)量的相關要求。所以當微電網(wǎng)處于離網(wǎng)運行的模式下，最少要保證存在一臺逆變電源實現(xiàn)對電網(wǎng)電壓的閉環(huán)控制，進而能夠使得微電網(wǎng)中交流母線的電壓有所支撐。進行逆變器的輸出電壓進行閉環(huán)控制時，也能在電壓環(huán)中添加逆變器的濾波電感電流或是電容電流的閉環(huán)控制，從而形成兩重閉環(huán)控制，借此使得系統(tǒng)的動態(tài)響應能力被提高。

總的來講，當微電網(wǎng)處在并網(wǎng)運行的狀態(tài)下，光伏逆變器以及儲能逆變器選擇電流型控制方式，把網(wǎng)逆變器所輸出的電流視作被控制量，可以不受時間限制的對輸出電流進行控制，進而實現(xiàn)逆變輸出的電流和電網(wǎng)電壓的電同頻率相一致，進而實現(xiàn)并網(wǎng)的目標。若是微電網(wǎng)系統(tǒng)處在離網(wǎng)運行的模式下，其儲能逆變器與光伏逆變器應選擇主從控制的方式，也就是多儲能逆變器被用作主逆變器，選擇電壓型控制方式;確保輸出電壓保持穩(wěn)狀態(tài)，而此時的光伏逆變器被用作從逆變器，其應該選擇電流型控制方式。

5 結語

總而言之，因為對微電網(wǎng)的相關研究，仍然是我國較為年輕的研究課題，現(xiàn)階段依舊存在著有待解決的問題。相關的研究程度應該實現(xiàn)進一步深化，并且在實際工程應用之前也應該做好充足的準備。文章僅僅是對光儲并網(wǎng)型的微電網(wǎng)的控制策略方法進行簡要的分析，希望在我國科學技術不斷進步的過程中，能夠更好的提高微電網(wǎng)系統(tǒng)技術的發(fā)展水平。

參考文獻

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