張祥坤
中圖分類號(hào):F270 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí):A 文章編號(hào):1674-1145(2016)06-000-02
摘 要 出于緩解資源供需矛盾、減輕環(huán)境污染的考慮,近年來國(guó)家格外重視發(fā)展新能源。此舉推動(dòng)了微電網(wǎng)的發(fā)展,相關(guān)技術(shù)也有了明顯進(jìn)步。在此種情況下,為了使微電網(wǎng)更好的服務(wù)于社會(huì)發(fā)展,有必要對(duì)其運(yùn)行特點(diǎn)及控制方法進(jìn)行探討。本文結(jié)合微電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀,從宏觀角度出發(fā),簡(jiǎn)要分析了其運(yùn)行與控制中的相關(guān)問題,并著重對(duì)逆變電源的控制路徑作了闡述。
關(guān)鍵詞 微電網(wǎng) 運(yùn)行 控制策略
微電網(wǎng)是在新能源大受歡迎的背景下發(fā)展起來的,對(duì)于緩解當(dāng)前社會(huì)主要資源的供需矛盾有著重要的積極意義。簡(jiǎn)單來講,微電網(wǎng)可以看作是服務(wù)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源事業(yè)的新興技術(shù),具有可靠性高、靈活性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì),是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要力量之一。因而,在此種技術(shù)得到越來越多關(guān)注的同時(shí),有必要對(duì)其運(yùn)行及控制進(jìn)行探究。
一、微電網(wǎng)運(yùn)行及控制策略
(一)關(guān)于微電網(wǎng)及其運(yùn)行
微電網(wǎng)這個(gè)概念最早由美國(guó)提出,長(zhǎng)久以來圍繞其進(jìn)行的研究認(rèn)為其具有較高的可靠性和突出的經(jīng)濟(jì)效益。所謂的微電網(wǎng),其實(shí)指的就是一套系統(tǒng),其主要構(gòu)成部分為分布式電源及負(fù)荷,其中,電源能夠在實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的同時(shí)提供控制,特點(diǎn)在于可兼顧電、熱能供應(yīng)。相對(duì)來講,微電網(wǎng)相當(dāng)于一個(gè)受控單元,其優(yōu)勢(shì)在于能夠在保證電能質(zhì)量的同時(shí),兼顧安全,其運(yùn)行方式主要有兩種,其一為孤島運(yùn)行,其二為并網(wǎng)運(yùn)行。
實(shí)際上,自微電網(wǎng)被提出之后,相關(guān)的研究就已經(jīng)開始,截至目前已經(jīng)取得了很多重要成果,就研究方向與側(cè)重點(diǎn)來講,國(guó)外目前對(duì)其的研究大多是圍繞其規(guī)劃、相關(guān)影響等方面展開,而國(guó)內(nèi)對(duì)其的研究起步較晚,當(dāng)前尚處于仿真研究階段。我國(guó)對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行的研究認(rèn)為,其可以借助分布式電源實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng),是一種相對(duì)特殊的電網(wǎng),且其電源可以借助電子器件實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換,之后并聯(lián)接在用戶側(cè),這樣就可以在保證電能質(zhì)量的基礎(chǔ)上,盡可能的提升供電安全程度。站在用戶的角度來講,微電網(wǎng)除了可以使供電更加穩(wěn)定與可靠之外,還有助于減小線損、維持正常電壓、滿足個(gè)性需要、充分利用余熱。相較于傳統(tǒng)電網(wǎng),微電網(wǎng)具有更多的優(yōu)勢(shì),但同時(shí)其運(yùn)行過程中需要考慮的問題也更多。由于運(yùn)行特性相對(duì)特殊,因此,要想保證其運(yùn)行過程的穩(wěn)定性與可靠性,就必須結(jié)合其運(yùn)行方式做好控制。微電網(wǎng)運(yùn)行受逆變電源的影響很大,因此,出于提升運(yùn)行可靠性的考慮,就必須將逆變電源的控制作為重點(diǎn),采取有效的控制策略,本文僅就這一方面進(jìn)行了探討。
(二)控制方法
結(jié)合微電網(wǎng)的運(yùn)行特點(diǎn)來講,無論是其DG類型,還是其負(fù)荷特性,都非常特殊,所以,要想保證其穩(wěn)定運(yùn)行,第一點(diǎn)就是要確保實(shí)現(xiàn)逆變電源的有效控制。在這方面,本文認(rèn)為可行的控制方法主要有下述三種。
1.恒功率法。此種控制方法簡(jiǎn)稱為PQ法,其以雙環(huán)控制為基礎(chǔ),內(nèi)、外環(huán)依次為PI控制環(huán)、功率環(huán),其中,前者的功能在于借助電流跟蹤確定參考電壓,并輸出調(diào)制信號(hào);后者的功能則主要體現(xiàn)在確?;鶞?zhǔn)功率方面。相關(guān)研究結(jié)果表明,此種方式在并網(wǎng)運(yùn)行模式下具有較好的控制效果。采用PQ法控制逆變電源時(shí),大電網(wǎng)是微電網(wǎng)電壓擾動(dòng)及負(fù)荷波動(dòng)的主要承擔(dān)者,DG的調(diào)節(jié)基礎(chǔ)是電壓及頻率,無需考慮電壓、頻率的調(diào)節(jié),確保逆變器根據(jù)參考值輸出功率即可。在此種模式下,DG的功能僅限于吸收或者發(fā)出功率,故其能夠防止DG因參與電壓調(diào)節(jié)對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。
2.恒壓恒頻法。此種控制方式也被稱為V/F法,在孤島運(yùn)行模式中有著較好的控制效果。借助此種方法控制逆變電源時(shí),主控電源由大于等于一個(gè)的DG充當(dāng),功能在于提供參考值,為電壓始終與頻率保持同步提供保障。此種控制辦法本質(zhì)上是保證逆變器不會(huì)因?yàn)殡娫摧敵龉β实母淖兌霈F(xiàn)輸出頻率及電壓幅值的變化。考慮到孤島容量并非無限的問題,在功率缺額的時(shí)候,要想使重要負(fù)荷免受影響,就需要將次要負(fù)荷及時(shí)切除。因而,此種控制辦法屬于典型的動(dòng)態(tài)控制,其可以借助及時(shí)響應(yīng)為電壓穩(wěn)定提供保障。
3.下垂法。此種方法簡(jiǎn)稱為Droop法,經(jīng)常被用于多并聯(lián)運(yùn)行模式下,控制成效顯著。在并聯(lián)模式下,逆變電源借助輸出幅值及輸出頻率的調(diào)整,可以達(dá)到合理分配功率的目的。在功率承擔(dān)方面,具體承擔(dān)多大的功率主要取決于下垂斜率,一般規(guī)律是斜率越大,其承擔(dān)功率越小,反之則越大。所以,借助下垂控制可達(dá)到調(diào)整負(fù)載功率的目的,但穩(wěn)態(tài)指標(biāo)卻會(huì)受到一定的影響。因而,Droop法本質(zhì)上就是一種借助下垂控制獲取反饋值并進(jìn)行反相微調(diào)來優(yōu)化功率分配的控制辦法。需要注意的問題是,盡管從理論上來講下垂斜率可以借助控制達(dá)到最小,但是在實(shí)踐中卻往往會(huì)因?yàn)槭芟抻谟布涂刂凭榷坏貌徽壑校簿褪钦f,最終的下垂斜率是折中之后的取值。
(三)控制策略
一般來說,對(duì)逆變電源進(jìn)行的控制,通常借由下述兩項(xiàng)策略來實(shí)現(xiàn)。
1.主從控制。在此種類型的控制模式下,DG具有各不相同的功能和控制辦法,主控源通常由大于等于1個(gè)的DG來充當(dāng),借助電氣量檢測(cè),并結(jié)合電網(wǎng)實(shí)際的運(yùn)行狀況確定調(diào)節(jié)辦法,借助通信線路進(jìn)行DG輸出控制,最終實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的有效控制,適用于孤島運(yùn)行模式。在并網(wǎng)模式下,微電網(wǎng)具有相對(duì)較小的容量,無需實(shí)施頻率調(diào)節(jié),控制要點(diǎn)需放在輸出功率上,因而DG控制可采用PQ法。在孤島運(yùn)行模式下,對(duì)主控單元實(shí)施的控制應(yīng)借由V/F法實(shí)現(xiàn),以保證頻率恒定。此種控制策略最明顯的特點(diǎn)就在于DG的主、從關(guān)系,這也是實(shí)現(xiàn)有效控制的前提。
2.對(duì)等控制。借助此種辦法控制逆變電源時(shí),其中的DG關(guān)系是平等的,并沒有從、屬之分,其以即插即用思想和對(duì)等控制的相關(guān)理論為支撐,由于DG控制模式均是預(yù)先設(shè)定好的,所以,它們?cè)趨⑴c調(diào)節(jié)的時(shí)候,系統(tǒng)電壓不會(huì)受到過大的影響,頻率也可以始終維持在穩(wěn)定狀態(tài)。此種控制策略的特點(diǎn)在于其可以借助“分別并聯(lián)結(jié)合控制算法”的方式,來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié),不再需要通信的輔助。因而,其優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)在個(gè)別DG故障不會(huì)對(duì)系統(tǒng)及正常運(yùn)行單位產(chǎn)生明顯影響,即系統(tǒng)運(yùn)行免受個(gè)別DG故障的干擾,不僅系統(tǒng)運(yùn)行會(huì)更加可靠,未來實(shí)施擴(kuò)容也更加便利,符合可持續(xù)發(fā)展的理念。
二、結(jié)語
綜上所述,微電網(wǎng)的運(yùn)行會(huì)受到以逆變電源為代表的諸多因素的影響,再加上其運(yùn)行過程相對(duì)比較特殊,對(duì)其實(shí)施控制也就尤為重要。結(jié)合微電網(wǎng)技術(shù)的創(chuàng)新性與實(shí)用性來講,對(duì)其運(yùn)行進(jìn)行控制的最根本目的,就是借助有效的控制方法與策略,盡可能的提升微電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。本文從宏觀角度出發(fā),以逆變電源控制為例,簡(jiǎn)單探討了微電網(wǎng)的控制策略,全文闡述側(cè)重于原理分析,相關(guān)細(xì)節(jié)還有待補(bǔ)充。
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