李超+趙志剛

摘 要：智能微電網(wǎng)憑借著將分布式電源靈活可靠的接入大電網(wǎng)以及解決了傳統(tǒng)電網(wǎng)的一些弊端的優(yōu)勢已經(jīng)成為智能配電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。智能微電網(wǎng)的的關(guān)鍵作用是具有并網(wǎng)與離網(wǎng)的無縫切換功能，保證大電網(wǎng)斷電時(shí)，系統(tǒng)中的關(guān)鍵負(fù)荷不斷電。以鉛酸電池作為主控制單元，通過儲(chǔ)能換流器PCS來實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)系統(tǒng)的并網(wǎng)/孤島運(yùn)行模式的無縫切換。借助實(shí)驗(yàn)的結(jié)果以及電壓的波形驗(yàn)證了無縫切換的正確性。

關(guān)鍵詞：智能微電網(wǎng)；P-Q模式；V-F模式； 儲(chǔ)能換流器；無縫切換

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.149

0 引言

近年來，隨著電力系統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，分布式發(fā)電技術(shù)越來越多的受到國家和社會(huì)的重視。分布式電源通過微電網(wǎng)以可控單元形式接入大電網(wǎng)是分布式電源被有效利用的最佳方式[1]。智能微電網(wǎng)是指由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、負(fù)荷、能量轉(zhuǎn)換裝置、監(jiān)控和保護(hù)裝置等組合成的一個(gè)小型發(fā)配電系統(tǒng)，它是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我保護(hù)、控制和管理的自治系統(tǒng)。智能微電網(wǎng)具有的一個(gè)特點(diǎn)是存在兩種運(yùn)行方式，一種是在交流大電網(wǎng)下的并網(wǎng)運(yùn)行，另一種是在沒有大電網(wǎng)或者大電網(wǎng)斷電時(shí)獨(dú)立運(yùn)行。為了保證負(fù)荷在這兩種運(yùn)行狀況下不受影響，更好的體現(xiàn)微電網(wǎng)的意義，智能微電網(wǎng)應(yīng)做到并/離網(wǎng)轉(zhuǎn)換的無縫切換。所謂的無縫切換，就是指在整個(gè)切換過程中的微電網(wǎng)的電壓和頻率在智能微電網(wǎng)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍之內(nèi)[2-3]，能夠保證對(duì)重要負(fù)荷進(jìn)行不間斷的供電。本文通過儲(chǔ)能變流器PCS 的兩種不同的控制策略來實(shí)現(xiàn)對(duì)微電網(wǎng)的無縫切換，儲(chǔ)能變流器在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)是有功無功控制模式（P-Q模式），在獨(dú)立運(yùn)行時(shí)是電壓頻率控制模式（V-F模式），本文以沈陽工程學(xué)院智能微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室的風(fēng)光儲(chǔ)一體的微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室作為平臺(tái)，通過儲(chǔ)能變流器PCS采集并網(wǎng)點(diǎn)處的電壓、頻率的同期和開關(guān)的開斷，從而實(shí)現(xiàn)并/離網(wǎng)的無縫切換。

1 并網(wǎng)運(yùn)行的控制策略（P-Q運(yùn)行模式）

并網(wǎng)運(yùn)行策略即P-Q運(yùn)行模式，在與電網(wǎng)并網(wǎng)模式下，儲(chǔ)能換流器依靠電網(wǎng)所提供電壓和頻率的剛性支撐，這時(shí)電網(wǎng)中的負(fù)荷波動(dòng)、電壓和頻率的擾動(dòng)都由大電網(wǎng)承擔(dān)；分布式電源不需考慮電壓和頻率調(diào)節(jié)，即PQ控制模式[4]。當(dāng)儲(chǔ)能換流器在并網(wǎng)的狀態(tài)時(shí)，采用交流電網(wǎng)電壓的有功無功解耦的控制策略，采取雙閉環(huán)控制方式，外環(huán)采取功率控制，內(nèi)環(huán)采用電流控制方式。

2 恒壓/恒頻控制（V-F控制）

獨(dú)立運(yùn)行策略即V-F控制，大電網(wǎng)發(fā)生故障的時(shí)，為了保證微網(wǎng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵負(fù)荷不斷電，智能微電網(wǎng)系統(tǒng)可根據(jù)需要進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)行。獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，儲(chǔ)能變流器相當(dāng)于系統(tǒng)中的一個(gè)電源，為微網(wǎng)系統(tǒng)提供合適的電壓和頻率。將逆變后所生成的正弦電壓頻率通過鎖相技術(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)[5]。

3 無縫切換的實(shí)現(xiàn)

（1）并網(wǎng)切換到獨(dú)立運(yùn)行。當(dāng)儲(chǔ)能換流器在并網(wǎng)狀態(tài)運(yùn)行，此時(shí)PCS的控制策略為PQ控制。當(dāng)交流電網(wǎng)處發(fā)生故障時(shí)，并網(wǎng)點(diǎn)PCC處的電壓會(huì)迅速下降，微電網(wǎng)接口處保護(hù)裝置會(huì)檢測到擾動(dòng)，使PCC處靜態(tài)開關(guān)動(dòng)作跳開。從而微電網(wǎng)和配電網(wǎng)形成兩個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)，此時(shí)PCS切換為VF控制。

（2）獨(dú)立運(yùn)行切換到并網(wǎng)運(yùn)行。儲(chǔ)能換流器平穩(wěn)同期方法微電網(wǎng)同期并網(wǎng)是一個(gè) V-F 運(yùn)行策略換流器與多個(gè)P-Q 模式的分布式電源換流器協(xié)調(diào)同期過程，通過交流電網(wǎng)鎖相環(huán)輸出的信號(hào)來控制儲(chǔ)能換流器PCS的調(diào)制頻率，從而完成微電網(wǎng)頻率的同期調(diào)節(jié)。交流電網(wǎng)電壓相位與微網(wǎng)電壓相位進(jìn)行比較調(diào)節(jié)，獲得儲(chǔ)能換流器的調(diào)制相位角。把交流電網(wǎng)電壓幅值與微電網(wǎng)的電壓幅值進(jìn)行比較調(diào)節(jié)，獲得PCS的VF 運(yùn)行策略下的電壓外環(huán)參考值。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并/離網(wǎng)的無縫切換

在微電網(wǎng)系統(tǒng)PCS作為主控制的并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，直接手動(dòng)斷開PCC開關(guān)QF2模擬電網(wǎng)故障，同時(shí)加入適當(dāng)?shù)碾娮迂?fù)載來平衡系統(tǒng)的功率，由圖可知，大電網(wǎng)斷電之后，電壓發(fā)生了微小的波動(dòng)，大概兩個(gè)周波左右恢復(fù)了正常波形，符合電壓的正常波動(dòng)要求，微網(wǎng)系統(tǒng)中的原有負(fù)載沒有斷電，驗(yàn)證了并網(wǎng)到孤島的無縫切換理論正確。

交流電網(wǎng)的故障恢復(fù)后，由波形我們可以發(fā)現(xiàn)，大電網(wǎng)電壓與PCS獨(dú)立運(yùn)行下的電壓同時(shí)存在，并網(wǎng)點(diǎn)開關(guān)QF2沒有立即閉合，只有在相位和幅值都對(duì)好之后PCS才能發(fā)出閉合并網(wǎng)點(diǎn)開關(guān)QF2的指令進(jìn)行并網(wǎng)。由實(shí)驗(yàn)的波形看出經(jīng)過幾個(gè)周期的調(diào)整很快電網(wǎng)側(cè)電壓和換流器側(cè)電壓幅值和相角相同兩路波形重合，完成無縫切換。因此，驗(yàn)證無縫切換的理論正確。

5 結(jié)束語

本文介紹了微網(wǎng)的P-Q和V-F兩種控制策略，微電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一在于無縫切換的實(shí)現(xiàn)，以滿足系統(tǒng)中關(guān)鍵負(fù)荷在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)不斷電的需要。文章研究了基于PCS的無縫切換策略，通過使換流器直接采取并網(wǎng)點(diǎn)PCC處開關(guān)的電壓和頻率的數(shù)值，從而控制整個(gè)微電網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)運(yùn)行和孤島運(yùn)行的無縫切換。通過真實(shí)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，微電網(wǎng)并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)后電壓波形發(fā)生微弱的波動(dòng)，很快恢復(fù)正常，離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)時(shí)，儲(chǔ)能換流器進(jìn)行并網(wǎng)點(diǎn)的電壓同期檢測，符合要求后進(jìn)行并網(wǎng)。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于儲(chǔ)能換流器微網(wǎng)系統(tǒng)無縫切換的正確性和可行性。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：李超（1992-），男，遼寧人，碩士研究生，研究方向：智能微電網(wǎng)。endprint