陳萌

摘 要：本文對微電源的種類及其特性進行探究，然后給出微電源并網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)，并在此基礎上對新能源電網(wǎng)中微電源并網(wǎng)的控制方法進行分析與探討，根據(jù)實際情況選出幾種比較合理的微電源并網(wǎng)控制方式，希望能為相關(guān)電力部門提供參考。

關(guān)鍵詞：新能源電網(wǎng);微電源;并網(wǎng);控制方法

中圖分類號：TM727文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2019）29-0147-03

Control Method of Micro Power Grid Connection in New Energy Grid

CHEN Meng

（Power China Henan Electric Power Survey & Design Institute Corporation Limited，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： In this paper， the types and characteristics of micro power supply were discussed， and then the basic structure of micro power supply grid connection was given. On this basis， the control method of micro power supply grid connection in new energy grid was analyzed and discussed， and several reasonable micro power supply grid connection control methods were selected according to the actual situation， hoping to provide reference for relevant power departments.

Keywords： new energy grid;micro power supply;grid connection;control method

隨著社會的不斷發(fā)展，人們的日常工作與生活消耗的能源越來越多，對電力資源的使用更是無法估計的，電力資源逐漸發(fā)展成為社會進步的重要推動力。但是，從目前發(fā)展情況來看，電力資源的使用逐漸呈現(xiàn)出供不應求的趨勢，人們對微電源的開發(fā)和利用并不能有效緩解這種現(xiàn)狀。造成這種情況的原因主要有兩方面：一方面是電力資源部門在應用微電源時并不能有效控制供應的電壓和頻率等參數(shù)，為電力資源的供應埋下安全隱患;另一方面是微電源自身的供應特點，導致電網(wǎng)在供電時很容易受到微電源的影響。由此可見，相關(guān)電網(wǎng)管理人員應注重做好微電源并網(wǎng)的控制工作，爭取將微電源的優(yōu)勢發(fā)揮到最大，為社會的進步和發(fā)展提供穩(wěn)定的資源支持。

1 新能源電網(wǎng)中微電源的種類與性質(zhì)

1.1 微電源的概念及分類

微電源并不是指體積或者質(zhì)量很小的電源，其是指存在于電網(wǎng)中的逆變器、用于儲存電能的儲能裝置以及分布式電源共同組成的供電系統(tǒng)[1]。由于其規(guī)模并沒有傳統(tǒng)的電源大，卻能帶動整個供電系統(tǒng)運行，因此被稱為微電源。按照特性，微電源大致可以分為兩類，其中一類是與傳統(tǒng)電機相關(guān)的微電源，如水力發(fā)電機、生物能發(fā)電機以及小型柴油發(fā)電機等;另一類是可以直接連接電網(wǎng)的微電源，如燃料電池、微型燃氣機等。與第一類微電源相比，第二類微電源更適合應用在現(xiàn)代電網(wǎng)中，不僅是因為第二類微電源能實現(xiàn)電流的整合、變向等目標，而且還因為其能有效降低電網(wǎng)的安裝和維修成本，減少電力資源對周邊環(huán)境的影響和污染。但是，因為第二類微電源的控制方式比較特殊，在控制電網(wǎng)時需要采取特殊的控制方式，從而實現(xiàn)電網(wǎng)的全面有效控制，為電力資源的正常運輸提供堅實的技術(shù)支持。

1.2 光伏電池數(shù)學模型及其性質(zhì)

光伏電池主要依靠將光能轉(zhuǎn)化為電能放電，即太陽能收集板將直射到板上的光能收集起來，然后通過轉(zhuǎn)化設備將其轉(zhuǎn)換為電能，實現(xiàn)利用太陽能發(fā)電的目標。現(xiàn)階段的光伏電池主要依靠其內(nèi)部的并聯(lián)型電阻實現(xiàn)光能到電能的轉(zhuǎn)換，因為其精準性和高效性，光伏電池在電網(wǎng)中的應用比較廣泛[2]。光伏電池的模型參數(shù)如表1所示。

該光伏電池的工作原理為：太陽光直射到太陽板上，太陽板收集照射能量并將其轉(zhuǎn)化為光電流，這個過程中會形成電流通路，然后在負載電阻的兩端產(chǎn)生負載電壓，而三極管的兩端在同一時間會產(chǎn)生偏置電壓，最終實現(xiàn)光能與電能的轉(zhuǎn)化。在這個過程中，光伏電池的電流變化能通過電流檢測設備觀察到，其功率變化也能通過觀察串聯(lián)電阻兩端電壓的變化得到。除此之外，還可以通過光伏電池內(nèi)部的并聯(lián)電阻了解電路的破損甚至是短路情況，為相關(guān)電網(wǎng)管理人員時刻了解供電情況提供幫助。

1.3 微型燃氣機發(fā)電系統(tǒng)的模型及其性質(zhì)

微型燃氣機作為新型小發(fā)動機能有效延長電網(wǎng)的使用壽命，為電網(wǎng)的正常運行提供幫助。微型燃氣機的輸出功率一般需要控制在25kW左右，其主要依靠活塞運動帶動汽輪機工作來增加回熱室的熱量，然后借助電控設備完成電力資源的傳送。與傳統(tǒng)的發(fā)電設備相比，微型燃氣機能降低對一種燃料的依賴，達到減少資源使用和浪費、降低污染氣體排放量的目標。微型燃氣機的主要部件有負荷、燃料室、永磁發(fā)電機及整流器。在微型燃氣機工作過程中會產(chǎn)生一些差值，如實際轉(zhuǎn)速與參考轉(zhuǎn)速之間的差值、實際運轉(zhuǎn)時間與參考運轉(zhuǎn)時間之間的差值等。這些差值的存在有助于微型燃氣機發(fā)電系統(tǒng)形成差值調(diào)節(jié)[3]。在實際運行過程中，該差值調(diào)節(jié)的本質(zhì)為比例調(diào)節(jié)，其目的是確保加速控制模塊的運行環(huán)境比較穩(wěn)定，從而將轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度控制在合理范圍內(nèi)，進一步將電機的運行溫度調(diào)節(jié)在機器可承受范圍內(nèi)，實現(xiàn)降低葉子磨損、提高供電水平的目的。

1.4 蓄電池模型及其性質(zhì)

蓄電池與其他電池在結(jié)構(gòu)上存在一定的差異，一方面是因為蓄電池更偏向于化學電池，其能源轉(zhuǎn)換主要依靠化學物質(zhì)之間的反應進行;另一方面，蓄電池能避免能量的消耗和浪費，因為其能將多余的能量儲存在化學物質(zhì)中[4-5]。蓄電池的工作原理主要為：將化學能通過氧化還原反應轉(zhuǎn)換為電能，在這個過程中，會涉及一些化學物質(zhì)的反應以及能量轉(zhuǎn)換和儲存問題。因為在電網(wǎng)實際工作過程中，微電源的運行功率和負荷最好不發(fā)生變化，所以在控制系統(tǒng)波動方面，需要借助儲能系統(tǒng)來完成，即借助儲能系統(tǒng)將電壓和電流頻率控制在固定范圍內(nèi)，確保電網(wǎng)在工作時不會受到這些波動的影響，從而避免頻率或者電壓波動造成電網(wǎng)故障。

接下來主要探究蓄電池模型的構(gòu)成情況。蓄電池模型由電流直流轉(zhuǎn)換器以及輔助控制器組成，電路直流轉(zhuǎn)換器在控制電荷容量及電荷狀態(tài)中發(fā)揮重要作用，輔助控制器則主要用于確定蓄電池的儲存狀態(tài)，避免出現(xiàn)蓄電池由于儲存電能過多而造成損害的問題。

2 微電源并網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)

微電源并網(wǎng)主要由儲存能量的設備和裝置、發(fā)揮控制作用的控制系統(tǒng)、電力負荷系統(tǒng)三部分構(gòu)成。微電源需要借助電力電子才能順利接入電網(wǎng)中，從而為電網(wǎng)的正常使用和高速運行提供幫助。由于電力負荷的限制，電網(wǎng)只能采取單獨運行或者并網(wǎng)運行兩種方式，一旦采取其他方式，就可能導致電能的不穩(wěn)定傳輸，阻礙電力資源的順利運輸。在電網(wǎng)正常工作時，一般都采用并網(wǎng)運行方式，一方面是因為并網(wǎng)運行能隨時穩(wěn)定電壓和頻率等參數(shù);另一方面，并網(wǎng)運行能增加電網(wǎng)的承受能力，提高電網(wǎng)的使用效率。而單獨運行的情況比較少見，一般出現(xiàn)在供應的電力資源不符合國家標準時。微電源并網(wǎng)以放射狀的方式將外部電網(wǎng)與靜態(tài)開關(guān)聯(lián)系在一起，靜態(tài)開關(guān)作為劃分界限，將微電網(wǎng)劃分為兩部分，一部分是連接微電源的饋線，另一部分是確保電網(wǎng)不會立即停止工作的獨立運行部分，即與饋線連接在一起的非敏感負荷部分。因為微電網(wǎng)的配置問題，在改進微電網(wǎng)的控制方式時，需要注意潮流控制器的管理和使用，從而確保微電網(wǎng)能擁有一個穩(wěn)定且安全的運行環(huán)境。

3 微電源并網(wǎng)的控制方法

3.1 V/F控制

在微電網(wǎng)中，電源功率主要依靠下垂特性完成傳輸工作。微電網(wǎng)的本質(zhì)為以微電源為主要構(gòu)成要素的逆變并聯(lián)電力供應系統(tǒng)。研究人員可以借助上述特點和本質(zhì)對微電網(wǎng)的控制方法進行研究，以期通過控制電功率的方式實現(xiàn)控制無線并聯(lián)系統(tǒng)的目標。該控制系統(tǒng)的實現(xiàn)過程如下：首先按照下垂特性將逆變器輸出的功率指令值分配到相應部分，然后經(jīng)過對功率進行調(diào)節(jié)和反向等操作實現(xiàn)對功率有效性的區(qū)分。具體情況為：當在逆變器中輸出的阻抗具備感性特征時，其中的有效功率將會隨著輸出頻率的改變而呈現(xiàn)反向改變的情況，例如，當輸出頻率逐漸增加時，有效功率將逐漸減少?？偟膩碚f，V/F方式主要依靠控制輸出頻率的方式實現(xiàn)微電網(wǎng)的控制，當微電網(wǎng)的電壓或者頻率發(fā)生改變時，微電網(wǎng)能通過V/F的方式進行自動調(diào)節(jié)，達到電力資源的穩(wěn)定傳輸和共享目標。

3.2 PQ控制

PQ控制與V/F控制存在一定的相似之處，其也是通過控制有效功率實現(xiàn)對微電網(wǎng)的控制的。在PQ控制過程中，相關(guān)研究人員應將預定數(shù)值提前設置好，避免微電網(wǎng)在運行過程中出現(xiàn)有效數(shù)值報錯問題，在微電網(wǎng)內(nèi)部系統(tǒng)運行時，還要時刻關(guān)注微電網(wǎng)外部的控制系統(tǒng)狀態(tài)，確保微電網(wǎng)的外部系統(tǒng)與實際情況偏差不大，為設計人員在運用電流調(diào)節(jié)器控制微電網(wǎng)時提供幫助，同時，有助于軸的分量配備工作順利完成。值得注意的是，PQ控制方式并不支持獨立運行狀態(tài)。

4 結(jié)語

隨著微電源技術(shù)的不斷改進與發(fā)展，微電源并網(wǎng)的安全性和可靠性得到很大提升。將微電源應用到電網(wǎng)中不僅能減少電力部門在電網(wǎng)管理和維修方面投入的成本，還能有效降低電力資源供應帶來的環(huán)境污染，為我國生態(tài)經(jīng)濟的發(fā)展提供支持和動力。希望相關(guān)技術(shù)人員能重視儲能裝置、微電源逆變器的優(yōu)化和改進問題，爭取為微電源的普及和廣泛應用提供幫助。

參考文獻：

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