吳楠

摘要：為了確保微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，必須要有一套成熟的控制系統(tǒng)，本文在原有的控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提出了一個(gè)新的控制方式——虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)（VSG）。該技術(shù)模擬了同步發(fā)電機(jī)的外特性，可以使微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。 本文采用 PSCAD / EMTDC 軟件對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果表明，提出的控制策略能夠維持微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，并能實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)從孤島運(yùn)行方式到并網(wǎng)運(yùn)行的平穩(wěn)過渡。

關(guān)鍵詞：分布式電源;微電網(wǎng);控制

引言

能源——世界經(jīng)濟(jì)增長的主要驅(qū)動(dòng)力，人類文明延續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著世界經(jīng)濟(jì)和人口的不斷增長，對(duì)能源的需求量也不斷增大，短缺的問題也越來越嚴(yán)重。能源利用率的提高、新能源的開發(fā)、可再生能源的加強(qiáng)利用，是解決各國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展過程中能源緊缺所必須要面臨的。從而分布式電源得到大力開發(fā)，但是分布式電源存在很多缺點(diǎn)，并且，當(dāng)系統(tǒng)不正常運(yùn)行時(shí)，分布式電源不得不退出運(yùn)行，這樣分布式電源的利用率就下降了許多，所以微電網(wǎng)就產(chǎn)生了，微電網(wǎng)是一個(gè)靈活可控的小電網(wǎng)。它結(jié)合了負(fù)荷和分布式電源形成了一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制與保護(hù)管理的可自治的小型發(fā)配電系統(tǒng)。微電網(wǎng)有兩種運(yùn)行方式，這給大電網(wǎng)減輕了供電壓力，同時(shí)也提高了對(duì)負(fù)荷的供電可靠性。只有通過應(yīng)用先進(jìn)的控制方式才可保證兩種運(yùn)行方式的穩(wěn)定運(yùn)行，以及穩(wěn)定的相互切換。所以本文將主要研究微電網(wǎng)的控制方式。

微電網(wǎng)概況

微電網(wǎng)是指由分布式電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置、能量轉(zhuǎn)換設(shè)施、控制系統(tǒng)等組成的小型發(fā)電系統(tǒng)，可以看作是基于分布式發(fā)電裝置的、管理局部能量供求關(guān)系的小電網(wǎng)[1]，它既可以與主系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以與主系統(tǒng)分離后孤島運(yùn)行，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

兩個(gè)相并聯(lián)的DG1和DG2、逆變器、主電網(wǎng)、開關(guān)以及負(fù)載這幾部分構(gòu)成了微電網(wǎng)。在運(yùn)行模式為并網(wǎng)時(shí)，微電網(wǎng)通過開關(guān)與主電網(wǎng)相連，這種運(yùn)行模式減輕了主電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)，并且提高了負(fù)載的抗干擾性。

但是在電網(wǎng)故障或檢修的情況下，開關(guān)將斷開，主電網(wǎng)與負(fù)載相離，系統(tǒng)將按預(yù)先設(shè)定的功率分配原則向微電網(wǎng)中所有重要負(fù)載供電，這樣的作方式叫做孤島運(yùn)行。當(dāng)線路中的故障全部清除后，開關(guān)就會(huì)閉合運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換到并網(wǎng)模式[2]。

微電網(wǎng)運(yùn)行控制方式

微電網(wǎng)的運(yùn)行控制方式分為微電網(wǎng)整體的控制策略以及微電源的控制策略，微電網(wǎng)整體的控制策略包括主從、對(duì)等以及分三種。微電源的控制策略包括P/Q、V-f以及下垂控制。還有一種新型控制方式——虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)（VSG）[3]。該技術(shù)是借鑒同步發(fā)電機(jī)的電磁方程以及機(jī)械方程控制逆變器使其在機(jī)理上與外特性上均與同步發(fā)電機(jī)相媲美。該技術(shù)就是一套特定的控制逆變器的算法[4]。如圖 2所示，該圖是虛擬同步發(fā)電機(jī)框圖。

由圖2可以看出，儲(chǔ)能單元用理想直流電壓源，主電路由三相逆變器和濾波器構(gòu)成，濾波器接負(fù)載再接入主電網(wǎng)。主要是為了構(gòu)造虛擬慣量以及一次調(diào)頻指令，并且模擬同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣性及系統(tǒng)一次調(diào)頻特性[5]。下面將闡述一下是如何模擬同步發(fā)電機(jī)的。

虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)仿真分析

為了驗(yàn)證基于VSG 控制方式的穩(wěn)定性及有效性，本文將在 PSCAD 中建立模型對(duì)其進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

孤島運(yùn)行到并網(wǎng)

微電網(wǎng)運(yùn)行在孤島狀態(tài)，帶有功負(fù)載 21k W，無功負(fù)載 2.1k Var，在0.35s時(shí)通過閉合斷路器來使微電網(wǎng)連接于主電網(wǎng)。仿真切換過程中微電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓和頻率，仿真結(jié)果如圖所示。

結(jié)論

從圖（a）（ b）可以看出，0.35秒電壓及頻率有波動(dòng)，可以看到有非常小的波動(dòng)，還在允許的的范圍內(nèi)，系統(tǒng)仍可以穩(wěn)定運(yùn)行。通過仿真圖可以看出VSG可以控制微電網(wǎng)在孤島模式下的穩(wěn)定行。

因此，由仿真可得采用VSG技術(shù)可以使微電網(wǎng)從孤島狀態(tài)平滑切換到并網(wǎng)狀態(tài)并且穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 李小明.基于拉格朗日插值法的改進(jìn)微網(wǎng)功率控制方法[D].西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，2014.

[2] 馬莉娜.含分布式電源的微電網(wǎng)控制策略的研究[D].華北水利水電大學(xué)，2016.

[3] 李金波.基于VSG的微網(wǎng)逆變器控制策略研究[D].寧夏大學(xué)，2016.