【摘要】近年來，由于環(huán)境問題與能源問題的逐漸嚴重化，因此在進行科學(xué)技術(shù)研究時逐漸向可再生能源研究，以緩解能源壓力與環(huán)境污染。而在電力能源研究方面，分布式發(fā)電技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)的應(yīng)用能夠減少環(huán)境污染，降低能源消耗。為協(xié)調(diào)分布式發(fā)電系統(tǒng)與大電網(wǎng)之間存在的問題，從而出現(xiàn)了微電網(wǎng)。在微電網(wǎng)運行過程中，為并網(wǎng)逆變器選擇合理的控制方式?；诖耍霈F(xiàn)了交直流雙向功率變換器改進下垂控制方式。該控制方式能夠?qū)νC、整流、逆變?nèi)N模式之間相互切換。本文主要對交直流雙向功率變換器下垂控制進行分析，并對其改進下垂控制方式進行分析。

【關(guān)鍵詞】下垂控制;微電網(wǎng);改進分析

0.引言

自分布式發(fā)電技術(shù)出現(xiàn)以來，便成為電網(wǎng)運行中電能傳輸?shù)闹匾渭夹g(shù)。且隨著科技的不斷發(fā)展，已經(jīng)將負荷與電源相結(jié)合的微電網(wǎng)變?yōu)楝F(xiàn)實，在電網(wǎng)工程中的應(yīng)用越來也廣泛。而在微電網(wǎng)運行過程中，需要對變換器下垂控制進行重點關(guān)注，從而確保電網(wǎng)的正常運行。交直流雙向功率變換器的下垂控制方式便是對當(dāng)前微電網(wǎng)運行中的技術(shù)問題進行研究下的產(chǎn)物，對提高微電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性具有一定的促進作用。因此，相關(guān)電網(wǎng)部門應(yīng)加強交直流雙向功率變換器下垂控制方面的應(yīng)用與研究，從而提升微電網(wǎng)的運行質(zhì)量。

1.分析微電網(wǎng)下垂控制

微電網(wǎng)的運行方式主要用并網(wǎng)與孤島兩種，微電網(wǎng)的運行能夠使區(qū)域內(nèi)供電的可靠性能得到一定的提升。且由于其中的電能是通過分布式發(fā)電技術(shù)轉(zhuǎn)化而來的，因此對新能源的利用率較高，不會對環(huán)境造成嚴重的污染。當(dāng)前微電網(wǎng)組網(wǎng)主要有三種，包括交直流混合微電網(wǎng)、直流微電網(wǎng)與交流微電網(wǎng)。且隨著新能源發(fā)電的逐漸增多，當(dāng)前分布式電源的并網(wǎng)組網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展成直流微電網(wǎng)方式。直流微電網(wǎng)主要由負荷、微源、儲能裝置、電網(wǎng)、電力電子變換器等構(gòu)成，能夠利用交直流雙向功率變換器將這些組成部分接入到系統(tǒng)中。（直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1）

與交流微電網(wǎng)相比，直流微電網(wǎng)的控制方式相對簡單，并不需要對電壓相位同步問題進行考慮。由于交流微電網(wǎng)對電力電子裝置的應(yīng)用較少，因此其在設(shè)備制造方面的費用可以適當(dāng)減少。而且因為電力電子裝置應(yīng)用減少，從而降低了小系統(tǒng)諧波含量與小系統(tǒng)的損耗，對微電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量能夠起到一定的改善作用。直流負荷與直流微源在并入微電網(wǎng)時，可以直接并入。直流微電網(wǎng)系統(tǒng)在進行相同功率傳輸時應(yīng)用的直流輸電相對較少，能夠減少一定的成本支出，因為該系統(tǒng)在傳輸功率時并不需要考慮無功功率。因為直流微電網(wǎng)不需要考慮無功功率，所以在系統(tǒng)功率平衡檢測時可以將母線電壓作為指標。當(dāng)系統(tǒng)的電壓出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象時，就會導(dǎo)致負荷供電出現(xiàn)問題或者引起保護動作，從而對大電網(wǎng)的正常運行造成影響。因此需要通過一定的方式對交流微電網(wǎng)電力電子器件進行控制，確保母線電壓不會對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成影響[1]。

雖然分布式光伏發(fā)電對電網(wǎng)的運行具有一定的推動作用，但新能源的分布相對分散，從而對逆變器的控制造成一定的影響。因此，在進行逆變器控制時，一般都通過下垂特性進行控制，從而確保微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。在進行逆變器下垂控制方面，可以對逆變器的輸出電壓進行檢測，從而對電壓進行實時調(diào)整。在進行微電網(wǎng)逆變器下垂控制時，可以將母線電壓作為參考量，然后以下垂特性為基礎(chǔ)，對各微源的出力進行調(diào)節(jié)，從而使直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的母線電壓得到控制，不會對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成影響。鑒于分布式電源各自的作用與容量存在一定的差異性，因此在進行下垂系數(shù)選擇時，應(yīng)該根據(jù)微源的作用與容量選擇合理的下垂系數(shù)。微源容量與下垂系數(shù)之間表達式如下：

其中第n個微源下垂系數(shù)用 表示，第n個微源有功功率容量用 表示。

2.分析變換器下垂改進

對當(dāng)前微電網(wǎng)運行現(xiàn)狀進行分析可知，隨著分布式電源接入量的不斷增長，微電網(wǎng)的運行問題逐漸凸顯出來。因此，需要對微電網(wǎng)系統(tǒng)中的器件進行控制，從而提升系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、可靠性及安全性。下面從微電網(wǎng)變換器下垂特性、下垂改進對策、改進后的下垂特性等進行研究。

2.1微電網(wǎng)變換器下垂特性

筆者對當(dāng)前電網(wǎng)進行研究發(fā)現(xiàn)，多數(shù)電網(wǎng)都屬于交流電網(wǎng)，所以需要通過交直流雙向功率變換器轉(zhuǎn)化成直流微電網(wǎng)。鑒于直流微電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行指標只有母線電壓，在利用交直流雙向功率變換器進行轉(zhuǎn)換時，需要對微電網(wǎng)的母線電壓進行判斷，并對其處理進行調(diào)節(jié)，從而確保微電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。在進行母線電壓判斷時，應(yīng)該通過交直流雙向功率變換器對其傳輸功率大小和功率流向進行判斷，從而確保母線電壓能夠控制在一定的范圍內(nèi)，不會對系統(tǒng)運行造成影響。微電網(wǎng)的運行模式主要有孤島與并網(wǎng)兩種。在進行直流微電網(wǎng)的并網(wǎng)運行時，可以利用交直流雙向功率變換器達到和大電網(wǎng)交換能量的目的。若是在運行過程中大電網(wǎng)出現(xiàn)了故障，則可以將直流微電網(wǎng)轉(zhuǎn)變成孤島運行，通過分布式電源調(diào)節(jié)功率，確保功率的平衡。在孤島運行過程中，若是系統(tǒng)重載，應(yīng)該對負荷進行適當(dāng)?shù)那谐?，從而確保負荷的正常供電。在切除負荷時應(yīng)該以負荷重要性為基準，將一些次要的負荷切除掉。若是系統(tǒng)出現(xiàn)了輕載，應(yīng)該對儲能裝置運行狀態(tài)與分布式電源控制方式進行改變，從而確保系統(tǒng)內(nèi)部功率的平衡[2]。（經(jīng)簡化后的直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2）

在進行交直流雙向功率變換器應(yīng)用時，應(yīng)該將傳輸功率和母線電壓相互對應(yīng)，從而使系統(tǒng)輸出特性能夠與下垂特性相符。在進行微網(wǎng)系統(tǒng)功率平衡調(diào)節(jié)時，一般都是通過加入一些儲能裝置平衡功率。然而由于儲能裝置本身的功率容量有限，因此這種調(diào)節(jié)方式只能對一些功率不平衡范圍較小的系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。因為當(dāng)電力系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)定時，其電壓仍然處在一定的波動。在實際微網(wǎng)運行時，一般都將母線電壓值設(shè)置在額定電壓值附近。當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，一般不會和大電網(wǎng)之間進行能量交換。

2.2變換器下垂改進對策

筆者通過研究文獻發(fā)現(xiàn)，若是下垂系數(shù)的取值過大，就無法使微電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行，而若是下垂系數(shù)過小，就會導(dǎo)致系統(tǒng)的響應(yīng)速度遲緩。而對以往的下垂控制方式進行研究可知，一般都是選擇固定的下垂系數(shù)進行系統(tǒng)器件控制，這種控制方式無法得到有效的控制效果。在微電網(wǎng)系統(tǒng)運行過程中，若是功率出現(xiàn)了變動，此時的控制信號的處理時間雖然會逐漸縮短，但仍然在一定范圍內(nèi)。若是選取的下垂系數(shù)較小，那微源就無法對母線電壓出力進行及時的調(diào)整。當(dāng)微電網(wǎng)系統(tǒng)的頻率與電壓出現(xiàn)大幅度波動時，穩(wěn)定時的微源出力就可能導(dǎo)致功率波動出現(xiàn)問題，從而對功率平衡造成影響。若選擇的下垂系數(shù)較大，此時的微源出力就會出現(xiàn)過度調(diào)節(jié)的現(xiàn)象，從而使功率出現(xiàn)波動，對微電網(wǎng)的穩(wěn)定運行造成一定的影響。因此，當(dāng)微電網(wǎng)系統(tǒng)的功率出現(xiàn)波動時，應(yīng)該在短時間內(nèi)選擇下垂系數(shù)較大的值。當(dāng)微源出力逐漸變化時，下垂系數(shù)也會逐漸減小，從而使微網(wǎng)系統(tǒng)的功率能夠達到平衡狀態(tài)[3]。

2.3分析改進后的變換器下垂特性

在利用交直流雙向功率變換器進行直流微電網(wǎng)系統(tǒng)下垂控制時，應(yīng)該對電力電子器件的使用量進行控制，從而降低諧波。經(jīng)改進后的下垂控制，交直流雙向功率變換器的工作模式有三種類型，包括整流模式、逆變模式與關(guān)機模式。一、整流模式。當(dāng)微電網(wǎng)系統(tǒng)的符合功率超出額定功率之后，系統(tǒng)便會出現(xiàn)重載運行現(xiàn)象，此時母線電壓就會開始下降，且比UL1還要低。而針對這種現(xiàn)狀，可以通過交直流雙向功率變換器的整流工作模式進行運行，即利用大電網(wǎng)對微電網(wǎng)內(nèi)部中的不足電量進行補充。當(dāng)母線電壓恢復(fù)到UL1時，即可停止并網(wǎng)雙向變換器的整流工作模式。二、逆變模式。變換器的逆變工作模式主要是針對微電網(wǎng)系統(tǒng)的輕載運行。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)輕載時，其母線電壓就會不斷上升，從而超過UH1。此時可以通過變換器開啟逆變工作模式，將系統(tǒng)中多余的功率傳輸?shù)酱箅娋W(wǎng)[4]。在進行傳輸功率大小選擇時，應(yīng)該以下垂控制特性為基準進行考慮。當(dāng)微電網(wǎng)的母線電壓已經(jīng)恢復(fù)時，則可以停止逆變工作模式。三、關(guān)機模式。當(dāng)微電網(wǎng)系統(tǒng)的母線電壓位置在額定值附近時，此時系統(tǒng)便可以通過儲能裝置與分布式發(fā)電單元維持功率的平衡。由于此時不需要進行功率傳輸，因此可以開啟關(guān)機工作模式。經(jīng)改進后的下垂控制在進行停機模式、整流模式及逆變模式工作時，并不需要依靠控制信號，可以在三種工作模式中自由切換。在進行系統(tǒng)功率的平衡維持時，可以通過配套的控制系統(tǒng)進行，并不需要通過多種控制方式進行協(xié)調(diào)。（變換器下垂特性如圖3）

3.結(jié)語

綜上可知，微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行能夠為人們正常使用電網(wǎng)起到一定的保障作用。而隨著分布式電源接入量的不斷增長，系統(tǒng)的運行問題逐漸凸顯出來。針對這種情況，可以通過改進后的下垂控制對系統(tǒng)穩(wěn)定運行進行控制。因此，相關(guān)電網(wǎng)部門應(yīng)加強對改進后下垂控制的研究，以促進電網(wǎng)的良好發(fā)展。

【參考文獻】

[1]丁明，田龍剛，潘浩，張雪松，周金輝.交直流混合微電網(wǎng)運行控制策略研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制.2015（09）

[2]周穩(wěn)，戴瑜興，畢大強，范柱烽.交直流混合微電網(wǎng)協(xié)同控制策略[J].電力自動化設(shè)備.2015（10）

[3]閻發(fā)友，湯廣福，賀之淵，孔明.基于MMC的多端柔性直流輸電系統(tǒng)改進下垂控制策略[J].中國電機工程學(xué)報.2014（03）

[4]吳振奎，宋文雋，魏毅立，張繼紅，趙杰.低電壓微電網(wǎng)虛擬坐標變換下垂控制策略[J].電力系統(tǒng)保護與控制.2014（08）

作者簡介：陳建衛(wèi)（1986-） ，男（漢），華北電力大學(xué)碩士，中級工程師，主要從事電力電子、新能源方向研究。