文/楊曉峰 張克渠

本文提供了一種能夠管理、控制并網(wǎng)連接至市電主網(wǎng)或柴油發(fā)電機(jī)的多種小功率多機(jī)并聯(lián)微電網(wǎng)供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，該微電網(wǎng)系統(tǒng)方案可以保證在單機(jī)故障或者維修時(shí)系統(tǒng)能夠持續(xù)運(yùn)行，供電穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低廉。

1.引言。

微電網(wǎng)是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、負(fù)荷、監(jiān)控和保護(hù)裝置等組成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。微電網(wǎng)能夠在無法接入市電主網(wǎng)的偏遠(yuǎn)地區(qū)獨(dú)立運(yùn)行，也可以與主網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，可為海島、山區(qū)等偏遠(yuǎn)地區(qū)居民和部隊(duì)等提供用電保障。本文提出了設(shè)計(jì)一種以風(fēng)、光、柴、儲為主要能源的多機(jī)并聯(lián)多能互補(bǔ)微電網(wǎng)系統(tǒng)，采用共交流母線運(yùn)行方式，運(yùn)行模式由并網(wǎng)運(yùn)行、并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)運(yùn)行、離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)運(yùn)行以及孤島運(yùn)行這四種運(yùn)行模式組成?？沙浞掷蔑L(fēng)、光等新能源模塊多余電能，保證在單機(jī)故障或者維修時(shí)系統(tǒng)能夠持續(xù)運(yùn)行，具有供電穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低廉的特點(diǎn)。

2.系統(tǒng)組成。

目前絕大多數(shù)的微電網(wǎng)系統(tǒng)多采用功率比較大的單一的雙向儲能變流器，一旦變流器運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)故障的話，微電網(wǎng)系統(tǒng)將整體癱瘓，失去供電能力。

多機(jī)并聯(lián)微電網(wǎng)供電系統(tǒng)由光伏單元、風(fēng)力發(fā)電單元、柴油機(jī)發(fā)電組單元、鋰電池儲能單元及能量管理單元等子單元組成。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，考慮到系統(tǒng)設(shè)備的易擴(kuò)展性，采用多組變流器交流母線并聯(lián)運(yùn)行的方案，單臺儲能變流器采用2KW固定模塊。該系統(tǒng)由2套光伏發(fā)電單元和2套風(fēng)力發(fā)電單元組成，其中每組光伏發(fā)電子單元包括光伏板、儲能電池和一組2kW光儲變流器,每組風(fēng)機(jī)發(fā)電子單元包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、儲能電池和一組2kW風(fēng)儲變流器，每個(gè)子單元能夠獨(dú)立的運(yùn)行并給負(fù)載供電，也可以實(shí)現(xiàn)交流母線并機(jī)運(yùn)行后同時(shí)給負(fù)載供電，與此同時(shí)微電網(wǎng)系統(tǒng)可以利用并離網(wǎng)切換裝置實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與柴油發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行。每個(gè)子單元單機(jī)容量為2kW，微電網(wǎng)系統(tǒng)輸出的電壓等級為單項(xiàng)AC220V。光伏發(fā)電采用單晶硅發(fā)電單元，最大化的提升光能的利用效率；配置一臺8kW的柴油發(fā)電機(jī)組作為系統(tǒng)應(yīng)急電源保障，可以與微電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)功能，還可實(shí)現(xiàn)緊急情況下的供電應(yīng)急保障；變流器（PCS）采用改進(jìn)型的虛擬同步（VSG）技術(shù)實(shí)現(xiàn)多模組并機(jī)運(yùn)行的方式；能量管理系統(tǒng)（EMS）采用邏輯門限控制策略和智能型控制策略相結(jié)合，系統(tǒng)包括能量管理系統(tǒng)、能量規(guī)劃器、將通信方式分為以CAN總線和串口RS-485兩種，實(shí)現(xiàn)多能源的調(diào)度，負(fù)載合理分配，優(yōu)化控制，提高微電網(wǎng)的能源利用效率。具體如圖1所示。

系統(tǒng)中，EMS主要作用是實(shí)時(shí)對儲能電池電量、光伏系統(tǒng)發(fā)電功率、風(fēng)機(jī)發(fā)電功率進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)監(jiān)測到光伏與風(fēng)機(jī)發(fā)電實(shí)時(shí)功率較低且此時(shí)儲能電池電量低于系統(tǒng)設(shè)定值時(shí)，能量管理系統(tǒng)會自動(dòng)控制啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)載并以設(shè)定功率給電池小功率充電，在充電過程中，當(dāng)電池電量達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，EMS會自動(dòng)切除柴油發(fā)電機(jī)組，由儲能電池、光伏、風(fēng)機(jī)的電量給負(fù)載供電。變流器實(shí)行多模塊并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)勢在于，當(dāng)其中任意變流器模塊運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，并不影響其他變流器模塊的運(yùn)行，只是微電網(wǎng)系統(tǒng)的額度容量降低并繼續(xù)供電，這樣的方法能夠使供電系統(tǒng)更加的穩(wěn)定可靠。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.EMS控制設(shè)計(jì)。

微電網(wǎng)系統(tǒng)同時(shí)具備并網(wǎng)型微電網(wǎng)和獨(dú)立型微電網(wǎng)運(yùn)行功能，通過EMS控制策略保證微電網(wǎng)在并網(wǎng)狀態(tài)、離網(wǎng)狀態(tài)和并離網(wǎng)暫態(tài)切換狀態(tài)可靠運(yùn)行。EMS作為微電網(wǎng)系統(tǒng)的主控制器，主要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能（1）運(yùn)行數(shù)據(jù)讀?。簩⒏髟O(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集；（2）微源狀態(tài)監(jiān)控：對各個(gè)微源的運(yùn)行狀態(tài)及發(fā)電功率進(jìn)行監(jiān)控，并結(jié)合儲能的狀況進(jìn)行能量管理控制命令的下發(fā)；(3)負(fù)荷監(jiān)控:對用電功率、電流及電壓等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)各能源的荷電量進(jìn)行系統(tǒng)指令的控制；(4)能量管理:綜合實(shí)時(shí)負(fù)載、各微源以及系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行指令的控制。EMS與各個(gè)變流器以及電池管理系統(tǒng)（BMS）之間采用的是CAN接口通訊，EMS與儀表通過Modbus-RTU協(xié)議由RS485串行接口實(shí)現(xiàn)通信，變流器和變流器以及并網(wǎng)切換裝置之間采用CAN總線的方式連接，采用CAN總線通信的方式也是為了方便變流器多模塊并機(jī)可擴(kuò)展性的運(yùn)行模式的便捷性和可操作性，具體通訊圖如圖2所示。

圖2 微電網(wǎng)系統(tǒng)通信架構(gòu)圖

4.結(jié)語。

具備并網(wǎng)功能的離網(wǎng)型多機(jī)并聯(lián)微電網(wǎng)系統(tǒng)保障了用電的便捷性，多模組并聯(lián)型的小型儲能變流器提高了系統(tǒng)的可靠性以及可擴(kuò)展性，在柴油發(fā)電機(jī)組接口處增加雙電源控制開關(guān)，這樣既能引入柴油發(fā)電機(jī)組同時(shí)又可以在市電與柴油發(fā)電機(jī)組同時(shí)擁有的情況下選擇接入市電并網(wǎng)運(yùn)行，豐富了微電網(wǎng)系統(tǒng)的功能。