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)電機的多種小功率多機并聯(lián)微電網(wǎng)供電系統(tǒng)的設(shè)計方案，該微電網(wǎng)系統(tǒng)方案可以保證在單機故障或者維修時系統(tǒng)能夠持續(xù)運行，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)獨立運行，也可以與主網(wǎng)并網(wǎng)運行，可為海島、山區(qū)等偏遠(yuǎn)地區(qū)居民和部隊等提供用電保障。本文提出了設(shè)計一種以風(fēng)、光、柴、儲為主要能源的多機并聯(lián)多能互補微電網(wǎng)系統(tǒng)，采用共交流母線運行方式，運行模式由并網(wǎng)運行、并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)運行、離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)運行以及孤島運行這四種運行模式組成。可充分利用風(fēng)、光等新能源模塊多余電能，保證在單機故障或者維修時系統(tǒng)能夠持續(xù)運行，具有供電穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低廉的特點。

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，一旦變流器運行時出現(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)備的易擴展性，采用多組變流器交流母線并聯(lián)運行的方案，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)機發(fā)電子單元包括風(fēng)力發(fā)電機、儲能電池和一組2kW風(fēng)儲變流器，每個子單元能夠獨立的運行并給負(fù)載供電，也可以實現(xiàn)交流母線并機運行后同時給負(fù)載供電，與此同時微電網(wǎng)系統(tǒng)可以利用并離網(wǎng)切換裝置實現(xiàn)系統(tǒng)與柴油發(fā)電機組并網(wǎng)運行。每個子單元單機容量為2kW，微電網(wǎng)系統(tǒng)輸出的電壓等級為單項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)電機組作為系統(tǒng)應(yīng)急電源保障，可以與微電網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)并網(wǎng)功能，還可實現(xiàn)緊急情況下的供電應(yīng)急保障；變流器（PCS）采用改進型的虛擬同步（VSG）技術(shù)實現(xiàn)多模組并機運行的方式；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主要作用是實時對儲能電池電量、光伏系統(tǒng)發(fā)電功率、風(fēng)機發(fā)電功率進行監(jiān)控，當(dāng)監(jiān)測到光伏與風(fēng)機發(fā)電實時功率較低且此時儲能電池電量低于系統(tǒng)設(shè)定值時，能量管理系統(tǒng)會自動控制啟動柴油發(fā)電機組并網(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)電池電量達到預(yù)設(shè)值時，EMS會自動切除柴油發(fā)電機組，由儲能電池、光伏、風(fēng)機的電量給負(fù)載供電。變流器實行多模塊并聯(lián)運行的優(yōu)勢在于，當(dāng)其中任意變流器模塊運行出現(xiàn)故障時，并不影響其他變流器模塊的運行，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。

微電網(wǎng)系統(tǒng)同時具備并網(wǎng)型微電網(wǎng)和獨立型微電網(wǎng)運行功能，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)可靠運行。EMS作為微電網(wǎng)系統(tǒng)的主控制器，主要實現(xiàn)以下幾個功能（1）運行數(shù)據(jù)讀?。簩⒏髟O(shè)備運行參數(shù)進行采集；（2）微源狀態(tài)監(jiān)控：對各個微源的運行狀態(tài)及發(fā)電功率進行監(jiān)控，并結(jié)合儲能的狀況進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)進行監(jiān)控，根據(jù)各能源的荷電量進行系統(tǒng)指令的控制；(4)能量管理:綜合實時負(fù)載、各微源以及系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行指令的控制。EMS與各個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可擴展性的運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)的可靠性以及可擴展性，在柴油發(fā)電機組接口處增加雙電源控制開關(guān)，這樣既能引入柴油發(fā)電機組同時又可以在市電與柴油發(fā)電機組同時擁有的情況下選擇接入市電并網(wǎng)運行，豐富了微電網(wǎng)系統(tǒng)的功能。