關鍵詞： 風力發(fā)電 儲能系統(tǒng) 監(jiān)控 線路模擬 光伏發(fā)電

中圖分類號： TM92 文獻標識碼： A 文章編號： 1672-3791（2023）16-0094-04

隨著新能源發(fā)電規(guī)模的逐步擴大，許多電網(wǎng)的系統(tǒng)也變得更加完善，其中的監(jiān)控系統(tǒng)則是對相關參數(shù)進行檢測[1]。分布式發(fā)電機儲能技術在發(fā)展中也降低了系統(tǒng)開發(fā)的成本，微電網(wǎng)已經(jīng)成為了電網(wǎng)發(fā)展的未來趨勢。因為微電網(wǎng)具有較強的靈活性、安全性，吸引了很多的用戶參與進來，無論是在學術界還是社會上都得到了廣泛關注，朝著大眾化趨勢發(fā)展。

1 微電網(wǎng)系統(tǒng)的總體架構

目前，在實驗室中已經(jīng)具有3 kW 的單向光伏系統(tǒng)（10 套）、10 kW 三相光伏系統(tǒng)（2 套）、2 kW 室外水平軸風力系統(tǒng)（2 套）、2 kW 室外垂直風力系統(tǒng)（2 套）、5 kW的雙饋異步風力發(fā)電系統(tǒng)及永磁同步風力發(fā)電系統(tǒng)。本文以某技術職業(yè)學校作為平臺，所以需要與校園交流母線進行連接，滿足系統(tǒng)自身需求后，對大電網(wǎng)進行電流的輸送，另一端需要與模擬的架空線路進行連接架空航線進行連接，從而讓學生在實驗室中能夠完成相應的試驗。母線兩端與裝置的開關連接，借助Modbus 協(xié)議產(chǎn)生通信，為系統(tǒng)的正常運行打下良好的基礎。

2 微電網(wǎng)中的子系統(tǒng)

2.1 光伏系統(tǒng)

光伏系統(tǒng)包括光伏電池組件、變流設備、并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)柜等，可實現(xiàn)功能的多元化，同時進行發(fā)電、控制、監(jiān)控、保護等。在設計中，光伏板被分為固定式光伏板和雙軸跟蹤式光伏板，如圖1、圖2 所示。其中的總功率可達到52 kW，在串聯(lián)的過程中，形成了光伏陣列，隨后將其進行逆變，接入交流母線，便于對光伏板的控制[2]，子系統(tǒng)當中的光伏組件必須要逆變，在逆變之后才能并入交流母線當中。

2.2 風力發(fā)電系統(tǒng)

該系統(tǒng)能夠?qū)︼L機的電壓、逆變器輸出電壓、電流等數(shù)據(jù)進行收集，讓設備的運行更加安全[3]，風力控制器則是通過ARM 內(nèi)核芯片進行數(shù)據(jù)采集和儲存。結合當?shù)氐臍夂蛱攸c發(fā)現(xiàn)室外的風力發(fā)電系統(tǒng)所占的電量比較小。對風力發(fā)電系統(tǒng)進行模擬，包括5 kW 的模擬永磁風機、5 kW 的雙饋異步風機，通過系統(tǒng)能夠?qū)h程控制的變頻器進行操控，就可以加快其中的風速。變流器內(nèi)部結構如圖3 所示，可借助IPM 模塊對變流器的網(wǎng)側、機側進行構建，通過450 V 對直流電容進行電解，使用兩串聯(lián)、四并聯(lián)的方式可有效提高系統(tǒng)的容量。借助溫度傳感器可以對變流的IPM 溫度進行測量，實時觀察溫度的變化。

2.3 儲能管理系統(tǒng)

在儲能管理系統(tǒng)當中，包括儲能雙向變流器、蓄電池柜。儲能的雙向變流器主要是對蓄能電池和市網(wǎng)進行連接，將儲存后的電能進行釋放，可供系統(tǒng)負載，吸收了多余的電能，并將其進行儲存，讓直流電能與交流電能進行相互的轉(zhuǎn)換，蓄電池柜主要是對24 組的鉛酸電池進行串聯(lián)，可對并網(wǎng)充電和放電，有著獨立逆變的功能，電池電壓一般控制在12 V，容量一般控制在200 Ah[4]。

2.4 線路模擬

在線路的模擬中，包括10 kV 的輸電線路與模擬系統(tǒng)故障柜。在輸出電路中，會安裝部分的輸電線路，將π單元當作線路中的電抗器，在接入線路后，會組成模擬輸電線路。而π單元也會對5 km 線路參數(shù)進行模擬，從而制作出空心電抗器。模擬架空的線路如圖4 所示。等效值為單元長度架空線路，R0為1.68 Ω，L₀為9.11 mH，C₀為9 nF。

在變壓器的選擇上，選擇額定容量為50 kVA，形成了三相三柱雙繞組的形式故障時間可承受10 s，短路試驗可多次進行。

2.5 負荷

在負荷當中，必須要有3 種類型的模擬負荷，分別為感性負荷、阻性負荷以及容性負荷[5]。

3 微電網(wǎng)監(jiān)控與能量管理系統(tǒng)

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)結構

在監(jiān)控系統(tǒng)中，遠程配電控制需要與本地保護進行協(xié)調(diào)，才能產(chǎn)生作用。監(jiān)控系統(tǒng)的作用主要分為三類，如表1 所示。

監(jiān)控系統(tǒng)可對相關實時信息進行收集，包括線路、配電網(wǎng)、負載情況、DG 電源點等，從而達到實時監(jiān)控的效果。在微網(wǎng)的日常運作中可以保持能量的平衡，為系統(tǒng)的安全運行打下良好的基礎。檢測微電網(wǎng)時，能量管理起到的作用非常關鍵，對DG、負載、能量儲存設備進行了集成，并作為配電網(wǎng)接口的中心進行運行。

3.2 微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的組成

微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)由光伏發(fā)電監(jiān)控、風力發(fā)電監(jiān)控、儲能監(jiān)控、負荷監(jiān)控、微電網(wǎng)綜合監(jiān)控組成。

3.2.1 光伏發(fā)電監(jiān)控

在光伏發(fā)電監(jiān)控當中，對光伏發(fā)電的運行數(shù)據(jù)與報警信息進行全面檢測，對光伏發(fā)電的各個方面進行數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計，保證對光伏發(fā)電進行全面的控制，其中的作用包括以下5 點：（1）對發(fā)電量進行實時的監(jiān)控，監(jiān)控范圍包括日發(fā)電量、總發(fā)電量及CO2 減排總量；（2）對光伏逆變器設備的參數(shù)進行有效監(jiān)測，其中包括了直流電壓和直流電流、交流電壓和交流電流、發(fā)電頻率、功率因數(shù)等[6]；（3）對逆變器的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，通過聲光報警的方式對相關設備故障進行顯示，并且可以通過監(jiān)控設備對設備故障的原因和時間進行查詢，詳見圖5；（4）對光伏發(fā)電的發(fā)電量進行預測，可對之后的工作安排進行優(yōu)化調(diào)整；（5）對光伏發(fā)電進行調(diào)整，可有效控制逆變器。

3.2.2 風力發(fā)電監(jiān)控

風力發(fā)電的監(jiān)控主要是對風電機組的運行信息和報警信息進行實時監(jiān)控，對風力發(fā)電各方面的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，保證風力發(fā)電的整體操控。

3.2.3 儲能監(jiān)控

儲能電池監(jiān)控的主要作用表現(xiàn)為以下5 點：（1）對放電的容量進行實時的顯示，其中包括可放電時間、最大放電功率、總充電量、儲能總放電量等；（2）遙信，主要對變流器當中的運行狀態(tài)和相關參數(shù)進行監(jiān)控；（3）遙測，主要對雙向變流器的電流、電壓、交流電壓、輸出功率進行監(jiān)控；（4）遙調(diào)，通過遠程功能，可以對電池的充電時間、充電量進行調(diào)節(jié)，能夠遠程對雙向變流器的相關參數(shù)進行調(diào)整；（5）遙控，通過遠程對雙向變流器進行操控，從而起到充電、放電的作用。

3.2.4 負荷監(jiān)控

負荷監(jiān)控主要是對監(jiān)控負載的報警情況進行監(jiān)測，并全方位地進行負載的數(shù)據(jù)分析，從而進行實時監(jiān)控。作用主要表現(xiàn)在以下兩點：（1）對監(jiān)控系統(tǒng)的電壓負荷、電流負荷、功率進行監(jiān)測；（2）記錄系統(tǒng)最大負荷的功率和時間。

3.2.5 微電網(wǎng)綜合監(jiān)控

這是對微電網(wǎng)系統(tǒng)中的綜合信息進行監(jiān)控，其中包括了微電網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)控頻率、配電功率、總發(fā)電量等。除此之外，還能對監(jiān)控系統(tǒng)的實時信息進行反應，如微電網(wǎng)斷路器工作的狀態(tài)、是否出現(xiàn)報警信息等。

3.3 能量管理

微電網(wǎng)中的能量管理可對系統(tǒng)內(nèi)的功率、負載進行預測。通過分布式電源的性質(zhì)，對系統(tǒng)內(nèi)部進行優(yōu)化，保證系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性，在一定程度上提高了微電網(wǎng)的利用效率。

在孤島運行的過程中，離網(wǎng)能量的平衡調(diào)節(jié)是呈分布式電源進行輸出，由于電池輸出有著較大的功率，所以會保證系統(tǒng)離網(wǎng)后正常運行。對此，需要通過分布式用電，保證負載持續(xù)供電，流程為自動調(diào)度→離網(wǎng)運行→負載gt;發(fā)電功率（若大于，則繼續(xù)；若不大于，則重新調(diào)度）→DG 均最大出力→電池未回復→阻性負荷關閉→感性負荷關閉→容性負荷關閉→電池欠壓→關閉外接負荷。

在微電網(wǎng)并網(wǎng)的運行過程中，需要記錄負荷峰谷的用電情況與光伏發(fā)電的情況，從而對儲能進行預測，控制充電與放電，具體流程為自動調(diào)度→并網(wǎng)運行→風力、光伏最大功率出力→判斷風電的時段（若為模擬風電時段，則繼續(xù)；若為模擬谷電時段，則充電）→電池欠壓（若欠壓，則恒流充電，若不欠壓，則繼續(xù)）→電池是否恢復（若恢復，并網(wǎng)待機；若未恢復，則繼續(xù)）→負荷gt;發(fā)電功率（若gt;，則繼續(xù)，若lt;，則并網(wǎng)待機）→恒功率放電。

4 結語

綜上所述，本文主要是對風光儲互補型的微電網(wǎng)系統(tǒng)進行設計，并且對其進行深入的優(yōu)化，在一定程度上提高了風力發(fā)電、光伏發(fā)電的并網(wǎng)可行性，還對微電網(wǎng)的平穩(wěn)性、可調(diào)度性進行了改善。在調(diào)整了相關參數(shù)后，可以對微電網(wǎng)的系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控，且對相關數(shù)據(jù)分析后進行狀態(tài)的評估，在短期的調(diào)度中，能量優(yōu)化和管理可有效改善負荷的頻率，降低其中的損耗，保證運行的安全性和穩(wěn)定性。目前，此系統(tǒng)還可以進行深入的改善，從而實現(xiàn)更加環(huán)保、更加節(jié)能、更加便捷的儲能方式。