光储微电网系统控制策略的研究

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　　摘 要：在我国能源需求总量不断升高，以及石油、煤炭以及天然气等不可再生能源的与日递减急，使得人们的目光焦点凝聚在可再生能源的使用效率上。而对于可再生资源使用的重点问题是，怎样提高可再生能源和主电网连接的安全程度，基于此“微电网”这一有关概念得以产生。本文将会以光储微电网系统为出发点，对其控制策略等相关内容进行简要分析。
　　关键词：光储微电网;系统控制;储能单元
　　中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）12-0170-02
　　0 引言
　　“微电网”，主要指的是把分布式电源与负荷进行整合，进而使其可以成为既可以运行于离网模式又能够运行于并网模式中具有可控性的电网系统。稳定运行的相关制技术，也是当下光储微电网系统研究的重点课题。这是因为微电网系统其自身特性相对复杂，采用怎样的控制算法可以让微电网在任何一种模式下都可以拥有较好的电能质量，这也是该系统实现安全稳定运行的核心关键。
　　1 简述微电网的基本含义及其结构
　　所谓微电网的基本含义，主要指的是微型电源和负载两者间借助系统电路的拓扑结构形成连接，使其成为整体上和传统配电网相衔接的电力网络。对于电网进行的控制与保护操作微电网自身就能够实现，而且其能够和配电网相互合作从而实现并网运行模式，退出并网模式可以断开与大电网的连接，实现孤岛运行。当使用者的负荷需求发生改变时微电网自身的输出功率也会随之改变，使得供电的稳定性被提高、能够实现供电的连续性、能够降低对线路的损耗程度、能够对系统电压形成强有力的支撑、能够提高能源使用效率等突出优势。进一步对微电网中的微电源进行研究，使其实现大规模的接入，这是实现提高可再生能源利用效率、增加负荷的供电稳定性能，以及推动配电网智能化发展的重要前提。
　　在一般情况下，微电网的主要运行模式能够分为孤岛运行模式以及并网运行模式。接下来我们以辐射状的微电网为例展开一定的分析，这种形式的微电网具有许多微电源、拥有L1、L2、L3三条馈线以及类型不一的负荷[1]。辐射状微电网在PCC（公共连接点）处借助静态开关实现与配电网的连接，进而能够顺利的在孤岛模式切换为并网模式，反正亦然。如果外部配电网存在故障，或是因为故障要进行停电检修的情况下，其静态开关能够瞬间打开，达到微电网与大电网是分离的状态。要想确保主要的敏感负荷能够连续性的工作，如若微电网产生的能量不足以支撑其正常工作时，那么隔离装置就会发挥其作用把普通的可以中断的负荷切除。而大电网恢复供电之后，微电网就可以在并网运行的状态下正常运行。馈线L1中的微电源能够同时为用户提供其所需要的热能与电能;而馈线L1、L2使用例如燃气轮机、储能电池与风力的双项电源，实现对普通负荷和感负荷的供电;那么馈线L3就是没有微电源进行供电的状态。
　　2 我国微电网发展现况分析
　　微电网是新时期的新型电力网络系统，其不仅可以较好的减少电力供应的压力程度，而且在降低环境污染程度的同时，进一步提高电网的可靠程度与安全性能。据统计2015年底我国已经建立超过40个微电网示范工程[2]。为了进一步响应我国微电网政策的有效推进，我国部分高等院校、大型电力企业和相关科研院所机构，例如清华大学、中科院以及国家电科院等，这些机构已经建成了相关的微电网实验室并投入使用，或是成立了许多具有示范意义的微电网工程，比如新疆吐鲁番微电网等。即使此类研究课题或是示范工程已经取得相应的研究成果，可是对于微电网示范工程而言，依旧存在着诸多不可忽视的问题。（1）对我国微电网工程进行投资的实体，主要由高等研究院校、国有企业以及政府相关机构;而实力相对较弱的企业却无缘微电网工程的建设，而且社会上的民营资本的参与度相对较低;（2）现阶段我国对微电网的研究，依然是处于针对微电网的概念进行研究，而实证以及验证方法却没有形成相关的系统;（3）现阶段已经建设挖完毕的微电网工程，其重点研究方向主要放系统安全运行的问题上，可是对于其经济合理性进行研究课题少之又少。
　　3 简析我国微电网的发展阶段
　　总而言之，我国微电网建设已经经历以及将会经历以下四个阶段：（1）截止到2015年底，我国微电网产业已经实现了为当地电力用户提供优质的微电网电力服务，一方面实现了電能的质量与安全性能提高，在另一方面核心的技术困难也被较好地解决，系统中的关键性技术也得到相应的完善，微电网示范工程的建设总量与之前相比有了大幅度的提高;（2）2016—2017年底，我国的微电网产业以及相关行业的规范化程度被提高、国家标准也被得到了相应的完善，微电网也扩大了连接地区的电网规模，能够为地区电网提供一部分的辅助服务，这样提高了分布式电源对于地区电网的影响，这一阶段中我国的微电网产业得到了迅猛发展，拉开了与前一阶段发展速度的距离;（3）2018—2020年底，我国的微电网产业得到进一步的发展。其内部可是实现自我愈合、自主治理以及具有自行组织的能力。通过实现对微电网大规模建设，能够让分布式的电源基本上实现与distribution network结合程度的完全化与紧密化，也能够让distribution network自身具备相应的愈合能力，从而达到使其成为智能电网的重要构成部分[3];（4）2021，希望实现微电网市场的真正成熟，使得微电网产业呈现全面爆发的发展趋势。
　　4 光储微电网系统的控制方式
　　4.1 微电源的控制
　　最大功率点跟踪方式是微电网光伏系统中常见的控制方式之一，在使用此方法时会配合着电压寻优方式对光伏阵列的最大功率点进行跟踪，要是想弥补此种控制方式易在功率的最大点出现左右摆动的不足，就应该使用对定差值扰动进行观察的方法，此种方法又被称为爬山法，主要原理是对光伏列阵的输出电压实施干扰，在依据P=UI计算出实施扰动前后的输出功率，将这两次输出功率进行科学的比对[4]。这种方法的特点是，一旦扰动后光伏列阵的输出功率呈现不断增长的趋势，此种情况则说明此扰动可以增加光伏列阵的输出功率，然后在向同一方向对光伏列阵输出的电压进行扰动;与之相反的要是被扰动后的光伏列阵的输出功率出现缩减的情况，那也就说明了此次扰动不能实现对光伏列阵的输出功率的提高，在下一次的扰动时，就应该向着相反的方向进行扰动。除此以外，使用最大功率点的电压启动计算方法，能够进一步的提高效率。维电源中的两个储能板块构成了储能系统则，实现与直流母线的并联链接，经过逆变器使其连入微电网的交流母线上。储能模块所使用的双向直流变换器能够实现对于蓄电池的充电控制和放电控制，并入到直流母线的相接。就储能逆变器来讲，当其处在并网运行的情况下使用的是电流控制方式，而处在离网运行下则是电压控制方式，起到对交流母线电压的保护作用。 　　4.2 微电网的控制
　　微电源借助并网逆变器实现与微电网交流母线的连接，控制电压源电以及电压源电流、控制电流源电压以及电流源电流，是并网逆变器控制的四种控制类型。构成电压源特性的条件是电压源型逆变器能够在直流输入模式下侧并联大电容;构成电流源特性的条件则是电流源型逆变器在直流时能够侧串联一个大电感，进而使得直流电流输入时较为稳定，可是大电感串入之后则会大大降低系统的动态响应。所以，现阶段绝大多数的并网逆变器都使用的是电压源型逆变器。电压型控制以及电流型控制的方式，是逆变器对电流输出进行控制的主要方式。（1）电压型控制方式。其控制的主要原理是将输出电压视作受控量，通过系统输出和电网电压具有电同频率相同的电压信号，这时系统的整体也就和一个内阻相对较小的受控电压源没有区别;（2）电流型控制方式。这种控制方式是把输出电流视作受控目标，通过系统输出和电网电同频率相同的电流信号，此时对于系统整体而言，可以把其当做一个具有较大的内阻的受控电流源。
　　主电网可以被视为一个具有接近无穷容量的电压源，要是并网逆变器使用电压控制型方式，那么也就能够看成是一个具有有限容量的电源，和一個具有接近无穷容量的电压源实现了并联运行，若要保证此状态下系统运行的稳定性，那么有必要使用“锁相环”这一控制技术，让逆变器的输出电压和电网的电应频率、相位以及幅值达到相一致，但是微电源其输出功率是处于时刻变化的状态，不可避免的会使得并网逆变器的输出电压发生波动，进而形成环流现象。并网逆变器要是选择电压型控制方式，这对锁相环的响应时间而言，不仅提高了其要求标准，而且系统的稳定性也响度较差。要是逆变器输出使用的控制方式是电流型的话，主电网的电压则是微电网母线电压的主要支撑，通过对逆变器进行控制使其输出的电流能够对电网电压进行跟踪，通过实现对逆变器控制使得输出电路进而电网的电同频率达到相一致，就可以实现微电网并入主电网而且是并联运行的目标。当微电网处在离网模式时，系统电压因为没有大电网的电压支撑，所以应使用逆变器实现对输出电压的控制，维持微电网中交流母线的电压处在正常状态，能够达到承载电能质量的相关要求。所以当微电网处于离网运行的模式下，最少要保证存在一台逆变电源实现对电网电压的闭环控制，进而能够使得微电网中交流母线的电压有所支撑。进行逆变器的输出电压进行闭环控制时，也能在电压环中添加逆变器的滤波电感电流或是电容电流的闭环控制，从而形成两重闭环控制，借此使得系统的动态响应能力被提高。
　　总的来讲，当微电网处在并网运行的状态下，光伏逆变器以及储能逆变器选择电流型控制方式，把网逆变器所输出的电流视作被控制量，可以不受时间限制的对输出电流进行控制，进而实现逆变输出的电流和电网电压的电同频率相一致，进而实现并网的目标。若是微电网系统处在离网运行的模式下，其储能逆变器与光伏逆变器应选择主从控制的方式，也就是多储能逆变器被用作主逆变器，选择电压型控制方式;确保输出电压保持稳状态，而此时的光伏逆变器被用作从逆变器，其应该选择电流型控制方式。
　　5 结语
　　总而言之，因为对微电网的相关研究，仍然是我国较为年轻的研究课题，现阶段依旧存在着有待解决的问题。相关的研究程度应该实现进一步深化，并且在实际工程应用之前也应该做好充足的准备。文章仅仅是对光储并网型的微电网的控制策略方法进行简要的分析，希望在我国科学技术不断进步的过程中，能够更好的提高微电网系统技术的发展水平。
　　参考文献
　　[1] 曹俊，胡立坤，吕智林，黄太昱.无功动态补偿的光储微电网并网控制[J].广西大学学报（自然科学版），2015，40（06）：1424-1430.
　　[2] 兰国军，栗文义，尹凯，邓佃毅，苏畅.基于混合储能的风/光/储微电网控制策略[J].电源技术，2015，39（11）：2503-2506+2516.
　　[3] 李江，张永利，刘强，周铁军.分布式光储微电网系统并网控制策略研究[J].电力系统保护与控制，2017，45（23）：90-97.
　　[4] 刘迎澍，王翠敏.光储微电网并网模式协调控制策略[J].电力系统及其自动化学报，2018，30（01）：127-132.
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