互聯(lián)微電網(wǎng)運行頻率穩(wěn)定性控制策略

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【摘要】隨著分散式電源應(yīng)用范圍的增加互聯(lián)微電網(wǎng)在現(xiàn)代電網(wǎng)運行中使用頻率越來越高，其是一種更加科學(xué)、合理的電能量管理模式。但是互聯(lián)微電網(wǎng)孤島運行過程中很容易出現(xiàn)頻率波動問題，從而對整個電系系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性產(chǎn)生不利影響。因此本文基于電系系統(tǒng)運行一般規(guī)律，從點能量管理需求出發(fā)，針對互聯(lián)微電網(wǎng)孤島運行頻率穩(wěn)定性協(xié)調(diào)控制提出相應(yīng)的發(fā)展和管理策略。

【關(guān)鍵詞】互聯(lián)微電網(wǎng)孤島;運行頻率;穩(wěn)定性;協(xié)調(diào)控制

一、互聯(lián)微電網(wǎng)及其運行頻率

互聯(lián)微電網(wǎng)是分散式能源管理模式下誕生的一種能量管理控制單元，通常包含了分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、負(fù)荷監(jiān)控和保護裝置等，其本質(zhì)上是一種小型的發(fā)配電系統(tǒng)。相較于傳統(tǒng)能量管理模式，微電網(wǎng)更加靈活、高效，尤其是在數(shù)量、規(guī)模均較龐大的電系系統(tǒng)中，微電網(wǎng)的應(yīng)用能夠充分提高能量利用效率、有效提高能量負(fù)荷管理可靠性，實現(xiàn)電能的智能化、科學(xué)化管理，最終實現(xiàn)傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)的轉(zhuǎn)換。現(xiàn)今，微電網(wǎng)在我國電系系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛，以微電網(wǎng)群的形式出現(xiàn)，從而衍生出了一種多微電網(wǎng)孤島互聯(lián)運行的應(yīng)用模式。通過將多個孤島互聯(lián)起來，來提高電系系統(tǒng)運行效率，提高配供電可靠性，但是不同孤島的運行參數(shù)、優(yōu)化目標(biāo)、約束條件存在差異，其在運行頻率上存在差異，如果其中一個孤島運行頻率波動，必然會對整個電系系統(tǒng)運行頻率產(chǎn)生影響，構(gòu)成安全隱患或引發(fā)整個電系系統(tǒng)故障，因此提高互聯(lián)微電網(wǎng)孤島運行頻率穩(wěn)定性協(xié)調(diào)控制對整個電系系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、可靠性和安全性均具有重要意義。

二、模型構(gòu)建

本文所用互聯(lián)微電網(wǎng)頻率控制器中整個微電網(wǎng)中存在主、次兩個變流器，兩個變流器共同負(fù)責(zé)微電網(wǎng)運行頻率控制，同時在微電網(wǎng)中接入互感器。同時整個微電網(wǎng)整體模型中主要包含汽輪機、光伏電源(分布式電源)和儲能裝置三部分組成。

三、互聯(lián)微電網(wǎng)孤島運行頻率穩(wěn)定性協(xié)調(diào)控制策略

(一)孤島頻率控制思路分析。以所構(gòu)建的微電網(wǎng)模型來看，當(dāng)微電網(wǎng)整體處于孤島運行狀態(tài)下，主變流器和次變流器正常作業(yè)，對電路進行一次和二次調(diào)頻，實現(xiàn)整體電系的頻率穩(wěn)定。孤島發(fā)生后，首先實現(xiàn)對儲能裝置的控制，通過調(diào)節(jié)注入或吸收的功率來穩(wěn)定電網(wǎng)整體頻率穩(wěn)定性，同時工作人員可以根據(jù)儲能裝置反饋的參數(shù)來評價微電網(wǎng)運行頻率。這是本文中所構(gòu)建微電網(wǎng)模型的調(diào)頻工作基本機制，也是互聯(lián)微電網(wǎng)孤島運行頻率穩(wěn)定性協(xié)調(diào)控制的基本單元。從上述機制中不難看出，這種調(diào)頻思路存在明顯的局限性。一是對主次調(diào)頻裝置的依賴，需保證主次調(diào)頻裝置處于穩(wěn)定的運行參數(shù)下;二是對儲能裝置的依賴性，調(diào)頻通過改變儲能裝置的輸出、吸入來實現(xiàn)調(diào)頻;三是這種調(diào)頻之下存在一個不可消除的物理偏差，即從響應(yīng)到反饋之間存在的時間延遲。對硬件設(shè)備的依賴可以通過加強檢修與維護來避免，而時間延遲則是現(xiàn)階段微電網(wǎng)運行過程中無法避免的偏差，也是最容易產(chǎn)生頻率波動的環(huán)節(jié)。因此互聯(lián)微電網(wǎng)孤島運行頻率穩(wěn)定性協(xié)調(diào)控制的主要思路都集中在消除時間延遲上，通過減少響應(yīng)延遲來提高調(diào)頻效率，降低電網(wǎng)運行頻率波動程度及影響范圍。實踐中多以互聯(lián)微電網(wǎng)功率容量互為備用的設(shè)置來改善變流器動態(tài)運行參數(shù)，從而提高運行頻率穩(wěn)定。

(二)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)構(gòu)建。為提高微電網(wǎng)頻率控制穩(wěn)定性，對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進行三層設(shè)計，系統(tǒng)整體分為三層，第一層為頻率協(xié)調(diào)層，是從宏觀上監(jiān)控互聯(lián)微電網(wǎng)運行參數(shù)，能夠?qū)ξ㈦娋W(wǎng)運行狀態(tài)進行實時、動態(tài)、持續(xù)監(jiān)測與控制，是工作人員的主要交互層。同時配合邏輯電路控制器，可做到運行目標(biāo)控制和開關(guān)狀態(tài)控制。此外，可搭配外部LED顯示系統(tǒng)和單片機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)自動化、智能化監(jiān)控。第二層為微電網(wǎng)的內(nèi)部控制層，是針對不同運行模式下微電網(wǎng)參數(shù)具體協(xié)調(diào)與控制的管理層面。根據(jù)實際需要，主要設(shè)定三種控制模式，分別為協(xié)調(diào)模式、孤島模式和并網(wǎng)模式。不同運行模式下，運行目標(biāo)不同，在完成單片機邏輯編譯后即可實現(xiàn)自動化、智能化的協(xié)調(diào)控制效果。協(xié)調(diào)模式運行目標(biāo)具體為增加互聯(lián)微電網(wǎng)系統(tǒng)慣量，盡可能降低頻率爬坡發(fā)生率;并網(wǎng)模式運行目標(biāo)具體為維持潮流平衡，最高效率使用分布式電源;孤島模式運行目標(biāo)具體為接入儲能裝置，調(diào)節(jié)吸入和輸出，使運行參數(shù)穩(wěn)定。第三層則為微電園指令分配層，該層是具體控制各單元電能分配和運行參數(shù)，使電系運行狀態(tài)與電源輸出相匹配，最大限度保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

(三)協(xié)調(diào)控制啟動閥值設(shè)定。對互聯(lián)微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)做以下邏輯設(shè)定。電源接入，系統(tǒng)進入工作狀態(tài)，通過監(jiān)控線路對各單元運行參數(shù)進行獲取、整理和比對，當(dāng)發(fā)現(xiàn)參數(shù)與參考值存在偏差時，判斷能夠保持頻率穩(wěn)定，若無法維持運行頻率穩(wěn)定則啟動協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，若仍可以維持運行參數(shù)穩(wěn)定則不啟動協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。啟動協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是快速糾正孤島模式下運行頻率波動的監(jiān)控系統(tǒng)，因此設(shè)定協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)啟動的閥值是系統(tǒng)啟動的先決條件，具體閥值確定思路大體如下。假定微電網(wǎng)正常運行頻率為50.00Hz，具體閥值及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)運行參數(shù)設(shè)定如下:一是監(jiān)測到網(wǎng)A輸出功率超過額定，運行頻率在50.02Hz以上時則提示微電網(wǎng)B中存在缺額功率。此時若監(jiān)測到微電網(wǎng)B運行頻率低于49.98Hz則應(yīng)當(dāng)啟動協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)網(wǎng)A向網(wǎng)B輸出，當(dāng)再次檢測時網(wǎng)A頻率低于50.02Hz且高于49.98Hz，同時網(wǎng)B頻率高于49.98Hz且低于50.02Hz則提示協(xié)調(diào)控制完成，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)停止工作。二是監(jiān)測到網(wǎng)B輸出功率超過額定，運行頻率在50.02Hz以上時則提示微電網(wǎng)A中存在缺額功率。此時若監(jiān)測到微電網(wǎng)A運行頻率低于49.98Hz則應(yīng)當(dāng)啟動協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)網(wǎng)B向網(wǎng)A輸出，當(dāng)再次檢測時網(wǎng)B頻率低于50.02Hz且高于49.98Hz，同時網(wǎng)A頻率高于49.98Hz且低于50.02Hz則提示協(xié)調(diào)控制完成，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)停止工作。三是當(dāng)上述兩種情況均未發(fā)生時，則不啟動用于協(xié)調(diào)多個微電網(wǎng)孤島之間運行頻率的控制系統(tǒng)，僅啟動基本的監(jiān)控系統(tǒng)，對控制器、控制設(shè)備、儲能設(shè)備運行功率進行監(jiān)控，同時進行電源、負(fù)荷、電網(wǎng)頻率之間的基本協(xié)調(diào)控制，以期提高電系系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。

四、結(jié)語

互聯(lián)微電網(wǎng)孤島協(xié)調(diào)控制的關(guān)鍵在于能夠動態(tài)實時監(jiān)控電路運行參數(shù)以及通過兩個微電網(wǎng)之間的容量互償來調(diào)節(jié)缺額，從而達到維持電網(wǎng)運行頻率穩(wěn)定的目的。因此在實際的構(gòu)建過程中要注意做好外部監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)的邏輯設(shè)計，同時充分利用互聯(lián)微電網(wǎng)孤島狀態(tài)下運行特點，進行最小范圍的、最高效率的電能應(yīng)用協(xié)調(diào)分配與管理。

【參考文獻】

［1］崔嘉，楊俊友，葛維春等．互聯(lián)微電網(wǎng)孤島運行頻率穩(wěn)定性協(xié)調(diào)控制策略［J］．電網(wǎng)技術(shù)，2019，43(8):2901～2909

［2］李凱婷．含V2G的微電網(wǎng)運行優(yōu)化和控制研究［D］．南京師范大學(xué)，2017

作者：陳晶 單位：蘭州工業(yè)學(xué)院講師