微电网运行控制策略研究王改华

微电网运行控制策略研究王改华

王改华史倩雯

湖北工业大学湖北武汉430068

摘要：随着我国经济的不断发展，社会在不断的进步，在微电网系统分层控制结构中，微电网中心控制器（MGCC）是保证微电网稳定运行的重要设备。研究MGCC对推动微电网发展具有重要意义。通过MGCC实现对微电网的有效管理和控制，重点在于控制策略和能量管理控制装置。在微电网系统硬件结构上，将控制功能分散到分布式电源、负荷、储能单元各个微电网元件，并由MGCC负责集中控制和调度。同时，提出了一种MGCC控制策略，以实现微电网稳定运行及效益的最大化，并保障微电网并/离网状态的无缝切换。针对交直流混合微电网工程，在并网运行、离网运行以及并/离网运行切换三种运行模式、多种运行工况下，对该控制策略进行了在线测试。测试结果证明了MGCC控制策略对微电网系统的有效性与可行性。该控制策略能对微电网中的分布式电源、储能装置、本地负荷等进行有效的协调控制，实现系统稳定、安全、经济运行。

关键词：微电网；远程监控；并/离网启动；控制策略；分布式电源；储能装置

1引言

近年来，新能源发电发展迅速，人们通过建立微电网优化调度方法来实现微网经济运行和微网内各可控单元的功率优化分配。然而，风、光等新能源出力具有波动性，基于历史数据的负荷预测也存在偏差，对单一时间尺度下的微电网优化调度策略而言，这些不确定性因素易造成微网调度计划备用不足或运行经济性变差等后果。所以，亟需建立考虑更为全面的微电网优化调度策略。

2微电网基本概念以及发展现状

微电网是相对于大电网提出的电力管理系统，由分布式发电系统、储能系统、负荷等构成，微电网同时向用户供给热能和电能，对于北方地区而言既能够供电，又解决了部分供热问题。同时它的架构、配置比较灵活，因此可以与大电网联接运行，若是大电网出现故障，可以及时切断联接独立运行。相比于大电网，微电网的受控元件较为单一，利用电力电子变换器转换能量，提供必需的控制。微电网表现为辐射状结构，通常有3条馈线、1个与大电网联接的公共连接点，实现静态开关控制。基于此特点，可以将微电网看作1个可控的单一负荷。

微电网的概念最早由美国提出，主要将研究重点集中在提高供电质量、降低供电成本、智能化管理和控制，为此美国能源部与通用电气展开合作，推出了“通用电气全球研究”计划。欧洲对于微电网的研究，主要用以满足个性化的用电需求，体现运行稳定和环保。基于可靠性、接入性、灵活性三个方面进行考虑，典型工程有希腊基斯诺斯岛微电网、西班牙LABEIN项目等。我国对于微电网的研究，受到美国、欧洲等国家的启发，侧重于接入清洁能源，如光伏、风机等，利用蓄电池、超级电容器作为储能装置，采取底层、上层中央管理控制相结合的方案。

3微电网控制策略分析

微电网主要有两种运行模式，与大电网并网运行，即并网模式。当监测到大电网出现运行故障，微电网则自动与电网断开，采取独立运行的方式，保证自身的可靠性和供电安全，被称为孤岛模式。微电网从并网到孤岛模式的切换，需要完善其运行与控制系统。微电网控制的重点难点，就是自身有过多的微电源数目，单靠1个中心控制点很难对微电网整个系统快速响应和控制。加之微电源是不可控电源，因此输出功率也很难预测。当前微电网的控制策略，大致可以分为主从、对等控制，从控制层次来看又可分为底层微电源控制和上层管理系统。分层次的控制策略，属于主从控制的一种。

3.1分布式电源控制策略

采用横功率控制（PQ控制），通过它让电源输出有功功率和无功功率，确保两者等于电源参考值。利用有功功率控制器，调整频率下垂特性，使得电源输出有功功率与参考值的误差控制在合理范围内。无功功率与参考值保持小的误差，是利用无功功率控制器调整电压下垂特性实现。例如，系统的频率为50MHz，电源端口电压为额定值，以P-ref、Q-ref分别代表有功功率和无功功率，当提升电源的端口电压幅值，电源的运行点就会出现位置变动，在这过程中有功和无功功率不变。这种方法适用于分布式电源，维持稳定的频率和电压的控制需求。

采用恒压恒频控制策略，即始终维持电压幅值和频率不变，允许电源输出功率有大的变动，因此分布式电源运行点变化，分布式电源的输出频率仍然维持50MHz，从而实现电压幅值与额定值之间较小的误差。这一控制方法，适用于主从控制微电源控制。

采取下垂控制的方法，以有功、无功功率和频率三者线性关系的特性，实现控制的一种方式。通过增加有功、无功功率，以此实现电源运行点变化，这种控制方法不依赖通信联系，就能够实施控制。基于此优点，主要用于电源接口逆变器控制，针对发电机进行调频。

3.2微电网系统控制策略

主要有主从控制和对等控制模式两种，其中前者主要是微电网处于孤岛运行状态时，能够利用1个或多个DG实现电压、频率恒定控制，以此保证微电网其他DG控制器的电压和频率稳定，实现定功率控制。以进行恒压恒频控制的DG控制器作为主控制器，其余DG控制器为从控制器，由此形成主次鲜明的控制结构，控制操作以及相关指令，都有主DG控制器发出。当微电网与大电网并网运行时，主DG控制器以恒压恒频控制方式，其他微电源采用PQ控制，两种控制模式保证了微电网在并网运行状态下的运行稳定。部分采用风光储的系统模型，将储能装置设置为主控单元，由此维持系统的运行稳定。主控制器的频率和电压，要求微电源具有可控的输出储备容量，同时要保证储备容量足够大，以此为微电源预留一定的可调空间。当微电网处于孤岛运行状态，从DG控制单元实行PQ控制，检测的负荷变化主要通过主DG控制单元来实现，因此要求功率输出控制在合理范围内。

对等控制模式，在微电网中没有区分主从DG控制器，每个控制器地位相等，这样的设置使得微电网具有即插即用的功能。采用对等控制策略，要求电源以本地变量控制，并且不需要考虑电源之间通信联系的问题。这种控制模式，主要以Droop控制依据，基于传统发电机的功频特性，使发电机有功、无功功率和断电压形成关联，当端电压降低，无功功率输出加大。基于此特性，Droop实现微电网频率、电压调节。

4结束语

在微电网的发展过程中，配电网从被动式向主动式进行了转变，这种网络更有利于分布式发电的参与，为使分布式能源成功离网运行，同时提高分布式能源的利用率，缓解分布式能源对电网的冲击，一种新的电网结构和技术——微电网被提出。微电网是集发电和用电为一体的微型配用电网，其所面对的客户非常广泛。随着国家、企业对可再生能源发电重视程度的日益加强，统一管理分布式能源和重要负荷的需求也日益明确和迫切。这些日益增长的需求使得微电网项目的需求也得以急速增加。

参考文献：

[1]陈丽娟，王致杰．基于改进下垂控制的微电网运行控制研究［J］．电力系统保护与控制，2016，44（4）：16-21．

[2]张新昌．微电网运行控制解决方案及应用［J］．电力系统保护与控制，2014，42（10）：141-146．