微电网系统并网运行控制策略研究

微电网系统并网运行控制策略研究

杜泽源

国网湖北省电力有限公司十堰供电公司

摘要：对于功率可控的分布式发电单元，微电网根据下发的计划控制曲线制定分布式发电出力时需考虑其功率运行范围；对储能单元的充放电控制，需考虑储能单元的安全稳定技术指标，例如电池的SOC允许范围、充放电次数限值等。因此微电网运行控制策略对下发的计划曲线需进行合理性评估。

关键词：微电网系统；并网运行；控制策略

1 分布式发电/储能计划控制

以储能单元的充放电计划控制为例，详细步骤如下：

（1）读取储能单元充放电计划控制曲线，检查储能单元运行状态。若储能单元处于停机状态，下达并网开机指令；若储能单元处于正常运行状态，进入步骤（2）。

（2）检查充放电计划功率是否越限。若充放电功率计划值超过最大允许充放电功率或连续充电/放电时间过长，则告知用户及电网调度需重新制定充放电计划控制曲线；否则，进入步骤（3）。

（3）检查储能单元当日充放电次数是否越限。若越限，则发储能充放电次数越限告警。

（4）检查储能单元SOC是否越限。若是充电指令，检查储能单元当前SOC是否越上限;若是放电指令，检查储能单元当前SOC是否越下限。若SOC越限，则告知用户及电网调度需重新制定充放电计划控制曲线；否则，进入步骤（5）。

（5）按照计划值下达储能充放电指令并检查执行情况。若储能单元出力实时监测值与计划曲线有出入，超过允许范围，则向储能单元再次下达充放电指令；若多次下达指令后，储能单元实时出力与计划曲线差额仍然超过允许范围，则告知用户及电网调度储能单元出力不满足计划要求。

2 风光储联合功率控制

2.1 基本控制流程

风光储联合功率控制策略可根据预设的风光储联合发电出力目标，参考下一时间段风力发电和光伏发电预测出力曲线，在满足储能单元安全稳定技术指标的前提下，制定储能单元的预定充放电工作曲线。在实际执行过程中，要根据风光实际出力对储能单元预定充放电工作曲线进行合理性评估，实时调整储能单元的充放电出力在允许的范围内。

风光储联合功率控制策略详细步骤如下（其中PM为储能出力目标值，Ppro为当前时段风光预测出力值，Pset为预设风光出力值）：

（1）接收风光储联合功率控制指令，检查储能单元运行状态。若储能单元处于停机状态，下达并网开机指令；若储能单元处于正常运行状态，进入步骤（2）。

（2）计算预设的风光出力值与当前时段风光出力预测值之间的功率差额作为储能单元的出力目标值。

（3）检查储能单元出力目标值是否功率越限。若目标值在储能最大允许充放电范围内，进入步骤（5）；否则，进入步骤（4）。

（4）根据风光实时出力情况计算储能单元的出力目标值，可采用一阶低通滤波算法计算目标值，并检查目标值是否功率越限。若目标值超过储能最大允许充放电功率，修正目标值为最大允许充放电功率值。

（5）检查储能单元当日充放电次数是否越限。若越限，则发储能充放电次数越限告警。

（6）检查储能单元SOC是否越限。若是充电指令，检查储能单元当前SOC是否越上限；若是放电指令，检查储能单元当前SOC是否越下限。若SOC越限，则告知用户及电网调度SOC越限，进入步骤（7）；否则，进入步骤（8）。

（7）若SOC低于下限，下达充电指令，储能单元以较大功率充电；若SOC高于上限，下达放电指令，储能单元以较大功率放电。直到SOC恢复到某一设定值。

2.2 基于混合储能的功率平滑控制

目前越来越多的微电网采用混合储能系统，典型的混合储能系统一般包含功率型储能系统（例如超级电容、飞轮储能等）和能量型储能系统（铁锂电池、铅酸电池等）。用于平抑分布式发电功率波动的混合储能的功率分配算法遵循如下原理：短时间尺度内的功率变化由功率型储能系统来调节，长时间尺度的功率变化由能量型储能系统来调节。

设风光当前出力为Pw.s，同时设单位时间内功率变化值用功率变化值Pk来衡量，取Pk=Pw.s（ti）-Pw.s（ti-1），采取的控制算法是设定一个功率变化限定值Pkup，当功率变化绝对值小于限定值时，补偿功率由能量型储能系统来调节；当功率变化绝对值大于限定值时，剩余部分由功率型储能系统来调节。

能量型储能系统在t时刻需调节的功率Pbat如式（1）所示：

当功率变化值小于该限定值时，补偿功率全部由能量型储能系统来调节；当功率变化绝对值大于限定值时，分配给能量型储能系统的功率调节值为前一时刻的调节值与最大允许功率变化值之和，剩余部分由功率型储能系统来调节。

功率型储能系统在t时刻需调节的功率Psc如式（2）所示：

对于功率变化率限定值Pkup的选取，需根据能量型储能系统的充放电功率限值以及SOC允许范围来调整。

3 联络线功率控制

联络线功率控制是指微电网并网运行时，对微电网公共连接点的功率设定计划值或计划曲线，使其按照计划运行。在制定计划值或计划曲线时，需结合微电网内分布式电源和负荷的实际发电与用电曲线，进行合理制定。联络线功率控制策略可分为联络线的恒功率控制及功率平滑控制。

恒功率控制是控制微电网并网点功率维持在一恒定值，在该控制方式下，调度可准确地预测微电网出力，减少风光等随机性电源对配电网负荷预测准确性的影响。功率平滑控制是对微电网并网点功率进行平滑，减小微电网并网点功率波动性，从而减小并网点电压波动，提高电能质量；随着微电网数量的增加，采用联络线功率平滑控制策略，能够显著减少因功率波动过大造成的配电网容量浪费现象，降低配电网合理规划的难度。

制定联络线功率计划值的基本原则包括：结合正常工作日、周末和节假日等不同时间发用电的特点分别制定不同的控制目标；储能系统尽量在晚上充电、白天放电，减少白天需要从主网的购电量，节约电费；新能源发电量尽量在微电网内部消纳，减少与外部电网的电量交换。

微电网内可能包含多个功率可控单元，例如多个储能单元、光伏发电单元、风力发电单元，对于光伏发电单元和风力发电单元一般采用最大功率控制模式，功率控制优先调节储能单元。当微电网内含有多个储能单元时，可采用加权分配的算法分配各储能单元出力：充电时，按各储能单元消耗储能电量占总消耗储能电量的百分比分配；放电时，按剩余储能电量占总剩余储能电量的百分比分配。

4 无功电压控制

目前，农村配电网的末端区域往往存在着无功不足、电压水平较低的问题，可利用接入配电网末端的微电网无功电压控制能力，减少配电网无功潮流，提高配电网末端电压水平，降低网损。

当微电网配有专用无功补偿设备（如SVG）时，由于其相应速度更快（一般为毫秒级），可优先调用，若需要微电网内分布式电源输出无功时，应优先选择储能单元输出无功。微电网无功输出的大小取决于微电网母线电压、电压偏差以及配电网系统电抗。当电压调节目标在额定值附近时，可采用如下公式计算无功补偿容量：

式中：Qb-无功补偿容量；λ-补偿系数；Um-微电网母线电压；ΔU-电压偏差。

在实际工程中，由于配电网结构复杂，系统电抗值往往难以精确计算，因此λ的取值一般可通过现场实测微电网并网点无功功率变化量和微电网母线电压变化量来确定。

5 总结

本文重点讨论了微电网并网运行情况下的几种常见控制策略，微电网的PQ模式下各类控制策略响应速度快，波动时间短，能快速达到预定控制目标，有效保证系统安全稳定运行。

参考文献

[1]陈永杰,王斌,彭涛.基于分布式发电的微电网并网运行控制策略[J].电子测试,2017（14）:50-52.

[2]李令仪.微电网并网运行模式下的控制方法研究[J].科技创新与应用,2019,270（14）:138-139.

[3]王鹤.含多种分布式电源的微电网运行控制研究[D].华北电力大学,2014.

[4]王立涛,田卫华,郑百祥.含多种分布式电源的微电网控制系统研究[C].电力行业信息化年会,2013.