互聯(lián)微電網(wǎng)運(yùn)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(yùn)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(yùn)行過程中很容易出現(xiàn)頻率波動(dòng)問題，從而對(duì)整個(gè)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(yùn)行一般規(guī)律，從點(diǎn)能量管理需求出發(fā)，針對(duì)互聯(lián)微電網(wǎng)孤島運(yùn)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(yùn)行頻率;穩(wěn)定性;協(xié)調(diào)控制

一、互聯(lián)微電網(wǎng)及其運(yùn)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(chǔ)能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、負(fù)荷監(jiān)控和保護(hù)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(shí)現(xiàn)電能的智能化、科學(xué)化管理，最終實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)的轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)今，微電網(wǎng)在我國(guó)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(yùn)行的應(yīng)用模式。通過將多個(gè)孤島互聯(lián)起來，來提高電系系統(tǒng)運(yùn)行效率，提高配供電可靠性，但是不同孤島的運(yùn)行參數(shù)、優(yōu)化目標(biāo)、約束條件存在差異，其在運(yùn)行頻率上存在差異，如果其中一個(gè)孤島運(yùn)行頻率波動(dòng)，必然會(huì)對(duì)整個(gè)電系系統(tǒng)運(yùn)行頻率產(chǎn)生影響，構(gòu)成安全隱患或引發(fā)整個(gè)電系系統(tǒng)故障，因此提高互聯(lián)微電網(wǎng)孤島運(yùn)行頻率穩(wěn)定性協(xié)調(diào)控制對(duì)整個(gè)電系系統(tǒng)運(yùn)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(gè)微電網(wǎng)中存在主、次兩個(gè)變流器，兩個(gè)變流器共同負(fù)責(zé)微電網(wǎng)運(yùn)行頻率控制，同時(shí)在微電網(wǎng)中接入互感器。同時(shí)整個(gè)微電網(wǎng)整體模型中主要包含汽輪機(jī)、光伏電源(分布式電源)和儲(chǔ)能裝置三部分組成。

三、互聯(lián)微電網(wǎng)孤島運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)下，主變流器和次變流器正常作業(yè)，對(duì)電路進(jìn)行一次和二次調(diào)頻，實(shí)現(xiàn)整體電系的頻率穩(wěn)定。孤島發(fā)生后，首先實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)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(shí)工作人員可以根據(jù)儲(chǔ)能裝置反饋的參數(shù)來評(píng)價(jià)微電網(wǎng)運(yùn)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(jī)制，也是互聯(lián)微電網(wǎng)孤島運(yùn)行頻率穩(wěn)定性協(xié)調(diào)控制的基本單元。從上述機(jī)制中不難看出，這種調(diào)頻思路存在明顯的局限性。一是對(duì)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(yùn)行參數(shù)下;二是對(duì)儲(chǔ)能裝置的依賴性，調(diào)頻通過改變儲(chǔ)能裝置的輸出、吸入來實(shí)現(xiàn)調(diào)頻;三是這種調(diào)頻之下存在一個(gè)不可消除的物理偏差，即從響應(yīng)到反饋之間存在的時(shí)間延遲。對(duì)硬件設(shè)備的依賴可以通過加強(qiáng)檢修與維護(hù)來避免，而時(shí)間延遲則是現(xiàn)階段微電網(wǎng)運(yùn)行過程中無(wú)法避免的偏差，也是最容易產(chǎn)生頻率波動(dòng)的環(huán)節(jié)。因此互聯(lián)微電網(wǎng)孤島運(yùn)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(shí)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(yùn)行頻率波動(dòng)程度及影響范圍。實(shí)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(dòng)態(tài)運(yùn)行參數(shù)，從而提高運(yùn)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(duì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行三層設(shè)計(jì)，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(yùn)行參數(shù)，能夠?qū)ξ㈦娋W(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、持續(xù)監(jiān)測(cè)與控制，是工作人員的主要交互層。同時(shí)配合邏輯電路控制器，可做到運(yùn)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(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(duì)不同運(yùn)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(shí)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(yùn)行模式下，運(yùn)行目標(biāo)不同，在完成單片機(jī)邏輯編譯后即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化的協(xié)調(diào)控制效果。協(xié)調(diào)模式運(yùn)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(yùn)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(yùn)行目標(biāo)具體為接入儲(chǔ)能裝置，調(diào)節(jié)吸入和輸出，使運(yùn)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(yùn)行參數(shù)，使電系運(yùn)行狀態(tài)與電源輸出相匹配，最大限度保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

(三)協(xié)調(diào)控制啟動(dòng)閥值設(shè)定。對(duì)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(jìn)入工作狀態(tài)，通過監(jiān)控線路對(duì)各單元運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行獲取、整理和比對(duì)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)參數(shù)與參考值存在偏差時(shí)，判斷能夠保持頻率穩(wěn)定，若無(wú)法維持運(yùn)行頻率穩(wěn)定則啟動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，若仍可以維持運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定則不啟動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。啟動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是快速糾正孤島模式下運(yùn)行頻率波動(dòng)的監(jiān)控系統(tǒng)，因此設(shè)定協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)啟動(dòng)的閥值是系統(tǒng)啟動(dòng)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(yùn)行頻率為50.00Hz，具體閥值及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)定如下:一是監(jiān)測(cè)到網(wǎng)A輸出功率超過額定，運(yùn)行頻率在50.02Hz以上時(shí)則提示微電網(wǎng)B中存在缺額功率。此時(shí)若監(jiān)測(cè)到微電網(wǎng)B運(yùn)行頻率低于49.98Hz則應(yīng)當(dāng)啟動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)A向網(wǎng)B輸出，當(dāng)再次檢測(cè)時(shí)網(wǎng)A頻率低于50.02Hz且高于49.98Hz，同時(shí)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(cè)到網(wǎng)B輸出功率超過額定，運(yùn)行頻率在50.02Hz以上時(shí)則提示微電網(wǎng)A中存在缺額功率。此時(shí)若監(jiān)測(cè)到微電網(wǎng)A運(yùn)行頻率低于49.98Hz則應(yīng)當(dāng)啟動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)B向網(wǎng)A輸出，當(dāng)再次檢測(cè)時(shí)網(wǎng)B頻率低于50.02Hz且高于49.98Hz，同時(shí)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(shí)，則不啟動(dòng)用于協(xié)調(diào)多個(gè)微電網(wǎng)孤島之間運(yùn)行頻率的控制系統(tǒng)，僅啟動(dòng)基本的監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)控制器、控制設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備運(yùn)行功率進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)進(jìn)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(yùn)行穩(wěn)定性。

四、結(jié)語(yǔ)

互聯(lián)微電網(wǎng)孤島協(xié)調(diào)控制的關(guān)鍵在于能夠動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控電路運(yùn)行參數(shù)以及通過兩個(gè)微電網(wǎng)之間的容量互償來調(diào)節(jié)缺額，從而達(dá)到維持電網(wǎng)運(yùn)行頻率穩(wěn)定的目的。因此在實(shí)際的構(gòu)建過程中要注意做好外部監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)的邏輯設(shè)計(jì)，同時(shí)充分利用互聯(lián)微電網(wǎng)孤島狀態(tài)下運(yùn)行特點(diǎn)，進(jìn)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(xiàn)】

［1］崔嘉，楊俊友，葛維春等．互聯(lián)微電網(wǎng)孤島運(yùn)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(yùn)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