多种分布式电源的微电网运行控制研究

多种分布式电源的微电网运行控制研究

刘俊

（国网江西省电力有限公司分宜县供电分公司江西新余338000）

摘要：近年来，有大量的文献对微电网的控制、优化等方面进行研究。而在在微电网中比较常见的分布式电源有锂离子电池、风力发电和光伏电池，再根据发电的特性选择相应的逆变器、储能变流器。为了提高微电网的运行效率并使其安全运行，需要对其采取有效的控制策略，以减少间歇性发电对电网所形成的影响。

关键词：分布式电源；微电网；控制

1引言

相对发电网来说，分布式电源是一个不可控制的源头，对其调控相对比较困难，因而需要采用限制和隔离的方法对分布式电源进行处理。微电网的提出，是为了缓解分布式电源和大电网之间的矛盾。而含有多种分布式电源的微电网的控制问题，成为保证微电网安全稳定运行的重点研究内容之一。

2含多种分布式电源微电网的主要构成

目前，世界上最权威的微电网结构由美国电力可靠性技术方案解决协会提出。本项目设计的微电网结构，主要有风力发电机、光伏电池、蓄电池等。（1）风力发电机一般需要利用逆变器，将其连接到交流配电柜中；（2）光伏电池则需要使用回流配电装置，然后才可以连接到并网逆变器中，再将其接到交流配电柜中；（3）蓄电池的结构设计使用的是双向变换器，以此为基础实现蓄电功能。就控制策略而言，通信连接需要通过光纤来建立，增加其可靠度，并在并网点的附近安装微网的控制器，使其可以有效地协调传统电网和微网。本系统可以利用监控系统对微电源进行统一管理，进而进行分布式电源保护、光功率和风功率的预测。

3多种分布式电源的微电网运行控制策略

微电网具有并网运行模式和孤岛运行模式两种，不同的运行模式需要采取不同的运行策略和控制方式，在运行方式进行切换时，相应的控制方式也需要进行调整。通常来讲，微电网一般具有主从结构、对等结构和分层结构三种组成结构。对应不同的组成结构，微嗲网需要采用不同的控制策略，尤其是在孤岛运行模式下，运行方式的选择更为重要。本章将针对不同的微电网组成结构，分别对微电网运行控制策略和两种运行模式下的控制方法进行研究。

3.1主从结构微电网控制

当微电网处于并网运行模式时，微电网的电压、频率由大电网提供支撑，不需要主电源稳定系统的电压和频率，这时分布式电源主要作用是输出一定的有功功率和无功功率供给微网内的负载，保持微电网内部功率平衡。因此，主电源一般采用恒功率控制方式，从电源采用恒功率控制方式。恒功率控制方式的运行点由主电源控制，并根据其他分布式电源的发电情况和微电网负载情况进行及时调整。当微电网处于孤岛运行方式时，微电网的电压、频率失去了外部支撑，因此需要主电源提供电压、频率稳定，这时主电源通常采用恒压恒频控制方式，从电源仍然可以采用恒功率控制方式。主从结构的微电网系统中，调节电压频率需要主电源具有较快的调节速度和较大的容量调节幅度，这样才能保证微电网的电压频率稳定。如果主电源的调节能力不足，则需要微电网中的储能装置提供支撑，辅助进行调节。主从结构的微电网系统结构较为清晰，但是可靠性较差，当主电源出现故障时，则整个微电网就需要停止运行。此种结构的微电网容量一般较小，因为某一电源故障退出运行都会对整个微电网的安全运行产生较大的影响。主从结构的微电网除了电源故障以为，还严重依赖于快速可靠的通讯连接，通讯的不可靠性也极大的增加了系统的不可靠性。

3.2对等结构微电网控制

当微电网处于并网运行模式时，微电网电压和频率由大电网提供支撑，各分布式电源可以采用恒功率控制方式，按照设定的参考值输出固定的有功功率和无功功率。由于对等结构没有主控电源，各分布式电源只是根据自身情况进行调节控制，选择合适的运行点。电源之间没有可靠的通讯连接，因而不能快速接受指令，配合大电网进行调节控制，因此说对等结构的微电网的可控性较差。当微电网处于孤岛运行模式时，没有大电网进行电压频率支撑，需要分布式电源提供稳定的电压和频率，这时可以选择一部分分布式电源采用下垂控制方式，调节微电网电压和频率，其他分布式电源继续采用恒功率控制方式，输出固定的功率。采用下垂控制的电源只需要测量自身输出的电气量就能独立调节电压和频率，而不需要知道其他电源的运行情况，因此不需要与其他电源进行通讯。分布式电源通过下垂系数的设置实现自动配合协调，同时下垂系数决定了各分布式电源要承担的负荷比例，因此设定下垂系数时要综合考虑微网内电源的容量和微电网系统能够允许的最多电压和频率偏差。对等结构的微电网中有一个电源因为故障退出运行不会对系统的运行产生很大影响，该电源应该输出的功率会被分配到其他电源，继续保持稳定运行，因此说对等结构的微电网具有较高的供电可靠性。

3.3分层结构微电网控制

上两节分别介绍了主从结构的微电网和对等结构的微电网，两种结构微电网各有优缺点，在不同应用场合下具有不同的应用前景。在两种结构的微电网基础上逐渐发展起来另一种结构的微网——分层结构微电网，这种结构微电网结合了两种结构微电网的优点，具有很好的发展前景。分层结构微电网由一个中心控制器负责统一协调控制，分布式电源控制器和负荷控制器在中心控制器的协调下对电源和负荷进行控制。因此，中心控制器与电源控制和负荷控制器之间要建立有效的通讯连接。类似于对等结构微电网，当系统处于并网运行模式时，分层结构微电网的分布式电源采用恒功率控制方式，或采用将运行点设为有功、无功输出参考值的下垂控制方式。中心控制器根据微电网内电源发电情况和负荷用电情况以及大电网的需要决定各电源的运行点，并将运行点信息传递给各电源控制器和负荷控制器，对分布式电源和负载进行控制。这时，微电网的整体运行由中心控制器统一调整，电源控制器和负荷控制器只需要通过通讯接受指令即可。当微电网处于孤岛运行状态时，电压和频率失去了大电网的支撑，需要分布式电源提供稳定的电压和频率，这部分电源通常采用下垂控制方式，其余电源仍然可以采用恒功率运行方式，根据设定的参考值输出稳定的有功功率和无功功率。同对等结构微电网相同，单纯的下垂控制会导致微电网产生频率偏差，影响电能质量，因此在一些对电能质量要求较高的场合要对微电网的频率进行二次调整。微电网进行频率二次调整时，首先选择可调容量较大、调节速度较快的分布式电源作为主调频电源，由中心控制器根据频率偏差调整逆变器的下垂特性曲线，进而实现对频率的二次调整。类似于对等结构微电网，分层结构微电网中有一个电源因为故障退出运行不会对系统的运行产生很大影响，该电源应该输出的功率会被分配到其他电源，继续保持稳定运行，因此说对等结构的微电网具有较高的供电可靠性。但是，微网对通讯系统具有较高的依赖度，通讯系统的可靠性对整个微电网运行可靠性的影响较大。

4结束语

总而言之，在含多种分布式电源的微电网控制中具有多种控制方法和模式，每一种控制方法和模式都具有各自的优缺点。具体选择哪种控制方法和模式，必须结合实际情况，却奥供电可靠性和系统的优化运行，对不同的控制策略进行协调和配合，从而探索出适合于微电网运行和控制的方式。

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