智能微电网优化运行控制策略研究

智能微电网优化运行控制策略研究

发表时间：2019-03-21T11:08:05.110Z 来源：《科技新时代》2019年1期作者：李锋

[导读] 智能微电网优化运行控制策略是微电网经济可靠运行的关键技术之一，不仅是微电网工程规划设计阶段需要首先解决的核心问题（中冶赛迪工程技术股份有限公司重庆 400013）

摘要：智能微电网优化运行控制策略是微电网经济可靠运行的关键技术之一，不仅是微电网工程规划设计阶段需要首先解决的核心问题，也是直接影响系统运行安全性、经济性和灵活性的主要因素。本文以中冶赛迪光储充一体化智能微电网示范项目为研究对象，深入研究了微电网系统在并网模式和孤岛模式下的运行策略，以及两种模式间的无缝切换控制策略，通过示范工程验证，本文所提策略能够保证微电网系统安全、稳定、高效运行。

关键词：智能微电网；控制策略；并网模式；孤岛模式；无缝切换

一、微电网系统结构

微电网是指由分布式能源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型能源管理、传输和调配系统[1]。本文研究对象为中冶赛迪光储充一体化智能微电网系统项目，他是由光伏发电系统、电池系统、工厂负荷、直流充电桩、交流充电桩组成。

智能微电网系统采用以太阳能为主的绿色供电模式，当光伏出力不足时，启动储能系统和主网为负载供电，进入节能运行模式。微电网存在两种运行方式，在主网正常时，采用并网运行模式，当主网停电时，进入孤岛运行模式，并实现两种模式间的灵活平滑切换，从而提高负荷供电的可靠性[2]。

二、微电网并网协调控制策略

当微电网并网运行时，采用“用户侧并网，自发自用，余电上网”的运行模式，光伏系统工作于最大功率点跟踪（MPPT）控制模式，即是通过控制光伏阵列端电压，使光伏阵列能在各种不同的日照和温度环境下智能化地优化寻找输出最大功率的控制方式；储能系统工作于有功功率—无功功率（PQ）控制模式，即是使储能系统的输出功率与功率参考值一致的控制方式[3-4]。鉴于光伏出力的间歇性，根据光伏出力是否大于负荷，分别设计对应的微电网并网协调控制策略。

1）当光伏出力大于负荷时，光伏对负荷供电，多余的光伏为储能电池充电，若储能电池已充满，多余光伏上网；

2）当光伏出力小于负荷时，光伏对负荷供电，主网为储能电池充电并承担部分负荷。

三、微电网孤岛协调控制策略

当微电网孤岛运行时，储能系统作为主电源，储能双向逆变器由有功功率—无功功率（PQ）控制模式转换为电压幅值—频率（VF）控制模式为孤岛微电网提供电压和频率支撑，在该运行模式下，储能系统的功率输出自动补偿光伏出力与负荷之间的差额，从而维持微电网功率平衡。鉴于光伏出力的间歇性，根据光伏出力是否大于负荷，可以将微电网孤岛协调控制策略划分为以下两种工况，其控制流程图如图3所示：

1）当光伏出力大于负荷时，光伏对负荷供电，多余的光伏为储能电池充电，若蓄电池组SOC值或端电压升至上限值，则控制光伏运行于限功率模式，维持系统的功率平衡；

2）当光伏出力小于负荷时，储能对负荷供电维持系统的功率平衡，当蓄电池组SOC值或端电压升至下限值时，系统停机。

四、微电网并网转孤岛协调控制策略

微电网由并网转为孤岛运行模式通常由两种事件触发：①由于外部电网非计划性停电或发生故障，微电网通过孤岛检测或故障检测机制被动触发，称为被动离网；②运行调度根据系统运行情况，包括外部电网检修停电等情况主动触发，称为主动离网。主动离网控制流程图如图1所示。

当微电网发生被动离网时，储能双向逆变器由PQ模式切换为VF模式，为孤岛微电网提供电压和频率支撑，且维持系统的稳定。

当微电网发生主动离网时，若此时光伏出力大于负荷，且多余的光伏为储能电池充电，没有多余光伏上网，此时微电网与配电网的交换功率为0，则断开并离网切换开关且控制储能双向逆变器由PQ模式切换为VF模式，为孤岛微电网提供电压和频率支撑，且维持系统的稳定。

图1 微电网主动并网转孤岛控制策略流程图

当微电网发生主动离网时，若此时光伏出力大于负荷，且储能电池已充满，有多余光伏上网，则控制光伏运行于限功率模式使得微电网与配电网的交换功率为0之后，断开并离网切换开关且控制储能双向逆变器由PQ模式切换为VF模式，为孤岛微电网提供电压和频率支撑，且维持系统的稳定。

当微电网发生主动离网时，若此时光伏出力小于负荷，且主网为储能电池充电并承担部分负荷，则根据负载的优先级别切除微电网中的部分负载，并控制储能系统不充不放，使得微电网与配电网的交换功率为0之后，断开并离网切换开关的同时控制储能双向逆变器由PQ 模式切换为VF模式，为孤岛微电网提供电压和频率支撑，且维持系统的稳定。

五、微电网孤岛转并网协调控制策略

当微电网管理器监测到配电网恢复正常供电后，向配电网调度发出并网请求，因孤岛运行微电网电压和频率由储能系统支撑，所以启动储能系统准同期并网控制，当配电网和微电网的频率差小于0.1Hz、电压幅值差小于2V、电压相位差小于5°，且以上条件持续时间不小于200ms时，则并离网切换开关两侧的电压幅值和相位满足合闸要求，因此，并离网切换开关闭合，从而微电网切换成并网运行。主动并网控制流程图如图2所示：

图2 微电网孤岛转并网控制策略流程图

微电网作为智能电网的一个重要组成部分，以其能源形式的多元化、并网接口的柔性化、电能质量的定制化、能量信息流的双重化等典型特征，必将在未来电网中发挥重要的作用。合理的微电网系统优化控制策略能够充分发挥微电网系统的优越性和先进性。本文以中冶

赛迪光储充一体化智能微电网系统为研究对象，详细研究了微电网在并网和孤岛两种模式下的运行策略，以及两种模式之间的无缝切换控制策略，对提高微电网系统的供电安全性、运行经济性和灵活性，以及提高系统综合能源利用率和节能率有重要意义。

参考文献：

欧阳武. 含分布式发电的配电网规划研究[D]. 上海: 上海交通大学，2009

[1]. 孙秋野，滕菲，张化光，等. 能源互联网动态协调优化控制体系建构. 中国电机工程学报，2015，35（14）: 3667-3677

[2]. 赵波,微电网优化配置关键技术及应用[M].北京:科学出版社,2015

[3].

项目基金：重庆市人工智能技术创新重大主题专项《可再生能源互补的分布式供能系统关键技术与示范应用》；项目编号：cstc2017rgzn-zdyfx0030。