基于供电可靠性的微电网规划电能质量与供电可靠性关系分析

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基于供电可靠性的微电网规划电能质量与供电可靠性关系分析

发表时间:2018-09-12T10:40:55.420Z 来源:《电力设备》2018年第14期作者:张泽南[导读] 摘要:微网作为一个整体接入主网,并与主网一起共同满足本地的负荷需求;同时,微网也可以在主网发生故障时,通过灵活的运行方式来保证本地重要负荷以及部分主网负荷的供电。本文介绍了微电网的概念,并阐述了微电网电能质量与可靠性。

(锡林郭勒电业局阿巴嘎供电分局内蒙古锡林郭勒 011400)摘要:微网作为一个整体接入主网,并与主网一起共同满足本地的负荷需求;同时,微网也可以在主网发生故障时,通过灵活的运行方式来保证本地重要负荷以及部分主网负荷的供电。本文介绍了微电网的概念,并阐述了微电网电能质量与可靠性。

关键词:供电可靠性;微电网;电能质量微电网是智能电网的有机组成部分,它能有效提高用户的安全性和可靠性。同时,微电网以其先进智能的技术体系和设备,极大地改善了用户和配电系统的供电可靠性,增强抵御自然灾害和应对突发故障的能力。

一、微电网概念

微电网是指规模小及分散的电力系统。微电网采用现代电力技术,将燃料电池、燃气轮机、光伏发电、风电及储能等设备组合在一起使用。一般来讲,微电网可看作是电网的可控单元,能满足配电网络需求;对用户来讲,微电网能满足用户的特定需求,如降低馈线损耗、增加电网可靠性及保持电压稳定;还可利用余热提高能量使用效率及保障不断电等优势。此外,微电网及大电网之间通过相关设备进行能量交换,从而保障供电可靠性。

二、微电网电能质量分析

实现微电网的并网运行或孤岛运行及两种运行模式之间的转换需要具有良好的控制策略和管理技术,因此微电网逆变器的控制是实际运行中首先需要解决的技术问题。相关研究表明,微电网控制系统未来的研究方向包括:①可控式、间歇式、常规模式及基于变流器模式的各种分布式电源系统的稳定运行与控制;②微电网运行在并网或孤岛模式下时,电压与频率的智能控制策略的研究;③微电网中分散控制和多个分散控制器之间的协调优化算法,需要每个分布式发电系统应能根据自己的局部相关信息对电压和频率进行独立控制,在确保微电网电能质量满足要求的同时,使各控制器的总体性能最优。

由微电网的控制框架可知微电网的控制分为局部DG控制和系统级的综合控制两部分。各DG控制器主要负责根据上级调度指令调节逆变器接口电压和频率、快速合理分配负荷功率;系统级的综合控制主要负责协调各逆变电源之间的协调控制,包括自动电压和频率调整、维持系统稳定、实现模式平滑切换、黑启动等。

1、局部DG控制。常用的逆变电源功率分配策略有:恒压恒频控制、恒功率控制和下垂控制。恒压恒频控制是指逆变电源能维持端电压的幅值和频率不变,该控制策略主要用于微电网孤岛运行时,为微电网其他非恒压恒频控制的逆变单元提供频率和电压参考,一次也称V/f 控制,该控制策略要求逆变器输出功率能跟随负荷的变化而变化;恒功率控制即通过控制策略使逆变器输出给定的参考有功和无功功率,因此也称为PQ控制,受环境影响较大,一般具有间歇性和随机性的分布式电源输出最大功率或按调度指令输出指定功率是采用该控制;下垂控制模拟传统发电机的功率传输特性,人为的使逆变器输出有功和无功功率分别与频率和电压幅值呈线性关系,这种借鉴应用使采用下垂控制的各机组能根据给定的参考电压和频率自动调节逆变器的输出功率,不需要通信线路,是一种无互联线的控制策略,避免了由于通信线路故障导致的系统故障问题,因此得到了广泛的应用。

2、统级综合控制。为确保各DG在微电网进行模式切换或负荷扰动时都能快速响应功率变化,功率分配最优,同时微电网仍能稳定运行,需要对各DG进行系统级的综合控制。目前微电网系统级的协调控制策略主要包括: 1)分层控制、主从控制和对等控制。分层控制将微电网按功能不同分成了不同的层级,各层级之间独立完成自己的控制功能,同时协调合作共同维持微电网的稳定运行。微电网各层级之间需要通信联系,但该联系属于弱通信,短暂的通信失败,微电网仍能维持稳定运行。目前,其中较典型的控制策略是一种三层控制方案:在电力系统中的中压配网设监控中心作为最上层,该层主要负责根据市场与电网要求对各微电网进行整体调度和管理,上述内容主要由配网操作人员及市场管理人员来完成。以含有微电网中央控制器(Microgrid Control Center,MGCC)的各微电网作为中间层,MGCC主要用于实现微电网内部的经济调度最优,从而使微电网的价值最大化,具体内容包括:①根据上级对微电网的调度指令、市场电价及负荷预测实现各微电源之间经济调度最优化;②对逆变电源控制器和负荷控制器发送控制指令和调度值信息,控制微电源的有功和无功输出及负荷的切并来实现频率二次调整。以各逆变电源、负荷等就地控制器为最下层控制,其中逆变电源控制器负责逆变电源的正常运行并按调度指令输出指定功率,负荷控制器主要负责按照上级控制器下达的指令断开或连接可控负荷。

2)主从控制。则是将微电网中的微电源分为主控单元和从控单元两部分。主控单元采用V/f控制,当微电网孤网运行时,失去了大电网的电压和频率支撑,此时由主控单元负责为微电网提供恒定的频率和电压支撑。其它从控单元可采用PQ或下垂控制,以主控单元给定的电压和频率为参考值,实现负荷变动功率的自动分配。微电网并网运行时,由大电网提供频率支撑,各逆变电源不参与系统电频率调节,可采用PQ控制,各逆变电源根据调度指令只输出指定功率;当微电网孤岛运行时,主控单元切换到V/f控制,参与频率调节,为其它非主控单元提供频率支撑。主从控制中的主控单元与从控单元之间需要可靠的通信系统,一旦通信失败,将导致微电网瘫痪,因此主从控制中的通信为强通信,对主控单元的依赖性强,该控制策略还有待改进。 3)对等控制。是指各DG间无主从关系,地位相同,都能根据各自接入母线节点的电压和频率进行制控。对等控制不需要通信环节,属于无互联线控制策略,各电源之间的调节独立,当能量平衡时,微电网中的任何一个微电源断开或接入时,不影响其他微电源的正常运行,体现了“即插即用”的思想。该控制策略不依赖于通信系统,提高了供电可靠性,同时降低了系统成本,因此受到了广泛关注。

三、供电可靠性分析

1、供电可靠性。简单来讲,配电网供电的可靠性,是指在保证电能质量的前提下,配网对电能传输和分配的连续性和稳定性能满足电力用户的实际需要。对用户而言,可以将其理解为希望无论在何种情况下,电力系统都不会出现问题和故障,都能连续且充足地供给具备正常电压及频率的电力能源。在配网运行中,影响其供电可靠性的因素多种多样,应得到电力工作人员的重视,做好配电网供电可靠性的评估工作。

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